生物工厂设计概论

第一章

1、建设程序的三阶段：建设前期、建设期和交付使用期。

简述发酵工厂建设基本程序

1）建设前期项目建议书可行性研究报告设计任务书初步设计和总概算

2）建设期阶段批准的初步设计和总概算→设计单位、筹建单位、施工单位准备→施工安装总进度表→开工报告→上报→开工建设→单项工厂验收→调试→试运行→主管部门验收→移交生产

3）生产期阶段

2、项目申请报告的内容

1）项目申报单位情况；

2）拟建项目情况；

3）建设用地及相关规划；

4）资源情况利用和能耗分析；

5）生态环境影响分析；

6）经济效益和社会效益分析；

7）建设与实施；

8）结论与建议；

9）有关附件。

3、可行性研究的任务和意义

可行性研究，是按照批准的项目建议书，由上级主管部门组织，也可委托咨询机构或者设计单位进行。其任务是对拟建项目的技术性、经济性和工程可实施性进行全面的调查、分析和论证，做出是否合理可行的科学评价，最后写出可行性研究报告，为国家主管部门对项目做出决策提供可靠依据。

意义是对拟建工程项目进行全面的技术经济分析，从而避免和减少建设项目决策的失误，提高建设投资的综合效益，是决定项目投资命运的关键。

4、可行性研究的内容

1 总论

1）研究工作的目的、依据和范围；

2）项目提出的背景、投资的必要性和经济意义；

3）研究工作概况及结论。

2 市场需求预测和建设规模

1）国内外市场需求情况的预测；

2）国内现有工厂生产能力的估计；

3）销售预测、价格分析、产品竞争能力；

4）产品方案和发展远景的技术经济比较及分析；

5）拟建工程的最佳规模

3 原材料、燃料及资源情况及公共设施落实情况

1）原料、辅助材料、燃料的种类、数量、来源和供应情况；

2）公用资源设施的数量、供应方式和供应条件。

4 建厂条件和厂址方案及总图布置方案

1）厂址地理自然条件（指位置、地形、海拔、地质、气象、水文等）以及社会经济现状；

2）交通、运输及水、汽、电等现状和发展趋势；

3）生活设施状况和协作条件；

4）厂址比较和选择意见。

5 设计方案

1）工艺路线的选择，包括技术来源和生产方法、主要技术工艺和设备选型方案的比较，引进设备的性能、来源、国别；

2）全厂布置方案的初步选择和土建工程量；

3）公用辅助设施和厂内外交通运输方式的比较选择意见；

4）改、扩建项目，要说明原固定资产能够利用的情况。

6 环境保护

调查环境情况，预测项目对环境的影响，提出环境保护和三废治理的初步方案

5、设计任务书是确定基本建设项目、编制设计文件及进行设计工作的主要依据，对设计工作具有指令性

6、定义：初步设计是根据已经批准的设计任务书或者可行性研究报告，确定全厂性的设计方案和重大技术问题。

初步设计的依据是批准的设计任务及附件可行性研究报告，以及可靠的设计基础资料。

主要内容：总图、运输、工艺、土建、电力、照明、采暖、通风、空调、给排水、动力及设计概算等。

成果：初步设计的成果是设计说明书和设计图纸。

第二章

1、工厂厂址选择的总原则设什么/

1）.厂址选择必须符合工业布局、符合所在地区、诚实规划的要求，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行；

