华南理工大学发酵工厂设计第八章 管道设计与布置

发酵工厂设计概论课程设计模版空气系统：1．空气压缩机：无菌空气消耗量：（150*0.7*18+10*0.7*6）*0.2= 386.4（ m 3/min ），查《化工工艺设计手册》（第二版）初选固定式空气压缩机72－100/8型。

排气量100 m 3/min ，外形尺寸2950×1850×2890，取四台并联工作 2．空气贮罐：V ＝0.2W ＝0.2×（100×4）＝80m 3拟选用两台相同容积的空气贮罐，各40 m 3 ，设高径比2.5：1则40D 5.2D 42＝π⨯，则D ＝2.74m ，H ＝2.5D ＝6.85m 3．第一冷却器：压缩空气温度 125℃ 35℃ 冷却水温度 33℃ 28℃ △t 1=92℃ △t 2＝7℃0.33792ln 792=－＝△平均t 取总传热系数K ＝7.5 kcal/(m 2·h ·℃)＝87.20 w/(m 2·℃)换热面积：23m 299.333.087.20108.6105=⨯⨯∆=＝平t K Q A（据各厂经验，每1m 3空气需冷却空气0.75～1m 2） 拟选用公称换热面积为40m 2的列管式换热器8台。

附：40m 2的列管式换热器的设计计算。

采用Φ25×2的无缝钢管，取每根管长为3米。

⑴．管子的排列及管体直径： 管子数目：ld An 平π=A=40m 2，d 平＝1／2×(25+21)＝23mm ＝0.023m ，l=3m)(1853023.014.340根≈⨯⨯=n管子采用三角形排法。

取管中心距t=1.3×d 外＝1.3×0.025＝0.0325米 取32mm经绘图试排，得管中心一排管子为15根，即n l =15壳体直径 D 内＝t(n l －1)+d 外+2＝0.032×(15－1)＋0.025+2×0.032＝0.537m取D 内为0.55m ⑵．壳体壁厚及长度： 按内压圆筒计算壁厚 []l pPD S +=－内ϕδ2取设计压力P=0.5MPa ，内径D 内＝0.55m ＝55cm[δ]=127MPa ，φ＝1焊缝系数 ，l ＝0.28cm （《发酵工厂设计概论》 P108）)(39.028.03.011272555.0cm S =+-⨯⨯⨯=取为S=4mm壳体长度 L=6 D 内＝6×0.55＝3.3m（壳体长度与直径之比以4～6为宜 （《发酵工厂设计概论》）） 管板厚度（不带法兰） l d S +=8外d 外＝25mm ，取l=12mm （腐蚀裕度（《发酵工厂设计概论》）） S=25／8+12=15mm 若是带法兰，则按法兰规定取S=2mm ⑶．挡板：采用圆缺形挡板，取缺口高度为直径的25％，(10%~40%) 则切去的弓形高度＝0.55×1／4＝0.1375m 取为0.137m挡板距 0.55×1／2＝0.275m （壳体直径的1／3～1／2（《化工设计手册》）） 挡板块数＝3／0.275－1＝10块 4．第二冷却器： 平均温度差 Δt 平压缩空气温度 35℃ ───→ 25℃ 冷却水温度 23℃ ───→ 18℃Δt 1＝12℃ Δt 2＝7℃ Δt 平＝(12－7)／Ln(12／7)＝9.3℃取总传热系数 K=150千卡／米2·时·℃＝174.40W/m 2·℃换热面积 23m 3.889.3174.4010432.1=⨯⨯∆=＝平t K Q A拟选用公称换热面积为40m 2的列管式换热器3台。

第八章管道设计与布置第一节概述一、管道布置设计的意义管道是生产过程中不可缺少的部分，它的重要性：-各种物料、蒸汽、水、冷、气体都要用管道输送；-设备间的相互连接要靠管道；-与操作有直接的关系；-影响厂房车间设计的美观、通风和采光。

