啤酒厂工艺及车间布置设计

第二节 工艺流程设计 工艺流程设计和车间布置设计是工艺设计的两个主要内容，是决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。 工艺流程设计主要包括： 确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，既物料和能量发生的变化及流向，应用的反应、原料加工过程及设备。 绘制工艺流程图。 工艺流程设计三个阶段： 示意图草图流程图。 即示意图物料、能量、设备草图车间布置流程图。,一、生产方法的选择和工艺流程设计原则 1. 生产方法的选择 即工艺路线的选择，是发酵工厂设计的关键。 选择的主要依据： 原料来源、种类和性质； 产品的质量和规格； 生产规模：较小时，分批生产；较大时，连续生产； 技术水平：连续生产或间歇生产； 地区的自然环境：热带或冷带地区，制冷设备选择； 经济合理性：技术经济指标比较，选用投资少、效率高、能耗低的生产方法，以获得良好的经济效益。,2. 工艺流程设计原则 （1）保证产品质量符合国家标准，外销还要考虑销售区的质量要求。 （2）尽量采用成熟、先进的技术和设备。 提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其能量消耗，降低成本，使生产稳定、安全、可靠。 例如，味精厂的双酶法糖化工艺流程，糖转化率达95以上，糖液透光率在8590；啤酒厂麦汁一段冷却新技术，节电40，节水27，降低载冷剂用量。 （3）尽量减少三废排放量，有完善治理措施。 （4）确保安全生产，以保证人员和设备安全。 （5）生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。,二、工艺流程的设计步骤 1.生产工艺流程示意图 定性地表明原料变成产品的路线及顺序，以及应用过程及设备。 先弄清需要那些单元操作，其次确定操作方式间歇或连续（先进、经济、合理）。 可用简单的设备流程图表示，也可用文字示意图表示。,L-赖氨酸生产工艺流程示意图： 菌种斜面培养摇瓶培养一级种子培养 二级种子培养 无菌空气 淀粉培养基制备发酵过滤离子交换 真空浓缩酸化蒸发结晶干燥饲料 级赖氨酸溶解脱色重结晶干燥药品、食品、试剂级赖氨酸 2.草图设计 物料平衡计算：原料、半成品、副产品及废水、废料的规格、重量和体积。 设备设计： 计算、确定计量和贮存设备的容积、尺寸和台数。之后进行草图设计。,进行设备设计与水、电、汽等能量计算。 主要解决生产过程和单元操作的技术问题，如筛网孔径及面积、过滤面积、传热面积等，对专业及通用设备进行设计或选型。 对草图进行修改和补充，并进行初步平面布置。,3.工艺流程图的设计 设备设计和工艺流程草图设计完成后，开始车间布置设计。此时可对不适之处进行调整。 设计完善后正式绘制生产工艺流程图。 以上三阶段不是单独进行，而必须同物料、能量、设备计算及车间布置交叉进行。 因此，工艺设计时，要全面、综合考虑，思路清晰，有条不紊，前后一致。,第七节 车间工艺设备布置 一、车间工艺设备布置的目的和重要性 目的是对厂房的配置和设备的排列作出合理的安排，并决定车间、工段的长度、宽度、高度和建筑结构型式，以及各车间之间与工段之间的相互关系。 车间布置对工厂建设投资、建成后的生产和管理效率、生产的经济性、操作和维修的方便性、卫生条件和安全性等均有重要影响。 要求工艺人员要了解生产操作、设备维修和具有一定的安装知识，而且要具备一定的土建、电力、自控仪表、安全、卫生等其他专业的基本知识。 以工艺为主导，并在其他专业，如总图、土建、设备、安装、电力、暖通、外管等密切配合下完成的。,二、发酵工厂生产车间组成 发酵工厂一般由主生产车间、辅助车间、动力车间、仓库和堆场部分、三废治理部分、厂前区行政福利部分等组成。 工艺人员主要完成主生产车间的设计。 辅助车间、动力车间（变电所、锅炉房、冷冻站、水泵房等）由相对应的配套专业人员承担设计。 生产车间的内部组成一般包括三部分： 生产部分：原料工段、生产工段、成品工段、回收工段等。 辅助部分：通风空调室、变电配电室、车间化验室、控制室等。 