2).充分利用各地区的有利条件，避开或克服不利条件；充分和有效的利用人力、物力、财力和自然资源，保护环境；

3).使企业接近原料、能源产地和产品消耗者区，消除不合理运输；经济效果好，有利于加快国民经济发展和人民生活水平的提高。

2、厂址选择的三个阶段：准备阶段（人员准备，技术准备）、现场勘查阶段、厂址选择报告编写阶段

3、总平面设计定义：总平面设计是工厂总体布置的平面设计。

其任务是将组成工厂的而所有建筑物、构筑物和其他工程设施，合理的布置在所选厂址的界区内。

2、工厂总平面设计包含哪些内容？

1平面布置：决定全厂各种建筑物和构筑物在平面上的相对位置及厂区美化设施；

2竖面布置：决定建筑物和构筑物的设计标高，厂区地形起伏的组织和雨水排除问题；

3运输设计：假定厂内厂外的各种运输方式，并进行厂内道路设计；

4管线综合：综合考虑使地上和地下各种管线布置得合理、经济、整齐；

5厂区绿化美化：涉及厂区面貌和环境卫生等问题。

3、总平面设计的原则（掌握5点）

总平面设计是依据批准的设计任务书、厂址选择报告和厂址总平面布置方案草图、工艺流程简图来进行的。

1、总平面设计必须符合生产工艺流程的要求。原料、半成品、成品的作业线应顺直、通畅、避免作业线的交叉和返回。

2、应将占地面积较大的生产主厂房布置在厂区的中心地带，以便其他部门为其配合服务。

3、总平面设计应充分考虑厂区主风向的影响。生活区应处在生产区的上风侧，卫生条件要求高的车间应处在卫生要求低的车间的上风侧

4）应该将人流、物流通道分开，避免交叉。工厂的大门至少应该设置2个或以上，正门用于职工的出入，侧门用于原辅料、产品的进出口。

5）总片面设计应遵守城市规划的要求。面向城市主干道方向应做工厂的正面布置，与城市建筑保持协调美观。

6）必须遵守国家有关规范和规定。

4、工厂内道路有哪些布置形式

1）循环式布置：道路为环绕厂房建、构筑物的闭合系统的道路网，并保证物流、人流的运输方便、安全和高效以及消防的要求。

2）终端式布置：特点是道路不兜环、各有分散终点，在终点端设置回车场，以便车辆调头。回车场的布置形式有圆形、三角形与T形等

5、工厂组成

1）生产车间：厂区内所有生产成品和半成品的工艺生产工序部门，都称为生产车间，他是全厂的主体。比如：种

子间、发酵间、提取间等。

2）辅助车间：协助生产车间正常生产的一些各工序和部门，称为辅助车间。比如：原材料库、包材库、成品库、机修间等

3）动力车间：向生产车间提供水、电、气等动力，并保证生产车间正常生产的部门，称为动力车间。比如：高、低压配电室、空压站、水泵房、冷冻站、锅炉房等。

4）行管部门：全厂性的行政、后勤职能部门，起指挥、管理和服务的功能。比如：办公室、医务所、食堂等。

5）职工宿舍

6）运输设施、绿化设施、各种地上地下管网

7）三废治理废物处理设施和场地等。

6、厂区划分

通常情况下，厂前区的建筑主要是行政管理和后勤职能部门的设施；生产区主要为生产车间和辅助车间，处在厂区的正中间，为地势、地质最好的地段；厂后区和左右两侧区主要为动力车间、污水处理站、给排水等设施

第三章

1、生产工艺流程三个阶段

1生产工艺流程示意图：是无聊横算前设计的，只是定性标出五件的来龙去脉和采用的多种化工设备及过程；

2生产工艺流程草图：在示意图的基础上表示生产过程中的物流各单元过程和单元操作的特征，自动控制方案、工艺操作参数等情况；

3生产工艺流程图：对车间布置设计时如有不合适对草图做出修改、最后得生产工艺流程图。

2、工艺流程的设计原则

1）首先一点，也是最重要的一点，采用所选的生产工艺和流程所得到的产品质量必须要符合相关的国家标准或者行业标准，如果出口国外，还要满足所销售地区的质量要求和相应的标准；

2）在可承受的范围内，尽量采用先进、成熟的技术和设备；

3）采用能够尽量少产生“三废”的生产工艺；

4）确保安全和稳定的生产；

5）尽量采用自动化的设备；降低劳动强度，提高劳动生产率。

3、生产工艺流程示意图是在物料衡算之前进行的，它的主要作用是：定性表明原料变成产品的路线和顺序（单元操作），以及相应的过程及设备。

4、工艺流程图分类

1）全厂总工艺流程图或物料平衡图

总工艺流程图在工厂设计中是为总体说明部分提供的全厂总流程图样，有时也称作全厂物料平衡图

2）物料流程图物料流程图是在全厂工艺流程图基础上完成工艺平衡计算后，分别表达各车间内部工艺物料流程的图样。

3）带控制点工艺流程图是表示生产工艺过程的主要图纸，是以物料流程为依据，内容较为详细的一种工艺流程图。带控制点的工艺流程图是以物料流程图为依据，内容较为详细的一种工艺流程图，在管线和设备上画出配置的某些阀门、管件、自控仪表等有关符号是这种流程图的特点