因此，在发酵工厂的工艺设计中，管道的布置设计是施工图阶段中工作量最大、费时最长的一项工作。

二、管道设计与布置的内容和步骤（一）内容管道的设计计算管道的布置（二）步骤1．选材（根据介质的化学性质、流动状态、温度和压力，进行经济合理地选择）2．流速（根据介质的性质、输送状态、粘度、成分和流量，参照有关表格数据选择合理经济的介质流速）3．确定管径（根据介质的流量和流速，通过计算、查图或查表）4．确定壁厚（满足压力的要求，按公称压力计算的壁厚可以满足强度的要求）5．连接方式（等径连接，不等径连接；可根据管材、管径、介质的压力、性质、用途、设备或管道的使用状态，确定连接方式）6．选阀门7．热补偿器8．绝热形式9．布置10．阻力损失11．管架和固定方式12．确定管架跨度13．管道固定用具14．绘制管道图15．编制管材、管件、阀门、管架、绝热材料综合汇总表16．选择管道防腐措施第二节工艺管道的设计计算一、管子、管件和阀门的选择（一）公称直径、公称压力1．公称直径为了使管子、法兰和阀门等部件连接尺寸统一，将管子和管道用的零部件的直径加以标准化后的标准直径，称公称直径。

用DN表示。

例如DN100。

公称直径是管子的名义直径，既不是内径，也不是外径。

它是一个相近于外径又小于外径的一个数值。

只要管子的公称直径一定，管子的外径就确定了。

管子的内径则因壁厚不同而不同。

例：DN150 外径=159 常用壁厚4.5和6.0，则内径分别为150和147。

2．公称压力公称压力就是通称压力，一般应大于或等于实际工作的最大压力。

管道、法兰和阀门等零部件所承受的压力，分成若干个规定的压力等级，这种规定的标准压力等级就是公称压力。

可编辑修改精选全文完整版生物工程工厂设计概论（考试题）一、名字解释柱网：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格线，称为柱网柱距：柱距是由横向定位轴线间的尺寸表示的跨度：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。

设备布置图：设备布置图是用来表示设备与建筑物、设备与设备之间的相对位置，并能直接指导设备的安装的重要技术文件。

相对标高：相对标高是把室内首层地面高度为相对标高的零点，用于建筑物施工图的标高标注。

GMP：药品生产管理规范，是药品生产质量管理的基本准则，适用于药品制剂生产的全过程和原料药生产中影响成品质量的关键工序。

公称直径：管子的公称直径是指管子的名义直径，即不是管子内径，也不是它的外径，而是与管子的外径相近又小于外径的一个数值。

公称压力：通称压力，一般应大于或等于实际工作的最大压力。

清洁生产：是实现可持续发展战略的需要，它彻底改变了过去被动的、滞后的污染控制手段，从根本上扬弃了末端治理的弊端，强调在污染产生之前就予以削减，即在产品及其生产过程并在服务中减少污染物的产生和对环境的不利影响。

二、填空题11、生物工程工厂生产车间一般由、、等部分组成。

2、厂房的框架结构是由和组成。

3、生物制药的车间布置设计必须达到对洁净厂房的要求。

4、空气洁净的含义，其一是指，其二是指。

5、生物工程工厂建筑物按厂房的层数分类，可分为，和厂房三类，主要由生产工艺特点和工艺设备布置要求所决定。

6、生物工程工厂厂房外形一般有、、、和型等数种。

7、生物工程工厂常用的管材有、、、。

8、管道布置设计的主要依据是带控制点的、、、等。

9、按锅炉燃用的燃料可分为：、和。

三、简答题1、车间布置设计的任务（1）确定车间火灾危险类别、爆炸和火灾危险性场所等级、GMP洁净度等级、卫生等级等（2）确定车间的结型式及主要尺寸，并对生产区、辅助区、行政生活区位置进行布局；（3）确定车间所有设备在车间建筑平面和空间的相对位置。

发酵工厂设计主要内容[发酵技术论坛]主要内容:1.一个新建工厂从计划建设到建成投产，一般要经过三个基本阶段：建设前期、建设期、生产期。

2.发酵工厂的总平面设计包括5项内容：平面布置设计、竖向布置设计、运输设计、管线综合设计、绿化设计。

3.工厂建设前期阶段的工作包括：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5个内容。

4.工厂的组成包括：生产车间、辅助车间、动力车间、行政部门、职工宿舍。

5.设计阶段按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计条件的成熟程度以及设计水平的高低，可分为三阶段、两阶段和一阶段涉及三种情况，其中三阶段设计包括：初步设计、技术设计、施工图设计。

