工藝流程設計及其CAD

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1、第四章 工藝流程設計及其CAD,工藝流程設計是食品工藝設計的一項非常重要的環(huán)節(jié)。選用先進合理的工藝流程并進行正確設計對食品工廠建成投產后的產品質量、生產成本、生產能力、操作條件等產生重要的影響。,工藝流程設計是原料到成品的整個生產過程的設計。是根據(jù)原料的性質、成品的要求把所采用的生產過程及設備組合起來，并通過工藝流程圖的形式，形象地反映了食品生產從原料到成品（產品）的整個生產過程，其中包括物料及其理化特性的變化、物料的流向以及生產中所經歷的工藝過程和使用的設備儀表。 工藝流程設計用圖表示就稱之為“工藝流程圖” 可以說：工藝流程圖集中地概括了整個生產過程的全貌。 工藝流程設計是工藝設

2、計的核心。,在整個設計中，設備選型、工藝計算、建筑結構設計、設備布置等工作都與工藝流程有直接關系。只有流程確定后，其他各項工作才能開展；工藝流程設計涉及各個方面，而各個方面的變化又反過來影響工藝流程設計，甚至使流程發(fā)生較大的變化。 因此，工藝流程設計動手最早，而往往不是最早結束。,生產方法的選擇和工藝流程的確定 工藝流程設計的任務、方法和原則 工藝流程設計的內容 基本單元的流程設計 工藝流程圖的繪制,主要內容,第一節(jié) 生產方法的選擇 和工藝流程的確定,針對不同的原料特性和不同的產品（成品）需求，可能存在多種生產方法：同一種生產方法，又存在多種工藝流程可供選擇。,生產方法和工藝流程的選擇是決

3、定整個工藝設計質量的關鍵。,一、概述,在很多情況下，生產同一產品（成品）可以采用不同原料，經過不同生產工藝路線而制得；而同一原料，也可采用不同生產工藝路線，制成不同產品（成品）；而且同一生產工藝路線中也可以采用不同的設備裝置。,因此生產方法和工藝流程的選擇必須經過慎重的、精細的和科學的，而且可能是多次反復的： 分析 對比 論證 修訂,二、生產方法和工藝流程選擇的原則,1、先進性和科學性 主要是指技術上的先進性和經濟上的合理可行。 技術水平先進合理 應優(yōu)先采用機械化、連續(xù)化作業(yè)生產線，以保證半成品不發(fā)生變色、變味、變質，節(jié)約能耗，降低成本。 經濟合理性 盡量選擇投資少、能耗低、成本

4、低、產品得率高的生產工藝。,2、可靠性和可發(fā)展性 可靠性是指所選擇的生產方法和工藝流程是否成熟可靠。同時必須充分考慮項目的可持續(xù)發(fā)展。 如果采用的技術不成熟，就會影響工廠正常生產，甚至不能投產，造成極大地投資浪費。對于尚在試驗階段的新技術、新工藝、新設備應慎重對待。應堅持一切經過試驗的原則，不允許把未來的生產廠當做試驗工廠進行設計。另外，對生產流程的改革也應采取既要積極又要慎重的態(tài)度且不能有僥幸心理。 慎重對待傳統(tǒng)生產工藝 一些名、特、優(yōu)的產品生產不得隨意改動；若需改動，必須經反復試驗，經專家鑒定認可后，方可采用。,3、適用性和靈活性 首先，必須結合國情。中國是一個發(fā)展中的社會

5、主義國家，在進行工廠設計時，不能單純從技術觀點或科學觀點考慮問題，應從具體情況出發(fā)綜合考慮具體問題。 其次，必須在針對特定原料和產品（成品）具有良好的適應性的基礎上，具有良好的靈活性。根據(jù)原料的加工特性，選擇易于加工，原料消耗少，營養(yǎng)損失低的工藝路線；根據(jù)產品規(guī)格要求及有關標準來選擇加工產品的工藝路線；,4、政策性和規(guī)劃性 古人云：“順者昌，逆者亡”。 相關法律、法令、法規(guī)； 國家政策、規(guī)劃、布局； 行業(yè)政策、規(guī)劃、布局； 地方政策、規(guī)劃、布局； 國際貿易政策、法規(guī)、質量規(guī)范。,,上述幾項原則必須在生產方法和工藝流程選擇中全面衡量，綜合考慮一種技術的應有的長處，和相應的短處。設計人員必須采

6、取全面分析對比的方法，并根據(jù)建設項目的具體要求，選擇其中不僅對現(xiàn)在有利，而且對將來有利的工藝技術，竭力發(fā)揮有利的一面，設法減少不利的因素。,三、生產方法和工藝流程確定的步驟,確定生產方法，選擇工藝流程一般要經過三個階段。 1、搜集材料，調查研究 這是確定生產方法和選擇工藝流程的準備階段。在此階段，要根據(jù)建設項目的產品方案及生產規(guī)模，有計劃、有目的地搜集國內外同類型生產廠的有關材料，包括技術路線特點、工藝參數(shù)、原材料和公用工程單耗、產品質量、三廢治理及各種技術路線的發(fā)展情況與動向等技術經濟資料。,具體收集的內容主要有以下幾個方面。 國內外生產情況，各種生產方法及工藝流程； 原料來源及產品應用