5、设备的标注

1）设备在图上应标注设备位号和设备名称；

2）一般在图纸的上方或者下方在横向上排成一行的形式标注；也可将设备标注用指引线引出，标注在图纸空白处。

6、管道标注

1）物料代号：

过去国内都是采用物料中文名称的第一个字母来表示物料，目前已停止使用，而采用物料的英文字母代替。如：压缩空气（工艺空气）PA，低压蒸汽（<）LS，自来水（一次水，饮用水）DW，物料（液体）PL。必要时可在代号的右下角标注阿拉伯数字，用以区别该介质的不同状态和性质。也可用该介质的化合物化学分子式来表示，如H2SO4。

2）管段序号：

第一种，管道按工艺流程编写，其中前两位数字代表工段（或车间，或工序）号，后面为在该工段输送该介质的

第几段管道，如：LS 01 68，代表在第一工段的第68段蒸汽管道。

第二种，用与该管道相连的设备标号和管道编号来表示，如：PA F-203 5，表示与标号为F-203的设备（第二工段第三个反应器）相连的第五段压缩空气管道

3）管道等级：

管道按照温度、压力以及介质腐蚀等情况，预先设计各种管材、直径、壁厚等规格，并作出等级规定，做图时标注管道等级号。实际上，大多时候绘图时，并不标注等级号，而是直接标注管材、直径、壁厚等参数。B代表不锈钢，L代表铝，T代表铜，DN代表公称通径（是一个标准，其值既不是内径，也不是外径），￠代表外径，￠32×表示外径为32mm，壁厚为的管道（即，内径为25mm

4）物料流向：

可标注在管线上，也可标注在尺寸后。

5）其他尺寸：

比如有些管道安装要求具有坡度，等。

PL F-2035 B 32×：

表示与标号为F-203的设备（第二工段第三个反应器）相连的第五段外径为32mm，壁厚为的不锈钢物料管道

第四章

1、物料衡算方法和步骤。

物料衡算的方法：画出物料衡算示意图，并标明有关数据—写出有关的变化（关系式—选定计算基准—根据已知数据和要求进行物料衡算将结果以表格或图形列出

参考课本P57

2、物料衡算例子（重点啤酒和味精物料衡算）。参考课本P69

3、热量衡算方法和步骤。参考课本P75

4、热量衡算例子。参考课本P79

第五章

1、设备设计与选型原则（掌握5条以上）。

1）保证工艺过程实施的俄安全可靠；

2）经济上合理，技术上先进；

3）投资省，耗材料少，加工方便，采购容易；

4)运行费用低，水电气消耗少；

5）操作清洗方便，耐用易维修，备品配件供应可靠，减轻工人劳动强度；

6）结构紧凑，尽量采用经过实践考验证明确实性能优良的设备；

7）考虑生产波动与设备平衡，留有一定的余量；

8）考虑设备故障及检修的备用。

2、会计算发酵工厂生产能力、发酵罐数量和主要尺寸（直径）。

参考课本p110

3、常用泵种类、气体运输设备、固体物料运输设备。P119

1)常用泵有哪些种类：

叶片式：离心式、轴流式、贯流式

容积式：往复式。回转式

其他：真空泵、射流泵、齿轮泵、螺杆泵、旋涡泵

2）气体运输设备：

生物工厂常用的气体输送设备为低压空气压缩机、送风机、真空泵

3）固体物料运输设备：

第六章

一、复习第六章的车间布置设计的依据、车间组成、设计内容，设计原则等，以及相关的名词解释，例如设备布置图，标高，柱距，GMP等。

车间布置设计的依据：

1．厂区总平面布置图。

2．已掌握本车间与其它各生产车间、辅助生产车间、生活设施以及本车间与车间内外的道路、铁路、码头、输电、消防等的关系，了解有关防火、防雷、防爆、防毒和卫生等国家标准与设计规范。