两阶段设计包括：扩大初步设计、施工图设计。

6.厂址选择的含义：在指定的某一地区内，根据新建所必须具备的条件，结合发酵工厂的特点，进行详尽的调查、勘测工作，就可能建厂的几个厂址的技术经济条件，列出几个方案，进行综合分析比较，从中择优确定厂址。

7.工厂初步设计阶段的图纸主要有：生产流程图、车间设备布置图、主要生产设备和电动机一览表、主要材料估算表。

8.厂内运输的任务是通过各种运输机械工具，完成厂内仓库与车间、堆场与车间、车间与车间之间的货物分流，也就是通过运输组织以保证生产中原材料、燃料等陆续供应，生产的产品和副产品源源不断地运出。

9.厂址选择一般包括地点和场地选择两个概念。

地点选择就是对所建厂在某地区内的方位及其所处的自然环境状况，进行勘测调查、对比分析。

场地选择就是对所建厂在某地点的面积大小、场地外形及其潜藏的技术经济性，进行周密的调查、预测、对比分析，做出确定厂址的依据。

10.厂址选择工作大体分为准备工作、现场勘测与编写报告三个阶段。

11.依据发酵厂的生产规模、产品结构、厂区划分等特点，厂内道路布置得形式有两种：一种是循环是布置，即道路为环绕厂房建、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。

1、试述发酵工厂废渣的处理和综合利用A、水选法：先将粮食酒糟用一定量水浸泡，然后用水分离。

滤液经沉淀分层，弃去上清液，然后将沉淀的淀粉颗粒等物进一步分离或干燥，可得到含蛋白质大于25%的精饲料，该工艺的主要问题是:大量水洗照成二次污染、能耗较高。

B、微生物法：将含水分60%左右的粮食酒糟，调节营养盐，接种可利用纤维素的微生物，培养3~5天，蛋白质含量可提高到25%左右。

该法的特点是占地面积太大，使大规模生产成了问题。

C、干燥法：采用滚筒直接火干燥或震动干燥设备将酒糟干燥，然后经粗粉碎，包装后作为粗饲料出售，或用于配合饲料，或经稻壳和精饲料。

2、试述工厂设计在国民经济中的地位和意义。

，设计工作是把科学技术转化为生产力的一门综合性学科。

他是扩大再生产，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分A、工厂设计在工程项目建设的整个过程中时一个极其重要的环节，可以说在建设项目立项以后，设计前期工作和设计工作就成为建设中的关键。

企业在建设的时候能不能加快速度，保证施工安装质量和节约投资，建成以后能不能获得最大的经济效益、环境效益和社会效益，设计工作起着决定的作用。

3、试述施工图设计的步骤是什么？A、根据审批初步设计会议的批复文件，即行修改和符合工艺流程和生产技术经济指标；并将建设单位提供的设备订货合同副本、设备安装图纸和技术说明书作为施工设计的依据B、复核和修正生产工艺设计的有关计算和设备选型极其计算等数据，全部选定专业与通用设备、运输设备以及管径、管材、管接C、和协同设计的配套专业讨论商定有关生产车间需要配合的问题，同时根据项目工程师召开项目会议的决定，工艺与配套专业之间商定相互提交资料的期限，签订“工程设计内部联系合同”D、精心绘制生产工艺系统图和车间设备、管路布置安装图；编制设备和电动机明细E、组织设计绘制设备和管路布置安装中需要补充的非标准设备和所需工器具的制造安装图纸，编制材料汇总表F、编写施工安装说明书4、试述发酵工厂车间管道布置的特点A、选择适当的管材和阀门，是防止污染，保证正常生产的重要环节B、选择正确的管道连接，可以减少接头处渗漏染菌C、合理布置管道，不仅要满足生产工艺流程，还要考虑满足清洗和灭菌彻底的要求D、消灭管道死角所谓灭菌死角是指灭菌是因某些原因使灭菌温度达不到或不易达到的局部位置。

