车间工艺与设计

第二篇车间工艺设计一、根据项目性质分类（一）新建项目设计

新建项目设计包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品的设计。这类设计往往由开发研究单位提供基础设计，然后由工程研究部门根据建厂地区的实际情况作出工程设计。

（二）重复建设项目设计

由于市场需要，有些产品需要再建生产装置，由于新建厂的具体条件与原厂不同，即算是产品的规模、规格及工艺完全相同，还是需要由工程设计部门进行设计。

（三）已有装置的改造设计

一些老的生产装置其产品质量和产量均不能满足客户要求，或者由于技术原因，原材料和能量消耗过高而缺乏竞争能力，必须对老装置进行改造，其中包括去掉影响产品产量和质量的“瓶颈”，优化生产过程操作控制，以及提高能量的综合利用率和局部的工艺或设备改造更新等。这类设计往往由生产企业的设计部门进行。

绪论二、根据设计性质分类（一）新技术开发过程中的设计

(1)概念设计

基础研究结束后，应进行概念设计。概念设计的规模应是工业化时的最佳规模。概念设计是从工程角度出发进行的一种假想设计，其作法可参照常规的工程设计方法和步骤，设计工艺流程，进行全系统的物料衡算、热量衡算和设备工艺计算，确定工艺操作条件及主要设备的型式和材质，进行参数的灵敏度和生产安全分析，确定三废治理措施，计算基建投资、产品成本等主要技术经济指标。

(2)中试设计

按照现代技术开发的观点，中试的主要目的是验证模型和数据，即概念设计中的一些结果和设想通过中试来验证。

(3)基础设计基础设计是新技术开发的最终成果，它是工程设计的依据。基础设计有些类似于我国的技术设计，但又有很大的差别。与技术设计不同的是基础设计除了一般的工艺条件外，还包括了大量的化学工程方面的数据，特别是反应工程方面的数据，以及利用这些数据进行设计计算的结果。

一、工程设计程序三阶段设计前期项目建议书→批准后即为立项可行性研究报告→批准后即可展开工程设计工程设计按国内审批要求分为初步设计→批准后建设单位即可开工施工图设计按国际常规做法分为工艺设计基础设计详细设计

施工、安装、试车、性能考核及国家验收（验收后工厂投入正常运行）设计后期一、项目建议书项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，应包括下列内容1.项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义；

2.产品需求初步预测；

3.产品方案和拟建规模；

4.工艺技术方案（原料路线、生产方法和技术来源）；

5.资源、主要原材料、燃料和动力的供应；

6.建厂条件和厂址初步方案；

7.环境保护；

8.工厂组织和劳动定员估算；

9.项目实施规划设想；

10.投资估算和资金筹措设想；

11.经济效益和社会效益的初步估算。二、可行性研究

可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。根据原化工部对“可行性研究报告”的有关规定，可行性研究报告的内容如下:1.总论。包括项目名称、进行可行性研究的单位、技术负责人、可行性研究的依据、可行性研究的主要内容和论据、评价的结论性意见、存在问题和建议等，并附上主要技术经济指标表。

2.需求预测。包括国内外需求情况预测和产品的价格分析。

3.产品的生产方案及生产规模。

4.工艺技术方案包括工艺技术方案的选择、物料平衡和消耗定额、主要设备的选择、工艺和设备拟采用标准化的情况等内容。

5.原材料、燃料及水电汽的来源与供应。

6.建厂条件和厂址选择布局方案。

7.公用工程和辅助设施方案

8.环境保护及安全卫生。

9.工厂组织、劳动定员和人员培训。

10.项目实施规划。

11.投资估算和资金筹措。

12.经济效益评价及社会效益评价。

13.结论包括综合评价和研究报告的结论等内容（二）工程设计根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度及计划任务书的规定，工程设计可分为三段设计、两段设计和一段设计。重要的大型企业和使用较复杂的技术时，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行。一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。1．初步设计

根据设计任务书，对设计对象进行全面的研究，寻求在技术上可能、经济上合理的最符合要求的设计方案。主要是确定全厂性的设计原则、标准和方案，水、电、汽的供应方式和用量，关键设备的选型及产品成本、项目投资等重大技术经济问题。编制初步设计书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。

2．扩大初步设计

根据已批准的初步设计，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。

3.施工图设计

根据已批准的扩大初步设计，结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计，其成品是详细的施工图纸和必要的文字说明及工程预算书。