3．熟悉本车间的生产工艺并已绘出管道及仪表流程图；熟悉有关物性数据、原材料和主、付产品的贮存、运输方式和特殊要求。

设备布置生物工程工厂的车间组成

1）生产部分，包括原料工段、生产工段、成品工段、回收工段、控制室等；

2）辅助部分，包括配电室、通风空调室、化验室等；

3）生活行政部分，包括车间办公室、休息室、浴室、卫生间等。

车间布置设计的内容

1、厂房的整体布局和轮廓设计

1）车间建筑的轮廓、跨度、柱距和编号、楼层层高；

2）划分并确定生产、辅助、生活设施的分割及位置；确定各分区的防火等级和洁净度等级；

3）确定门、窗、楼梯的位置、尺寸；

4）吊装孔、预留孔、地坑的位置、尺寸；

5）标高。

2、设备的排列和布置

1）画出设备外形的几何轮廓，标注流程号；

2）设备定位（找出水平及垂直定位尺寸）。

以设备离墙的纵横间距，定出设备中心位置（一般定位标准是以建筑物中心作为定位基准线的），并进行设备标高；

3）确定操作平台位置及标高。

4、车间布置设计说明

文字说明车间布置的特点和优点。工艺人员要把重点放在设备的优化布置上。

5、车间布置设计的图纸

1）车间各层的平面布置图；

2）立面图（包括正立面图和侧立面图）；

3）部分剖面图

简述车间布置设计原则

1）符合生产工艺的要求

2）符合生产操作的要求

3）符合设备安装、检修的要求

4）符合厂房建筑的要求

5）符合建设投资的要求

6）符合安全、卫生和防腐蚀的要求

7）符合生产发展的要求

定义类：

1、Good Manufacturing practice（GMP）,本义为良好作业规范

设备布置图：表示一个车间或一个工段的生产和辅助设备在厂房建筑内外安装布置图样。

2、标高：表示某一部位相对于基准面(标高的零点)的竖向高度，是竖向的依据

3、工厂设计：是工程技术人员在国家政治、经济和法律思想的指导下，按照国家计划或业主意图，以自己学术专长和

能力为国家或业主提供设计思想，并根据这种思想提供各种设计图纸、资料和各种设计文件的创造性劳动。

4、生产工艺流程图：是以图解的形式表示一个车间（或工段）自原料进入车间至成品送出车间为止的生产过程全貌

5、物料横算：是在化工生产过程中，用来确定物料比例和无聊转变的定量关系的过程。

6、能量横算：根据能量守恒定律，利用能量传递和转化的规律，通过平衡计算求得。

7、柱网

柱子的纵向和横向定位轴线垂直相交，在平面上排列所构成的网络线，称为柱网

8、柱距

柱距是由横向定位轴线间的尺寸表示的

9、跨度

跨度是由纵向定位轴线间的尺寸表示的, 跨度在18m和18m以下时，应采用3m的倍数, 跨度在18m以上时，应采用6m的倍数

二、掌握车间布置图的绘图方法，能够独立手绘出相关的车间框架及其标注以及相关的门、窗绘制，及标注等并能掌握设备的布置等。参考课本P165

柱子、墙、门

窗户

车间布置图的内容包括那些？

1要有各层楼面的平面图及足够的立面图（应能清楚表示设备间的相互关系）

2标出设备的定位尺寸

3设备的外形尺寸要准确与其他设备的衔接处、管接口、外形及操作台应在图上表示清楚

4表明厂房边墙轮廓线、门窗、楼梯的位置、柱网间距编号、各层相对标高、右上角设指北针

5表示操作平台、防护栏杆、排水道、吊孔、生活室、办公室的相对布置位置

三、掌握设备布置室内、露天布置的比较及优缺点等。

设备露天布置优点P115

(1)可以节约大量建筑面积，从而节约大量基本建设投资 (2)节约土建施工工程量，从而加快基本建设进度 (3)火灾爆炸危险的设备露天化或半露天化，可节约厂房通风设备及动力，降低厂房防火，防爆等级，降低生产费用和厂房造价 (4)对厂房的改建、扩建，增加灵活性

四、掌握管道设计和布置的原则步骤以及内容等，并掌握相关的阀门及其特点。

车间管道布置设计原则？

1）满足生产工艺和设备的要求，便于安装、检修和操作管理；

2）尽可能使管线最短，阀门、管件最少。避免管道在平面上迂回折返，在立面上弯转扭曲等不合理布置；

3）车间内工艺管道布置多采用沿墙、楼板底或柱子的成排布置法，使管线成排成行平行直走；

阀门有哪些种类

按用途和作用分类

1)调节阀类——主要用于调节介质的流量、压力等。包括调节阀、节流阀、减压阀等。

2)止回阀类——用于阻止介质倒流。包括各种结构的止回阀。

3)分流阀类——用于分离、分配或混合介质。包括各种结构的分配阀和疏水阀等。?