《生物工程设备及工厂设计》课程教学大纲课程英文名称：Design of Biological Engineering Equipment and Factory课程编号:课程计划学时：48学分：3课程简介：《生物工程设备及工厂设计》是生物工程专业一门专业选修课程，学位课。

该课程是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体，是一门实践性很强的学科。

课程主要介绍生物工程产业界常见的工业生产设备及生物工程研究领域的主要设备的基本原理、结构、特点、设计选用计算方法及发酵车间工艺设计。

本课程既有一定基础理论，又有较强的工程实际应用，使本专业学生成为能在生物技术与工程领域从事产业化设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。

课程内容为：发酵设备计算及选型；无菌空气设备；分离设备；过滤、离心、萃取、吸附、离子交换、层析、蒸发、结晶、干燥等设备；发酵车间工艺设计。

通过本课程的学习，了解和掌握不同类型的生物工程设备工作原理，懂得如何应用这些基本理论去分析和解决生产过程中的具体问题，改造原有生产过程使其更符合客观规律，实现生产过程的优化，提高生产过程的经济和社会效益。

一、课程教学内容及教学基本要求第一章设计概述本章重点是生产工艺设计，生物工厂设计的原则和特点，难点是生物工厂设计的特点。

第一节生物工程工厂设计的目的和要求本节要求了解生物工程工厂设计的目的和要求，工厂设计在国民经济中的地位和意义(考核概率1%)。

第二节设计工作的任务和内容本节要求了解设计工作的基本任务和内容(考核概率1%)，理解总体设计和局部设计(考核概率2%)。

第三节生产工艺设计本节要求了解生产工艺设计在总体设计中的地位，计算机在工艺设计中的应用(考核概率1%)，理解生产工艺设计的依据与内容(考核概率2%)。

第四节工厂设计工作原则本节要求理解解生物工厂设计的基本原则和特点(考核概率2%)。

第二章项目建议书与建厂报告本章重点是可行性研究报告内容及编制方法，难点是可行性研究报告编制方法。

发酵工厂设计》课程教学大纲一、课程性质和任务：该门课程为工科实践课， 通过该课程的学习， 使得学生了解工厂工艺设计过程， 了解如 何将所学知识集成在一起来完成一项工程设计工作。