施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。

施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。其中工艺专业方面的主要内容包括：工艺图纸目录、工艺流程图、设备布置图、设备一览表、非定型设备制造图、设备安装图、管道布置图、管架管件图、设备管口方位图、设备和管路保温及防腐设计等；非工艺专业方面有土建施工图、供水、供电、给排水、自控仪表线路安装图等。施工图设计二、车间工艺设计（一）车间工艺设计的内容1.工艺流程设计2.物料衡算3.能量衡算4.设备选型和工艺计算5.车间布置设计6.管道布置7.非工艺条件设计8.工艺部分设计概算三算二布置二设计（二）车间工艺设计的成果初步设计阶段以文字反映在说明书中，并附工艺设备一览表和带控制点的工艺流程图等施工图设计阶段图纸为主（修正的PID），文字为辅设计依据和设计范围生产规模、产品方案和包装方式原料、辅助原料和中间体的质量规格生产工艺操作说明物料衡算和原材料消耗能量衡算和主要工艺设备的选型及计算，工艺设备一览表生产制度和人员组成生产控制分析环境保护和三废处理附图：带控制点的工艺流程图、物料流程图、车间布置图、关键工艺设备总图（三）设计的基础条件1.生产工艺路线及方法2.物料衡算资料3.热量衡算资料4.设备设计资料原辅材料的供应、合成步骤、操作方法及收率、能量单位消耗、技术条件及设备要求，安全生产与环境保护等综合考虑，选一条合适的生产路线。化学反应原料、中间体、成品的规格、理化性质原料配比（理论、实际）反应热原料、中间体、成品的热容、相变热热损失流体力学过程设备的设计数据（粘度、阻力系数）传热过程设备的设计数据（传热系数、传热膜系数）传质过程设备的设计数据（干燥曲线、平衡数据）各种设备的结构图和材料5.车间布置资料6.管道设计资料7.非工艺设计资料平立面布置图、制药和精烘包部分布置的特殊要求管道布置图和施工说明、管道布置、管道及管件规格、材料管道敷设和架设方法，管道保温材料电力照明资料，自控仪表资料，防火卫生、地质水文资料注意：涉及知识产权，则要提供方以合同的方式转让适用第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图重要性是车间工艺设计的中心，着眼于全流程的优化（牺牲局部）第一节工艺流程设计的重要性和任务一、工艺流程设计的重要性最重要、基础的设计步骤，对后续的三算、二布置起决定性作用，决定车间或装置的基本面貌。设计者技术上先进可靠、经济上合理可行的工艺流程工艺流程设计生产工艺流程设计试验工艺流程设计工艺技术成熟的产品，中试成功需通过设计工业化的产品仅有文献资料，尚未进行试验和生产，技术复杂二、工艺流程设计的任务1.确定全流程的组成；生产过程的具体内容、顺序、组合方式2.确定载能介质的技术规格和流向制药生产中的载能介质有水、水蒸气、冷冻盐水、空气等3.确定生产控制方法工艺参数：T、P、V、pH等，对需要控制的工艺参数确定检测点、显示仪表和控制方法。4.确定安全技术措施预防和应急措施，报警装置，爆破片、安全阀、安全水封、溢流管、泄水装置、防静电、事故储槽、特别考虑开车、停车、停水、停电等非正常运转情况下可能存在的各种安全问题。6.编写工艺操作方法5.绘制不同深度的工艺流程图工艺流程框图工艺流程示意图带控制点的工艺流程图施工阶段的PID(管道仪表流程图)PID第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图一、工艺流程设计的基本程序由浅入深、由定性到定量、反复推敲、不断完善的过程工艺流程的选择确定工艺流程的组成和顺序绘制工艺流程框图绘制工艺流程示意图绘制物料流程图PFD绘制初步PID绘制施工阶段PID可行性、可靠性、先进性、最优设备条件参数、顺序、介质规格方框、文字、箭头定性图例、文字、箭头物衡、热量衡算定量设备、管道、仪表、设备一览表设备、管道、仪表、等作必要的修正、完善和说明二、工艺流程设计的基本方法——方案比较1.

常用的判据技术经济指标：产物收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等；

环保、安全、占地面积也应考虑。2.前提保持原始信息不变（过程的操作参数等）3.工程举例实例1在药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后加入活性炭脱色，最后再滤除活性炭等固体杂质，加设溶剂为低沸点易挥发的溶剂，确定适宜的过滤流程。方案1——常压过滤方案评判标准：过滤速度和溶剂收率过滤速度慢，不宜用方案2——真空抽滤方案过滤速度加快，大量低沸点溶剂挥发损失，溶剂收率下降，不合理方案3——真空抽滤－冷凝方案在出口设置冷凝管，回收低沸点溶剂，提高了溶剂的收率，较为合理方案4——加压过滤方案在压滤器的上部通入压缩空气或氮气，采用加压过滤方式，过滤速度快，且溶剂的挥发损失少，最合理实例2用混酸硝化制备混合硝基氯苯。已知混酸的组成为HNO3为47％，H2SO4为49％，H2O4％，氯苯与混酸中硝酸的摩尔比为1：1.1，反应开始温度为40～55℃，并逐渐升温至80℃，硝化时间为2h，硝化废酸中含硝酸小于1.6％，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1％，试通过方案比较，确定适宜的硝化及后处理工艺流程。方案1——硝化－分离方案分离后的废酸直接出售，可生产出合格的硝基氯苯问题：1.消耗大量硫酸，硫酸的单耗高；2.废酸中有硝酸和少量硝基氯苯，硝酸的单耗高，硝基氯苯的收率低；3.废酸的用途受限制。方案2——硝化－分离－萃取方案将氯苯和硝化废酸加入萃取罐，硝化废酸中的硝酸继续与氯苯硝化，生成硝基氯苯，回收废酸中的硝酸，降低了硝酸单耗，同时，生成的硝基氯苯一起进入氯苯层，提高了收率。问题：萃取废酸中仍含有1.2％～1.3％的氯苯，直接出售，硫酸的单耗仍然居高不下，而且增加了氯苯的单耗；废酸的用途受限方案3——硝化－分离－萃取－浓缩方案萃取后的废酸经减压浓缩后可循环使用，大大降低了硫酸的单耗，同时，由于氯苯与水可形成低共沸混合物，浓缩时氯苯随水一起蒸出，经冷却可回收氯苯，降低了氯苯的单耗。实例3丙丁酮的发酵制备（抗生素中使用的溶剂）过程：将粮食浆料经糊化（93℃）、消毒处138℃理、然后冷却到40℃备发酵段使用评判标准：能量的单耗方案1——喷淋冷却方案浆液138℃－40℃冷却水25℃－35℃，难以找到用途，热量全部浪费方案2——闪冷喷淋冷却方案浆液通过膨胀阀减压，在闪蒸塔骤然闪蒸，物料冷却到110℃，同时产生110℃饱和蒸汽，引入到糊化塔前加热浆料，闪冷后的浆料喷淋冷却到40℃。评价：110℃浆料降到40℃的热量被冷却水吸收，仍然无法利用。方案3——闪冷间壁换热方案（将喷淋冷却器改为间壁换热器）以冷粮食浆料代替冷却水，使110℃浆料冷却到40℃，所放出的热量全部传给冷的粮食浆料，减少了糊化加热所需的生蒸汽，能量利用更合理评价：尽管固定投资增加了，但经常性开支是影响成本的主要因素。第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图工艺流程的技术处理基点工业化实施的可行性、可靠性和先进性优质、高产、低消耗、低成本、安全综合目标应考虑下述主要问题：一、操作方式1.间歇操作制药工业主要的操作方式，反应时间长，转化率不高，后处理复杂，实行连续操作复杂，不要片面追求。2.连续操作工艺参数在设备任何一点不随时间而变，产品质量稳定，单位设备的生产能力大，易于实现自动化。如安乃近的苯胺重氮化，异烟肼的4－甲基吡啶的空气氧化制备异烟酸，氯霉素对硝基乙苯的氧化。3.联合操作很多产品全流程试间歇操作，而个别步骤是连续的，采用中间储槽缓冲和衔接。如磺胺嘧啶生产中，主要过程是间歇的，但乙烯基乙醚和甲醇钠生产是连续的。二、保持主要设备的能力平衡，提高设备利用率硝化还原重氮置换硝910重910置910还910间歇生产药品生产规模小，品种多，更新快，工艺复杂批料之间不相混的投料原则保证产品质量，便于生产管理保持主要设备的能力平衡中间贮槽中间贮槽(1)补偿短期的供需不平衡。对下游提供短期的原料供应，对上游提供短期的产品存储。（2）缓解操作上的波动。间歇过程对批量、加工时间等波动非常敏感。波动会延滞某级加工。（3）减少因为设备故障和损坏造成的生产时间的损失。有时担当事故贮槽。（4）使上下游在批量和批间隔上解耦。有可能减少设备费用。硝化还原重氮操作周期/h24126