生活行政部分：车间办公室、会议室、更衣室、浴室及厕所等。,例如： 味精工厂主要生产车间：糖化车间、发酵车间、提取车间、精制车间、包装车间。 啤酒工厂主要生产车间：麦芽车间、糖化车间、发酵车间、包装车间。 淀粉工厂主要生产车间：玉米净化车间、淀粉车间、副产品车间（蛋白、纤维）。 乳品厂主要生产车间：液态乳车间、奶粉车间、酸奶车间、冰淇淋车间等。,三、车间布置设计的原则 车间平面设计主要是把车间的全部设备（包括工作台等），在一定的建筑面积内作出合理的安排。 平面布置图： 就是把屋盖（或楼板）掀开往下看，径直画出设备的外型轮廓图。 在平面图中，必须表示清楚各种设备的安装位置。下水道、门窗、各工序及各车间生活设施的位置、进出口及防蝇、防虫措施等。,车间剖面图剖面图： 它是解决平面图中不能反映的重要设备和建筑物立面之间的关系，以及画出设备高度、门窗高度等在平面中无法反映的尺寸。,生产车间工艺布置的原则: （1）要有总体设计的全局观点 首先满足生产的需要； 同时必须从本车间在总平面图上的位置，与其他车间关系，以及发展前景等方面，满足总体设计的要求。 （2）车间设备布置应符合生产工艺的要求 必须按流程顺序依次进行设备的排列，以保持物料顺利输送，保证水平方向和垂直方向的连续性。 不使物料和产品有交叉和往复的运动。 尽可能利用工艺位差，对有压差的设备，应充分利用高位差，以节省动力设备及费用。,（3）车间布置应符合生产操作的要求 要考虑设备检修拆卸的位置以及设备与设备、设备与建筑物间的安全距离。 有些特殊的设备可按相同类型作适当集中，务必使生产过程占地最小，生产周期最短，操作最方便。 原料收发间应设地磅。 设备布置不宜过紧过松，宜尽量对称紧凑，排列整齐，充分利用空间。设备间的距离要考虑操作和交通便利。 车间内要留有堆放原料、成品及废物和包装材料的空地。 设备的自动测量仪表要集中控制，阀门控制尽量集中，便于工人操作。,（4）车间布置应符合设备安装、检修要求 根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修及拆卸所需的空间和面积。 满足设备能顺利进出车间的要求。大门宽度比最大设备宽0.5m，设备特别大时，可在外墙设安装洞。 通过楼层的设备，楼面上要设置吊装孔。 必须考虑设备的检修和拆卸、以及运送物料所需的起重运输设备。 （5）车间布置应符合厂房建筑的要求 凡是笨重的设备或运转时产生很大振动的设备，如压缩机、粉碎机、大型通风机、离心机等，最好设在厂房底层，以减少荷载和振动。 有剧烈振动的设备，其操作台和基础不得与建筑物的柱、墙连在一起，以免影响建筑物的安全。,设备布置时，要避开建筑的柱子及主梁，如设备吊装在柱子及梁上，其荷重及吊装方式需事先告知土建专业人员，并与其协商。 厂房内所有操作台必须统一考虑，避免平台支柱零乱重复，影响车间美观、生产操作及检修。 （6）车间布置应符合节约建设投资的要求 一般采用低层建筑为好，尽量采用露天或半露天布置。 工艺管线应集中布置，要尽可能缩短设备间管线，设备应靠近符合中心。 尽量采用一般的土建结构，少用或不用特殊的结构。 设备的操作面尽可能与通道安排在一侧。,（7）车间布置应符合安全、卫生和防腐要求 发酵工厂卫生是正常生产的首要环节。 要为工人操作创造良好的安全卫生条件。 易燃易爆车间要考虑方便工人疏散和防火灭火措施。 凡产生腐蚀性介质的设备，其基础、设备周围的地面、墙、柱都要采取防护措施。 四、生产车间工艺布置的步骤与方法 生产车间工艺布置设计一般先从平面布置开始。 平面布置分两种情况： 一种新设计车间，另一种对原有厂房进行技术改造。后一种比前一种更困难些，因有很多限制条件，但设计方法相同。 车间工艺布置可分两个阶段进行： 布置草图和布置图，而正式的布置图又分为初步设计阶段和施工图阶段。,步骤与方法 1. 明确设备清单和辅助间面积要求。 2.透彻了解工艺流程，设备尺寸和结构、厂房组成等资料，并要有清晰的立体概念。 对于笨重的、固定的和专用的设备应尽量排布在车间的四周；而对于轻的、可移动的设备，可排在车间的中间，这样在更换产品时调换设备将很方便。 3.