三、实验内容与学时分配：绪论 （1 学时）本章的重点和难点： 工厂设计在国民经济中的地位和意义、 生产工艺设计在总体设计中 的重要性、工厂设计工作原则 （1 学时 了解）第一章 基本建设程序 （1 学时）本章的重点和难点：基本建设程序、项目建议书、可行性研究的任务、意义和深度 第一节 概述（1 学时 理解） 一、 规定基本建设程序的必要性 二、 基本建设程序内容 第二节 项目建议书一、 项目建议书的任务和意义 二、 项目建议书的主要内容 第三节 可行性研究一、 可行性研究的任务和意义 三、可行性研究深度和审批程序 第四节 设计任务书一、设计任务书的内容 第五节 初步设计阶段二、初步设计阶段的内容课程编码 ： 13032课程名称： 发酵工厂设计课程英文名称 先修课程 ： ： Process design in fermentation factory 发酵设备、生化工程、发 酵工程、化工原理、物理 化学、材料力学、结构力 学、电子电工学等适用专业 ： 生物工程 总学时 ： 40讲课学时 30 实验学时 10 实习学时 0 总学分 ：2.5、教学目标及要求： 通过该课程使学生了解发酵工厂工程设计的流程和工艺设计的全过程； 料解工艺设计专业在工艺设计中的重要性及其与辅助工程设计之间的关系； 学习工艺计算中基本的计算方法：物料衡算及热量衡算； 学习设备、管道的选型及计算、设计； 学习工程图纸绘制方法和表达规范； 1、2、3、 4、 5、四、初步设计阶段的深度 第六节 施工图设计阶段一、 施工图阶段的内容三、施工图阶段的深度 第二章 厂址选择 （1 学时） 本章的重点和难点：厂址选择的重要性和选择原则 第一节 厂址选择的重要性和原则一、 厂址选择的重要性二、 厂址选择的一般原则 第三章 工厂总平面设计（ 1 学时） 本章的重点和难点：总平面设计的内容、原则和步骤、工厂组成与厂区的划分 第一节二、建、构筑物的布置位置 第四章 工艺流程设计 （2 学时） 本章的重点和难点：工艺流程设计的重要性、生产方法的选择和工艺流程的设计原则 第一节 概述（2 学时 理解）第二节 生产方法的选择和工艺流程的设计原则 一、 生产方法的选择二、 工艺流程的设计原则 第三节 工艺流程的设计步骤 第五章 工艺计算（ 10 学时） 本章的重点和难点： 物料衡算和能量衡算、 蒸汽冷凝量与蒸发量的计算、 抽真空量的计 算 第一节 物料平衡计算 一、 物料衡算的意义、方法和步骤三、计算实例 第二节 热量平衡计算 一、 热量衡算的意义、方法和步骤 二、 计算实例 第三节 水平衡计算 一、 水衡算的意义、方法和步骤 二、 计算实例 第四节 耗冷量计算 一、 耗冷量计算的意义、方法和步骤 二、 计算实例 第五节 无菌压缩空气消耗量计算 一、 无菌压缩空气消耗量计算计算的意义、方法和步骤 二、 计算实例 第六节 抽真空量计算1 学时 理解）总平面设计的内容、原则和步骤 总平面设计的基本内容 总平面设计的原则和要求 总平面设计的步骤 发酵工厂总平面布置的形式 、 工厂组成与厂区的划分 1 学时 理解）第二节 3 学时 掌握） 3 学时 掌握）2 学时 掌握）2 学时 掌握）一、 抽真空量计算的意义、方法和步骤二、 计算实例 第六章 设备的设计与选型（ 4 学时） 本章的重点和难点： 设备的分类及各自的设计与选型原则、 的选型依据、非标准设备的高径比第一节 概述一、 设备设计与选型的任务二、 设备设计与选型的原则 第二节 专业设备的设计与选型 一、 专业设备设计与选型的依据 二、 专业设备设计与选型的程序和内容 三、 专业设备设计与选型的特点四、 专业设备设计与选型实例 第三节 通用设备的设计与选型 一、 液体输送设备选型 二、 气体输送设备选型四、通用设备选型注意事项 第四节 非标准设备的设计 一、 起贮存作用的罐、池（槽）设计二、 起混合、调配、灭菌作用的非标准设备设计三、起计量作用的非标准设备设计 第七章 车间布置设计（ 2 学时） 本章的重点和难点：车间布置的原则、车间布置的内容、车间布置设计的有关技术 第一节 概述 （2 学时 理解）一、 车间布置设计的目的和重要性 、 车间布置设计的依据、 发酵工厂生产车间组成 车间布置的原则 车间布置的内容 车间布置设计的步骤和方法 车间布置设计的有关技术与参数 、车间布置设计的有关技术第八章 管道设计与布置（ 2 学时） 本章的重点和难点：管道材料与管件的选择、管道直径、壁厚、压力降的计算、管道 布置原则及内容、发酵工厂管道布置的特点第一节 概述、 管道布置设计的意义、 管道设计与布置的内容和步骤第二节 工艺管道的设计计算一、 管道、管件和阀门的选择 二、 管径计算 三、 管子壁厚计算四、 管道压力降计算 第三节 管道布置设计专业设备的设计、通用设备 3 学时 掌握） 1 学时 理解）第二节 第三节 第四节 第五节 2 学时 掌握）一、 车间管道布置设计的任务和原则二、 车间管道布置设计的内容 三、 发酵工厂车间管道布置的特点 第十四章 工艺设计图（ 6 学时） 本章的重点和难点： 工艺流程图、 设备布置图和管道布置图的绘制规范及不同阶段的 绘图深度 第一节 工艺流程图 一、 概述 二、 带控制点工艺流程图的绘制第二节 设备布置图 一、 概述 二、 设备布置图的绘制第三节 管道布置图 一、 概述二、 管道布置图的绘制 四、教学方式及课程考核办法：教学方式： 2 学时 2 学时 2 学时考核办法： 掌握） 掌握）掌握）在课堂完成理论科的教学。