设备台数111日批数111批量/日产品量111每台设备闲置时间/h01218①主要工艺设备操作周期如何提高设备利用率？方案Ⅰ设备台数

211日批数222批量/日产品量1/21/21/2每台设备闲置时间/h0012设备台数211日批量224批量/日产品量1/21/21/4每台设备闲置时间/h000中间贮槽硝化还原重氮操作周期/h24126

方案Ⅲ硝化还原重氮操作周期/h24126

方案Ⅱ错开12h总结：为保持主要设备之间的能力平衡，提高设备利用率，应满足：以产品量计算的批生产能力×设备台数×24=1

日产品量操作周期上例：硝化：1/2×2×24/24=1还原：1/2×1×24/12=1重氮：1/4×1×24/6=1②Gantt图（甘特图）用来对间歇过程中各个间歇级所占用的时间情况进行表示的简便方法。纵坐标横坐标各间歇级时间例：一个由三个间歇级组成的间歇厂，假定忽略各设备的进料、出料和清洗时间，混合2h，反应8h，结晶4h。2h8h4h14h2h8h4h28h2h8h4h42h混合反应结晶时间/h第一批第二批第三批批间隔14h③非覆盖操作和覆盖操作上一批物料加工完毕，且离开过程的最后一个间歇设备之后，再开始加工下一批物料。在一个设备上，上一批物料加工完毕，设备腾空并清洗后即加入下一批物料加工。2h8h4h14h22h2h8h4h30h2h8h4h批间隔8h覆盖操作有利于提高设备利用率！混合反应结晶时间/h④平行单元在某间歇级上所设的尺寸及功能完全相同，可进行平行操作的设备单元，用以消除过程瓶颈。瓶颈批量限制级该级设备的批量在所有设备中为最小，整个过程的批量取决于该级的最大批量。该级设备的限制循环时间在所有设备中最长，整个过程的批间隔取决于该级的最短限制循环时间。时间限制级设备尺寸操作时间批量限制级同步平行单元在该级上使用两台或多台设备同时操作，以增加该级的批量，从而增加整个过程的批量。批间隔不变的同时增加了批量2h8h4h14h2h8h4h22h2h8h4h30h1A231B时间/h单位时间内的产量时间限制级异步平行单元在时间限制级上使用两台或多台设备以交错方式操作。12A2B时间/h32h错开4h设备的闲置率2h4h10h6h2h14h2h18h2h22h⑤任务的合并和分解TL=3TL=2TL=2TL=7TL=3TL=2TL=3TL=7TL=5相邻任务的合并非相邻任务的合并同一类型设备设备单元数TL=3TL=10TL=5TL=5TL=3任务分解批间隔时间⑥生产的组织A.按周生产周末停止生产，所有设备处于停工状态B.不间断生产每周7天，每天24h不间断练习题：1.某原料药的生产过程由酰化、中和、浓缩三道工序组成，酰化液和中和液均为液态，酰化釜的操作周期为16h，中和釜的操作周期为8h，浓缩釜的操作周期为4h，试从提高设备利用率的角度确定一种适宜的设备配置方案。三、以化学反应为中心，完善生产过程以单元操作或单元反应为中心，建立与之相适应的工艺流程主要设备为单位，标进料和出料名称、组成及工艺条件；由原料的输入和产物的排出推及与单元反应配合使用的加料、出料设备；由进料的纯度要求推及原料预处理过程；由反应混合物的组成和分离要求推及分离、提纯和回收的方法和设备；温度、热效应情况，确定传热介质和规格；参数显示和控制方式，确定仪表和自动控制；燃烧、爆炸、毒害情况，确定相应的安全措施；根据所产生的污染物，确定相应的污染治理方案；例如：工业生产中，硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行，试以搅拌釜为中心，完善硝化混酸的配置过程的工艺流程。去硝化冷却水视盅实验室：只要将硫酸、硝酸和水按规定的配比和程序加入烧杯，用玻璃棒搅匀即可。工业上：一台搅拌器，配制放热，釜带夹套，通冷却水；间歇操作，保证配比，设置计量槽；工业上配制一定浓度的混酸，通常不加水调节，而是用硝化后回收的废酸来调节，所以要设置废酸的计量槽；原料、废酸须有一定的存储量，设置贮槽；工业上要从贮槽罐将原料送入计量槽，用泵输送，为防止工作人员误使硝酸或硫酸溢出计量槽，计量槽和贮槽之间应设置溢流管；为贮存配置好的硝化混酸，应设相应的贮槽。例2.在合成抗菌药诺氟沙星的生产中：间歇釜，以反应为中心，完善反应过程的工艺流程。要有一台搅拌器，反应温度较高，要有夹套作为载热体的流动空间；2.确定载热体的技术规格；联苯混合物（26.5％联苯＋73.5％二苯醚）熔点：12.3℃，沸点：258℃3.