4)安全阀类——用于介质超压时的安全保护。包括各种类型的安全阀。

5)截断阀类——主要用于截断或接通介质流。包括闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、碟阀、柱塞阀、球

塞阀、针型仪表阀等。

五、掌握生物工程工厂的公用工程相关的，电力工程，锅炉分类等。

锅炉如何分类？

锅炉可按不同的方式分类。

1）按锅炉燃用的燃料可分为：燃煤炉、燃油炉和燃气炉。

2）按燃烧方式分类可分为：层燃炉、室燃炉和介于二者之间的沸腾（流化床）炉。按锅炉水循环方式可分为：自然3)循环锅炉、强制循环锅炉和复合循环锅炉。

按有无汽包分类可分为：汽包锅炉和直流锅炉。按锅炉的容量可分为：小型锅炉、中型锅炉、大型锅炉和超大型锅炉。

掌握管道布置图，例如相关的管道标注，坡度，阀门、法兰的表示等。参考P195

法兰、活接、卡箍是常用的连接零件

管道布置图的标注

管道布置图的标注内容有：管径、物料代号、定位尺寸、安装标高、物料流向等。

在管道布置图中，常以建（构）筑物的定位轴线或墙面、地面等作为管道的定位尺寸基堆。另外，设备中心线和接管口法兰也常作为管道定位尺寸基准。因此，在管道布置图中，要标注建筑物的定位轴线编号和设备位号，标注方式同设备布置图。一般定位尺寸以mm为单位，标高以m为单位

六、掌握生物制药车间的布置设计，空气洁净度等，以及厂房的构型、结构，层数等。

洁净厂房的空气洁净度和温湿度对产品质量有非常重要的影响。其中，夏天温度控制位22-26度，冬天18-22度，湿度控制在45%-65%

（1）典型的布置方式。操作室的前室其实就是缓冲室，也叫气闸室，两边门互锁，不能同时打开。这样，走廊的空气进不了操作间，操作间的空气也回不到走廊。缺点是前室占较大面积，面积利用率较低；

（2）这种布置方式的特点是操作间内的空气可以流到走廊，但不会流到相邻操作间。这种方式适用于操作间内发尘量较低、不会散发致敏物质或有毒、有害物质的情况，目前较常见；

（3）当操作间内发尘量较高、散发致敏物质或有毒、有害物质时，比如青霉素的生产，非常容易致敏，就可使用第三种布置形式，走廊的空气进不了操作间，操作间的空气也回不到走廊，当然，这种情况下的空调送风系统也要单独设置，以免污染别的房间。缺点也是前室占较大面积，面积利用率较低。

1

1

2

，有3

304和316L。304主要用于输送纯水以及洁净间内的

用于输送工艺物料、注射用水。

2、铸铁管

（3）

主要用于室内排水和室外给水，也可用于输送浓硫酸和碱液。

3、有色金属管

1）铜管

多用于制造换热设备；

2）铝管

多用于制造换热设备，或者输送浓硝酸、醋酸，但不能耐碱。

4、非金属管

1）钢筋混凝土管

主要用于室外排水；

2）塑料管

主要是PPR管，为聚丙烯材质，主要用于室内给水，近几年非常常用；还有就是一些临时管道，PVC（聚氯乙烯）；

3）橡胶管

主要是作为临时管道。

恰当选取管材和阀门

由于发酵液一般都偏酸，且含有大量的强腐蚀性物质（硫酸铵、亚硝酸盐），管道和阀门容易受到腐蚀引起渗漏，造成染菌。在发酵罐的配管中，建议与物料相接触的管道部分（不包括冷却水、排水等）采用优质低碳不锈钢，阀门采用隔膜阀。