确定车间建筑物结构形式、朝向和跨度 工艺人员根据生产流程，生产性质，各专业的要求，车间在总平面图上的位置， 初步划分生产、辅助生产和生活设施的分隔及位置，初步选定厂房柱距、跨度及车间面积。,4.进行车间的工艺设备布置。 在计算机或绘图纸上按厂房建筑设计的要求，绘制厂房建筑平面轮廓草图（1：100）。 把所有设备按1：100的比例绘成设备外型轮廓俯视图模型，按工艺流程顺序和布置原则，进行合理的安排和调整 。先布置流程中的主体设备，再逐一计算每个设备的辅助场地和空间。 用立体概念试排几个可行方案。然后征求协同配套专业的意见，从各方面比较优缺点，经集思广益，确定一个较理想的方案。 提交建筑人员设计建筑图。 工艺设计人员在取得建筑设计图后，即可在草图的基础上绘制正式的车间平、立面布置图。,一般工作程序：车间布置草图车间布置图（初步设计阶段）车间布置图（施工图阶段）。 另外，车间布置设也有采用立体模型布置法的，这种方法在国际上广泛采用，国内有些设计单位也已开始推广。它适合于现代化的复杂大型车间布置，具有直观、更切合实际的优点。 五、车间布置设计的有关技术与参数 （一）有关技术 1.厂房的整体布置和轮廓设计 （1）厂房的整体布置 主要根据生产规模、生产特点、厂区面积及厂区地形、地质等条件而定。 一般采用集中式和分离式，并考虑设备的露天化。,（2）厂房的立面布置 发酵工厂建筑按厂房的层数分类，可分为单层厂房、多层厂房和层次混合的厂房三类。 主要由生产工艺的特点和工艺设备布置要求所决定。同时满足建筑上采光、通风等各方面要求。 应力求简单、经济合理、便于施工。每层高度取决于设备的高低，安装的位置，检修要求及安全卫生等要求。 厂房室内地面标高应高于室外地面150mm，室内高度应为300 mm 的倍数。 单层厂房柱顶标高应为300mm的倍数，吊车轨顶的标高为600mm的倍数。 多层厂房一般为框架或混合结构，层高多采用5.1 m、6m，最低不得低于4.5m。每层高度尽量相同，不宜变化过多。,（3）厂房的平面布置 厂房外形有长方形、L形、T形和U形等 。 长方形最多见，便于总平面图的布置，节约用地，有利于设备的排布，缩短管线，便于安排进出口和交通，有较多可供自然采光和通风的墙面，而且采用结构的统一模数，造价低、施工快。 长方形长度较长时，也可采用L形、T形和U形等。 厂房的柱网布置，根据设备的布置要求确定，同时要尽可能符合建筑统一模数制的要求，以充分利用建筑结构上的标准预制构件 。 建筑统一模数制：即规定了建筑物的基本尺度，任何房屋尺寸都必须是基本尺寸的倍数。 基本尺度的单位叫模数M0，M0=100mm。 平面方向的扩大模数用300mm（3 M0），即柱网布置均采用300mm的倍数。,单层厂房平面柱网的选择 柱网：柱子的纵向和横向定位轴线垂直相交所构成的网格线。 跨度：由纵向定位轴线间的尺寸表示。 跨度小于或等于18m时，建筑模数是3m； 跨度大于18m时，建筑模数是6m。 所以生产车间常用跨度有6、9、12、15、18、24、30、36m等。 柱距:由横向定位轴线间的尺寸表示，也表示纵向柱列每柱间的尺寸。 柱距应采用6m或6m的倍数，如6m、12m、18m。6m柱距较广泛，有时也采用9m。大型设备与柱基础冲突时，可采用大柱距。 厂房建筑统一化基本规定按国标厂房建筑模数协调标准（GBJ61986）执行。,多层厂房平面柱网的选择 跨度：多层厂房的总宽度，受自然采光和通风限制，一般不宜超过24m。 单跨度一般控制在6m左右，较经济；若跨度9m，所用梁较大，不经济。 常布置成66，62.46，636，666形式。 柱距：应采用6m较合适。 方格柱网一般由66m组成，较大柱网采用69，612，615等。,内廊式柱网：用过道将交通与生产区隔开。,等跨式柱网：无固定通道，灵活性较大。,对称不等跨柱网：与等跨类似，适应工艺需要。 大跨度式柱网：为生产工艺提供更大适应性。楼层采用桁架结构。,多层厂房的平面布置形式 统间式：适于联系紧密，生产工序占地较大。,内廊式：适于占地不大，既紧密联系，又不相互干扰的车间或工序。,大宽度式：适于温度、湿度要求特别高的生产厂，且工艺要求大面积、大空间。 混合式：满足不同工艺要求，但结构复杂施工较麻烦。,