温度升高，物料中的低沸点组分挥发，对环境污染，反应器上部设一台回流冷凝器，用冷却水冷却，回收易挥发组分；4.氟化反应是液固废均相反应，反应液冷却后，其中的固体应去除，在反应器的下部设置一台过滤器，由于溶剂的沸点较高，可用减压抽滤，提高速度。（二）充分考虑物料的回收、套用降低原辅材料的消耗，提高产品的收率是降低产品成本的重要措施；如前面混酸硝化氯苯制混合硝基氯苯，通过萃取回收硝酸和硝基氯苯，通过浓缩回收硫酸；1.许多药物合成反应进行得不完全，大多有副反应，产物不能从反应混合物中完全分离出来，故分离母液中常含有一定数量得未反应完的原料。副产物和产物。若能实现母液的循环套用或经适当处理后套用，则能降低原辅材料的消耗，提高产品的收率，减少环境污染。如：教材上的SM2缩合母液合洗液回收的工艺流程；2.考虑溶剂的回收与套用，构成溶剂的闭路循环，降低溶剂的单耗，减少环境污染；如：教材上利巴韦林酰化工段的工艺流程图；（三）充分考虑提高能量利用率，降低能量单位消耗的措施利用重力输送物料，减少物料输送的能耗；三层竖向布置：计量槽上，反应罐中，过滤器下；2.利用余压输送（带压反应的余压）3.充分利用余热、余能（原料代替冷却水，闪蒸浓缩代替常压浓缩）（四）充分考虑生产安全措施易燃、易爆、有毒事故贮槽：剧烈放热反应，内放冷溶剂，紧急情况，使反应终止或减弱；爆破片：升压设备，密封好，泄压反应迅速，工作后设备终止运行，不堵塞，不腐蚀，寿命短，疲劳失效；3.安全阀：带压设备，自动阀门，利用本身的力排除流体；4.溢流管：溢流管径大于输液管；5.阻火器：低沸点易燃液体贮罐；6.水斗：往复式压缩机等不能断水的设备；7.泄水装置：室外，停车时排空，防止冻结。四、合理选择仪表－计器合控制方案工艺操作参数的检测、检测点控制水平、控制方案第四章工艺流程设计第一节工艺流程设计的重要性和任务第二节工艺流程设计的基本程序和方法第三节工艺流程设计的技术处理第四节工艺流程图一、生产工艺流程示意图工艺流程示意图是在生产路线确定后，物料衡算设计开始前表示生产工艺过程的一种定性图纸，有框图和流程简图两种表示方法，1.工艺流程框图以方框和圆框分别表示单元过程的反应，以箭头表示物料和载能介质流向，并辅以文字说明。2.工艺流程简图由物料流程和设备组成，以一定的几何图形表示设备的示意图，设备之间的竖向关系，全部原料、中间体及三废名称及流向，必要的文字解释。二、物料流程图工艺流程示意图完成后，开始进行物料衡算，再将物料衡算结果注释在流程中，即成为物料流程图。它说明车间内物料组成和物料量的变化，单位以批(日)计(对间歇式操作)或以小时计(对连续式)。从工艺流程示意图到物料流程图，工艺流程就由定性转为定量。对应于工艺流程示意图，物料流程图也有两种表示方法:

①

以方框流程表示单元操作及物料成分和数量；

②

将物料衡算和能量衡算结果直接加进工艺流程示意图中，得到物料流程图。

左右中加入的原料和中间体副产和排出的三废工艺过程将物料衡算结果直接加进工艺流程示意图中三、带控制点的工艺流程图带控制点工艺流程图是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符号等的一种内容较为详细的工艺流程图，也称生产控制流程图或工艺控制流程图。1.初步设计阶段在物料流程图的基础上，加上工艺设备设计和自控设计的结果，是车间布置设计的依据，在车间布置完成后，发现某些竖向关系不合理，再对其进行局部修正，得到正式的带控制点的工艺流程图。2.施工图设计阶段修正初步设计的PID，按施工要求进一步深化绘制施工阶段的PID,作为管道设计的依据。带控制点的工艺流程图由：物料流程、设备一览表、图例、图鉴、图框组成。它应表示出：1.全部工艺设备及竖向关系；2.物料和管路及其流向；3.辅助管路（水、汽、真空、压缩空气、冷冻盐水等）及其流向；4.阀门与管路（如阻火器、管道过滤器、视镜、水斗、疏水器等）；5.计量－控制仪表（如温度计、压力表、真空表、液位计等）及测控点和控制方案；6.地面及厂房各层标高。绘制规定：设备外型、数量、大小的表示方法：（1）设备外型应与设备实际外型或制造图的主面视图相似，用细线条绘制，简单明了，设备上的管道接头、支脚、支架一律不表示，见常用设备的图形画法；（2）同一位号的设备，数台以上仅画一台，于设备右下角注明1～总台数，如接管方法不同，则应根据需要分别画出，如有串连或轮换使用的数台设备，在初步设计中仅画一台，在施工图中应绘出2台或2台以上，以示清楚；

例如：某车间二工段是磺化工段，磺化器有两只，则它们的代号：2011，2012（3）同一车间的流程采用统一的比例（图上不注比例），如遇个别设备过高，过大或过小，则酌情予以缩小或放大，但应保持相对大小及高低，楼层用两条细线表示，地面用单根细线和断面符号表示，并于左边注明标高，操作台在流程图上不表示；2.阀门、管件、管道的表示方法（1）初步设计流程图上画出主要的管道、阀门、管件及控制点，见图例；（2）施工图设计应包括全部管道、阀门、管件及控制点；（3）物料管线用粗线表示（0.9～1.2mm），其它管道用中粗线表示（0.5～0.7mm），控制回路用细线表示（0.15～0.3mm）；（4）初步设计流程图的管道，注明流体介质和管径，公用系统介质用汉语拼音字母代表，生产物料不再细分内容，统一用M代表，如M－φ57×3.5施工图阶段的物料要细分各种不同的介质以英文字母表示：如SA硫酸CW液碱；管材代号：B不锈钢L铝材T铜管管线水平标上面，管线竖直标左侧；套管的表示方法：套管/内管（5）两根无联系的管线交错时，一根画成实线，另一根在交叉处断开，线条转弯可画出直角；（6）流程图上的控制点，控制回路及仪表图例，由自控专业加在工艺流程图上，如仪表控制图：(7)每根物料管道起迄点要注明来龙去脉，管道或设备直接投入物料时，也要将物料名称写出。3.设备位号编法设备位号和名称注在设备图形的左下方或右上方，位置力求相互整齐，明显易见，线的上面注设备编号，下面注设备名称，每套流程图第一张上要绘制图例，位置在图纸上方。第七章车间布置和管道设计第一节概述第二节车间的总体布置第三节设备和通道的布置第四节GMP与“精烘包”工序设计第五节多能车间设计第六节车间布置的方法、步骤和成果第七节管道设计重要性：▲是工艺专业向非工艺专业提供开展车间设计的基础资料；

▲遵守设计程序，按布置设计原则，合理布置设计；否则，造价高；施工安装不便；人流、物流混乱，易发生事故等。第一节概述一、车间布置的重要性和任务一、车间布置的重要性和任务任务：1、确定安防等级，卫生标准；

2、定建（构）筑物和露天场所尺寸，并对生产、辅助生产和行政—生活区域位置作出安排；

3、定工艺设备在车间的空间位置。二、制药车间布置设计的特殊性

原料药作为精细化学品，属化学工业范畴，在车间布置上和化工车间布置有共同要求。但药品作为治病、增强体质的特殊商品，其质量好坏关乎健康、药效、安全，为保证质量必须在洁净环境中生产，以防异物、灰尘、细菌污染药品。

所以原料药的成品工序（精、烘、包）与药剂生产的灌封、制粒、干燥、压片工艺一样必须符合GMP制度。这就是药品生产的特殊性。制药工业制剂工业（如针、片、胶囊剂等）原料药工业（化学合成药、抗生素中草药、生化药等）三、车间的组成1、生产部分：生产区、精烘包工序、控制室、储罐区等。2、辅助生产部分：动力、化验、机修、通风空调室，原料、辅料成品仓库等。3、行政—生活部分：办公、休息、更衣、浴、厕卫生室等。四、车间布置设计的条件、内容和成果

布置设计是在流程、物衡、热衡、设备设计之后进行的。（一）初步设计阶段

1、设计需要的条件和资料

①直接资料：车间外部资料和内部资料。

②设计规范和规定：是国家技术政策和法令在设计中的体现，必须严格执行，不能违背，如违背造成事故，要承担法律责任。（一）初步设计阶段2、设计内容

①按生产、使用、储存物质的火灾危险性，按规范确定车间火灾危险类别（甲、乙、丙、丁等）再按生产类别、层数和防火分区内的占地面积，确定厂房的耐火等级。

②按GMP规定确定精烘包工序的洁净级别。

③确定生产、辅助生产、行政—生活部分的布局定车间场地与建（构）筑物的平面尺寸和高度；定工艺设备的平、立面布置；定人流、物流通道安排管道、电路等。（一）初步设计阶段3、设计成果

平、立面布置图和布置说明。平、立面布置图和设备一览表又是非工艺专业和工艺管道设计的设计条件。（二）施工图设计阶段

依据是初步设计布置资料；施工图设计最终完成的文件是车间布置平、立面图；该图是工艺专业向其它非工艺专业提供的基本条件；其它专业以此进行施工图设计；工艺专业以此进行管道布置设计。第二节车间的总体布置

主要讨论：厂房的轮廓；层数；生产、辅助生产、行政—生活设施的布局。一、厂房的组成形式1、集中式：生产、辅助生产和行政生活部分集中安排在一栋厂房；适于规模小、车间中各工段联系紧密、生产特点（防火、防爆等级和防毒程度）无明显差异的情形。2、单体式：生产、辅助生产和行政生活部分，一部分或几部分相互分离并分散布置在几栋厂房中；适于规模大、车间中各工段生产特点差异显著的情形。二、厂房的层数

层数有单层、多层、或单层和多层组合形式设计时根据工艺流程需要选用。厂房高度决定于工艺、安装、检修，以及采光、通风和安全要求。设计时每层高度应尽量统一。有5m、6m模数，最低4.5m。行政生活部分一般为3m、3.3m、3.6m。如果作三层布置设备的（计量罐、反应罐、离心机）单层厂房，净空高低不能＜6m。三、厂房平面和建筑模数制（一）厂房平面形状和建筑模数制平面外形常采用长方形、L形、T形和∏形这些形状从工艺上看，利于设备布置，管线短、便于安排人流、物流进出口，也节省占地面积。厂房的宽度、长度和柱距，除特殊要求，应尽可能满足建筑模数制的要求。

1、基本模数为100mm；

2、门、窗、洞口和墙板在水平和垂直方向均为

300mm的倍数；

3、柱网（距）6—6m

最大不应超过12m；

4、层高为0.3m的倍数。模数制所谓统一模数制，就是为了实现设计的标准化而制定的一套基本规则，使不同的建筑物及各分部之间的尺寸统一协调，使之具有通用性和互换性，以加快设计速度，提高施工效率、降低造价。建筑设计应采用国家规定的建筑统一模数制。建筑模数是选定的标准尺度单位，作为建筑物、建筑构配件、建筑制品以及有关设备尺寸相互间协调的基础。根据国家制订的《建筑统一模数制》，我国采用的基本模数M=100MM，同时由于建筑设计中建筑部位、构件尺寸、构造节点以及断面、缝隙等尺寸的不同要求，还分别采用分模数和扩大模数。分模数1/2M(50MM)、1/5M(20MM)、1/10M(10MM)适用于成材的厚度、直径、缝隙、构造的细小尺寸以及建筑制品的公偏差等。基本模数1M和扩大模数3M(300MM)、6M(600MM)等适用于门窗洞口、构配件、建筑制品及建筑物的跨度(进深)、柱距(开间)和层高的尺寸等。（二）工业厂房常见结构尺寸

常用宽度为12、15、18m，柱网6—6m、6—3—6m、6—6—6m布置。见图7~2四、辅助生产和行政生活部分的布置

可与车间同置一厂房内，也可独立设置于另一栋厂房中，具体要视车间的性质和规模定。

对集中式厂房，常用布置方案厂房层高大，对非生产部分可采用多层其余要求就是要方便生产、便于管理，使之与生产部分相互响应。第三节设备和通道的布置任务：①定工艺设备在车间的空间位置；

②定设备露天与否；

③定车间内人流、物流通道；

④定管道（包括电气仪表管、暖通管）走向和位置。目的：以此确定车间生产部分建筑物的平立面具体尺寸（的基本依据）。一、设备和通道布置的基本要求（一）满足生产工艺的要求

1、按工艺流程顺序布置设备，保证水平和垂直方向的连续性。这样才能使物料按流程顺序流动，避免交叉往返。如，计量设备最上层，反应设备具中层，储存分离设备具下层。设备间高差要保证物料顺利进出。

2、设备平面排布：按厂房宽度考虑；

＜6—9m，单面排列，操作人背后是通道；

12—15m，双排布置，可中间或两边是通道；

＞18m，四排布置，大通道居中（3m）3、单台设备所占位置要考虑操作、检修、堆物；4、相同设备、同类型设备尽可能集中布置；5、为规模扩大留出发展空间；6、设备排列要整齐，避免过挤、过松，既要配管方便，还要使配管最短。

（二）满足设备安装和检修要求1、按设备大小，留出相应的空间；2、设备水平方向进出厂房的通道，要保证顺利进出，留门或安装孔洞；对特大设备，可先安装再施工厂房；3、设备垂直运输通道：通过楼层的，在楼面设吊装孔，见图7-5、7-6。起吊高度应大于运输线路上最高设备的高度；4、因设备安装、检修等需设永久性起重设备的，厂房高低设计应将其本身和物料高度考虑在内。（三）满足土建要求1、笨重、运转产生很大振动之设备（如离心机）应布置在厂房底层，以减少楼面载荷和振动；2、静载很大、强振设备之基础不得与建筑物基础相连，以免影响整个厂房之安全；3、穿过楼面的孔、洞决不能穿过主梁；4、操作台要尽可能统一，同标高，以保持美观；5、在楼层允许条件下，将较高设备集中布置于局部提高标高的厂房中，以免提高整个厂房的标高6、设备布置要避开厂房沉降缝和伸缩缝；7、门、窗、梯位置、尺寸要满足人、物料、设备进出，考虑通风采光和安全要求。（四）满足安全卫生和防腐的要求1、高大设备避窗布置，以免影响采光；2、注意和利用自然通风造成的空气对流；3、对产热、有毒厂房更要认真考虑通风，如自然对流通风不能完全满足，应再考虑机械送、排风4、机械排风应对有毒气体处理后，通过高烟囱排入大气，且应置于车间下风向；5、易燃、易爆生产部分，应布置在防火防爆区域内，该区域防火源、静电，设备与管有接地、避雷、和泄压措施；二、设备的露天布置

节约建筑面积，利于防火、防爆、防毒，故一般把不常操作或可自控的设备露天，如塔设备储罐等。6、按车间（厂房）火灾和爆炸危险等级，合理设置安全出入口，门、楼梯、电梯；7、对使用、生产腐蚀介质空间，须做必要的防腐处理；8、危险和有毒车间尽量远距离控制或控制室操作以改善工人操作条件；9、对噪声严重之设备，布置于地下室或独立房间二、精烘包工序设计

精烘包是原料药生产的最后工序，如溶解、脱色、过滤、结晶、干燥、粉碎、筛分、包装等这些都是影响成品质量的关键步骤，其过程视成品性质不同均有洁净等级要求。（二）GMP制度对药厂设计的指导意义内容：硬件－厂房、设备和环境软件－先进可靠的生产工艺，严格的管理制度及质量控制2.指导意义：a设计者在药厂设计中药遵守规范的规定；

b主要在硬件上为药品生产达到保障质量的要求，解决交叉污染和混杂问题。交叉污染通过人流、工具传递、物料传递、空气流动等途径使不同品种药品互相干扰，污染或因人、工器具、物料、空气等不恰当的流向使洁净级别低的污染物传入洁净级别高的生产岗位，造成污染。洁净室术语：气闸室设置在洁净室出入口，阻隔室外或邻室污染气流和压差控制而设置的缓冲间。传递箱在洁净室隔墙上设置的传递零部件或小设备的开口，两侧装有不能同时开启的门扇并可设气闸。技术夹层以水平构件分隔构成的供安装管线等设施使用的夹层。（一）总体设计▲精烘包应布置在主导风向上风侧；▲原料药生产区应布置在下风侧；▲周围环境应清洁，人、物流很少穿越的地区▲周围道路用不起尘的材料构筑，露土地面用耐寒草皮覆盖或种植不产生花絮的树木。（二）明确生产环境洁净级别1、空气洁净度环境控制分区概念

空气洁净有两个概念：▲洁净空气：比较洁净的空气；▲净化空气：空气净化的对象的洁净程度叫“洁净度”。指用一定面积或体积空气中所含污染物质的大小和数量表示。

GMP规范把车间按不同岗位的洁净度要求，按洁净度划分为一般生产区、控制区和洁净区。（二）明确生产环境的洁净级别1.空气洁净度、环境控制分区概念空气的洁净有二个含义：①洁净空气②空气净化洁净度空气净化的对象的洁净程度称洁净度，通常用一定面积或一定体积空气中所含污染物质的大小和数量来表示。《洁净厂房设计规范》划空气分为四个等级洁净度GMP对厂房洁净等级的要求：用空气净化系统以控制室内的含尘量或含菌量浓度的厂房称为洁净厂房。洁净厂房采用何种等级的洁净空气取决于药品的类型和生产工艺的要求。洁净区控制区一般生产区：无洁净度要求的生产、辅助车间。2、原料药精烘包环境洁净级别

GMP规范规定：口服原料药成品的结晶、干燥、过滤、包装的洁净级别为10万级，通常采用初、中效二级过滤的洁净空气即可。对无菌原料药的结晶、干燥、过筛、包装采用1万级洁净空气。（三）工艺布局及土建要求1、精烘包应与原料药生产区分隔并自成一个独立的区域；精烘包与上一工序的联系、交接应方便成品送仓储区路线要合理，避免通过严重污染区2、精烘包工序按工艺流程，一般应分成重结晶、分离室、干燥室、包装室、留验室和合格品储存室，和人、物料净化室和通道。虽然因功能不同而分设，但要相互呼应成为一体。3、有洁净度要求的厂房，经常性费用（水、电、汽）高，故在满足工艺要求前提下，应尽可能减少其建筑面积。（三）工艺布局及土建要求4、车间底层的室内标高应高出室外地坪0.5~1.5m车间层高2.8~3.5m，技术夹层净高2.0~2.5m，办公、生活房高度2.6~3.2m。5、安排好暗敷管道的走向及竖井，通常管道和通风夹墙、技术走廊合并处理。6、把洁净级别相同的房间尽可能结合在一起；洁净级别不同房间相互联系要有防污染措施。如气闸、风淋室、缓冲间及传递窗等。7、在有窗的厂房中，应把洁净要求高的房间布置在内侧或中心部位。8、精烘包工序，人、物流入口应尽可能少，以便控制全车间的洁净度。9、布置时，空调室应紧靠洁净区，使通风管道线路最短。10、工艺用水、压缩空气、N2按工艺要求进行净化处理。（三）工艺布局及土建要求（四）人员、物料净化和安全1、人、物净化出入口分设，避免交叉。2、进洁净或控制区人员应按图7~7程序净化

注意：这些卫生通道的洁净度由外到内逐步提高，所以越往内，送风量应越大，以便造成由内到外的正压，防止污染空气倒流入内。（四）人员、物料净化和安全3、物料（成品、包装材料、工器具等）入控制区前应在缓冲室先刷掉表面之灰尘污染，再用消毒水消毒，后经紫外灯传递窗口入洁净区。4、精烘包耐火等级不低于二级，安全出口不少于二个，易燃、易爆、有毒精烘包工序应符合《建筑设计防火规范》要求。（五）室内装修1、墙、顶表面应光洁、平整，墙与墙、地面、顶相接处应有一定弧度，不起灰、易清洗。有洁净度要求房间，可用特殊涂料或彩钢板等墙面材料；无洁净度要求，则可用石灰刷白。2、地面应光滑、平整、易清洗，常用不起尘的水磨石、塑料、耐酸磁板等。3、门窗要简单，不易积尘、清扫方便，密封要好，门的开启方向应由洁净级别高向洁净级别低。（六）设备和管道1、洁净区只布置必要的设备，易污染、散热大的设备布置在洁净区外。2、设备用耐腐、耐磨、不生锈材料制造，结构要简单，内部避免死角，外表光滑。3、考虑设备起吊、进场的运输路线和孔洞，必要时可将隔墙设计成可拆卸的轻质墙。4、设备安装跨越不同洁净等级房间或墙面时，应采取可靠密封隔断方法。5、防止传动机械漏油、起尘、振动、噪声。6、洁净度≥10万级，管道可明敷，1万级暗敷。（七）空调系统

入控制区、洁净区空气除洁净外，还要控制其温度、湿度。因此空气需加热、冷却，或加湿去湿处理。

1、对口服原料药精烘包工序，生产区分类属控制区，洁净级别为10万级，采取一级初效，二级中效过滤系统就可达到要求，如图7~8。对其中防爆系统不采取回风，以防易爆物聚积。对产生有毒物设备应设置排风。（七）空调系统2、无菌原料药的结晶、干燥，其生产区分类属洁净区，洁净级别为1万级，采用一级初效，二级中效，三级高效过滤可达到要求，如图7—9。若为防爆生产，则不设回风，且洁净室采取正压3、青霉素等药物应专设空调设施，排风口装高效过滤器，使排出气体无残留青霉素，以防污染空气。激素及对人体有严重危害的药物，循环送风须经高、中、粗三级过滤，滤去循环空气中有害药物粉尘含量，减少对工人健康的危害。4、干燥、称量、包装岗位之成品，均处于敞口状态，故采取顶部或侧面送风，下侧回风方式，以免粉尘飞扬。粉碎、过筛过程会产生大量粉尘，故须控制其温度、湿度。5、温度、湿度及换气次数控制区：T18~28℃

相对湿度50~60%

洁净区：T20~24℃

相对湿度45~60%

换气次数：洁净度≥

1万级取25次／h

洁净度≥

10万级取15次／h（七）空调系统（八）电气设计

照度：一般生产区100lx，洁净度低于1万级厂房150~200lx，1万级厂房200~300lx。照明灯具吸顶安装，接缝密封。第七章车间布置和管道设计第一节概述第二节车间的总体布置第三节设备和通道的布置第四节GMP与“精烘包”工序设计第五节多能车间设计第六节车间布置的方法、步骤和成果第七节管道设计第五节多能车间设计一、概述

多能车间又称综合车间或小产品车间，适于产品品种多、产量差别悬殊、品种更新快的特点特别是医药和精细化工产品。一、概述1、以工业生产为主的多能车间：即根据既定的产品方案和规模，选择一套（或几套）工艺设备，实现多品种生产。特点是：设备利用率高，生产操作方便；缺点：每更换一个品种，都要根据工艺和其它要求，重新调整和组合设备及管道，灵活性和适应性显得有些差。有两种设计方法：2、以试制研究及产销量极小的产品为主的多能车间：这种情况下，品种虽多、工艺亦不相同，但有着共同的单元反应和单元操作，故设计时可不必过多考虑具体生产的品种和规模，主要按化学反应和单元操作，选择一些不同规格和材质的反应罐、塔器和通用机械加以合理的布置和安装。特点是：灵活性高，适应性强；缺点：设备相对固定，而以不同产品的流程去适宜它，且设备数量多，利用率低。二、多能车间的设计原则

以工业生产为主的单套工艺设备实行多产品生产为例讨论。（一）产品方案

1、产品数目不宜过多过杂：否则产品流程差异大时，就会影响设备的通用性和互换性，降低了设备的利用率，也给技术人员及操作人员配备带来困难。产品生产周期不宜过短：在选择产品的合理数目时，希望一个产品的操作周期为一个季度这样一年就可安排4个产品，同样就可减少调整设备的工作量。（一）产品方案

2、尽可能选流程及所需设备的大小和数量大致相近的品种，以提高设备利用率，也可减少更换产品时设备调整的工作量。3、选对防爆、防毒和三废处理要求基本一致的品种，这样可以使问题简单化。（二）工艺设备的设计和选择

产品方案确定后，从中选一个工艺最长、反应和操作单元种类最多的产品，作为设计和选择工艺设备的基础，按生产量和生产周期设计和选出工艺设备。还要与其它几个产品工艺比较，补齐不能通用的设备或附件。（二）工艺设备的设计和选择1、主要工艺设备（反应罐）以搪玻璃和不锈钢为主，可适量配一些碳钢设备。2、设备大小规格可排列组合，以减少规格品种。3、设备接口标准化。4、设备内部结构要简单，以便清洗。5、配备必要的中间槽和计量槽，调节和缓冲工艺过程，以提高本体设备适应性。（如前设备1h，300L，本体设备2h，300L，后设备3h，300L）特别提示：（三）车间布置1、建筑形式，以单层为宜，必要时可主体单层，局部二层；面积以500~2000m2为宜。2、生产操作面不宜过大，要紧凑。3、小容量（＜200L）反应设备可不设操作台，直接支撑在地面上，既利操作，又易移位。4、大容量设备可设单个或整个操作台。（三）车间布置5、计量槽、回流冷凝可布置在反应罐前上方，以便和反应罐同时移位。6、多能车间设备较小，故凡能借自重稳定的设备尽量不浇灌基础，或浇比较浅的基础。7、从安全角度，对只有一般防毒、防火、防爆要求的化学反应，可布置在一个大间既可；对有特殊防毒、防火、防爆要求的化学反应，从建筑和通风上须作针对性处理；对高压反应须设防爆墙和泄压屋顶。（三）车间布置8、蒸馏、回收处理的塔器应适当集中，以利操作和节省建筑物的空间。9、考虑到多能车间设备、管道拆装频繁的特点，所以中间体、原料运输频繁，因而车间要有足够的水平运输通道；垂直运输的载货电梯或简易货吊要能容纳手推车。10、车间辅助和生活用房布置和单产品车间相同但要设置设备仓库（这是与普通车间不同处），以存暂时不用的工艺设备。（四）管道设计1、设置上、下水，蒸汽、冷冻盐水、压缩空气和真空等公用系统总管，管径大小按既定产品中负荷量大的定。2、公用系统总管固定安装于主要工艺设备上方，以便与之方便连接。3、公用系统总管与工艺设备通过支管连接。4、管材和连接方式随产品更换的，采用临时搭接第六节车间布置的方法、步骤和成果设备布置设计

设备布置设计的最终成果是设备布置图等一系列图样，它包括：

(1)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的图样。

(2)首页图

车间内设备布置图需分区绘制时，提供分区概况的图样。

(3)设备安装详图

表示用以固定设备的支架、吊架、挂架及设备的操作平台、附属的栈桥、钢梯等结构的图样(施工图设计内容之一)。

(4)管口方位图

表示设备上各管口以及支座、地脚螺栓等周向安装方位的图样(施工图设计内容之一)车间布置图车间平面布置图和剖面图二、车间布置图

要表达出厂房大小、内部分隔情况、与设备定位相关的建构筑物的结构形状和相对位置；一般每层绘一张。也是车间布置设计的成果。（一）平面布置图（一）平面布置图1、厂房建筑平面图：注有厂房及墙的轮廓线，门及开向、窗、梯位置、柱网间距、编号和尺寸及各层的相对标高。2、安装孔洞、地坑、地沟、管沟位置及尺寸，地池、地坑的相对标高。3、吊车、吊车梁的平面位置。4、操作台平面图、尺寸及台面相对标高。5、设备外形平面图，设备定位尺寸、管口方位和设备编号。6、辅助室、生活室的位置和尺寸。具体内容有：（二）车间剖面（立面）图1、厂房建筑立面图，包括厂房轮廓线、柱、门、梯位置、及各层相对标高，主梁高度等。2、设备外形尺寸及编号。3、设备