7、情況； 試驗研究報告、學術論文、技術專利； 安全技術及勞動保護措施； 綜合利用及三廢處理；,生產技術是否先進（擬采用生產技術的水平）； 設備的標準化和定型化及其制造、運輸情況、自動化程度； 基本建設投資、產品成本、占地面積； 水、電、汽、燃料的用量及供應，主要基建材料的用量及供應； 廠址、地址、水文、氣象等資料；,2、落實設備 設備是完成生產過程的重要條件，是確定技術路線和工藝流程時必須要涉及到的因素，在搜集資料過程中，必須對設備予以足夠重視。對各種生產方法中所用的設備，分清國內已有定型產品的、需要進口的及國內需要重新設計制造的三種類型，并對設計制造單位的技術力量、加工條件、材料供應及設計

8、、制造的進度加以了解。,3、全面對比 全面分析對比的內容很多，主要比較下列幾項： 幾種技術路線在國內外采用的情況及發(fā)展趨勢； 產品的質量情況； 生產能力及產品規(guī)格； 原材料、能量消耗情況； 建設費用及產品成本； 三廢的產生及治理情況； 行業(yè)背景、政策背景等支撐狀況；,第二節(jié) 工藝流程設計的任務、方法和原則,當生產工藝路線選定之后，即可進行流程設計。它和車間布置設計是決定整個車間(裝置)基本面貌的關鍵性的步驟，對工藝計算、設備設計和配套設計等單項設計也起著決定性的作用。,一、流程設計的任務,工藝流程設計的主要任務包括兩個方面： 一是確定生產流程中各個生產過程的具體內容、順序和組合方式，達到由

9、原料制得所需產品的目的； 二是繪制工藝流程圖，要求以圖解的形式表示生產過程中，當原料經過各個工序或單元操作過程制得產品時，物料和能量發(fā)生的變化及其流向，以及采用了哪些過程和設備，再進一步通過圖解形式表示出加工工藝流程和計量控制流程。,為了使設計出來的工藝流程能夠實現(xiàn)優(yōu)質、高產、低消耗和安全生產，應按步驟逐步解決以下問題。 (1) 確定整個流程的組成。工藝流程反映了由原料制得產品的全過程。應確定采用多少生產過程或工序來構成全過程，確定每個單元過程的具體任務（即物料通過時要發(fā)生什么物理變化、化學變化以及能量變化），以及每個生產過程或工序之間如何連接。 (2) 確定每個過程或工序的組成。應采用

10、多少和由哪些設備來完成這一生產過程，以及各種設備之間應如何連接，弄明確每臺設備的作用和它的主要工藝參數(shù)。,(3) 確定操作條件。為了使每個過程、每臺設備正確地起到預定作用，應當確定整個生產工序或每臺設備的各個不同部位要達到和保持的操作條件。 (4) 控制方案的確定。為了正確實現(xiàn)并保持各生產工序和每臺設備本身的操作條件，及實現(xiàn)各生產過程之間、各設備之間的正確聯(lián)系，需要確定正確控制方案，選用合適的控制儀表。 (5) 合理利用原料及能量。計算出整個裝置的技術經濟指標應當合理地確定各個生產過程的效率，得出全裝置的最佳總收率，同時要合理地做好能量回收與綜合利用，降低能耗。據(jù)此確定水、電、蒸汽和燃料的

11、消耗。,(6) 制定三廢的治理方法。除了產品和副產品外，對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于那些暫時無法回收利用的，則須進行妥善處理。 (7) 制定安全生產措施。應當對設計出來的機械裝置在開車、停車、長期運轉以及檢修過程中，可能存在哪些不安全因素進行認真分析，再遵照國家的各項有關規(guī)定，結合以往的經驗教訓，制訂出切實可靠的安全措施，例如設置安全閥、阻火器和事故貯槽等。,二、工藝流程設計的方法與原則,首先要看所選定的生產方法是正在生產或曾經運行過的成熟工藝還是待開發(fā)的新工藝。前者是可以參考借鑒而需要局部改進或局部采用新技術新工藝的問題。后者須針對新開發(fā)技術，在設計上稱為概念設計。 通常

12、，將一個工藝流程分為若干個重要的組成部分（工序），例如：原料預處理過程（清理工序）、（若干）主要加工過程（反應過程）、產物（在制品、產品）的后處理和三廢的處理過程等。,1、原料處理過程 在主加工之前，需要對物料進行必要的預處理，根據(jù)主加工特征，在加工之前對原料提出工藝條件要求，如純度、溫度、壓力、加料方式等。 2、主加工過程 根據(jù)加工過程的特點、產品的要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用何種加工裝置類型和決定連續(xù)還是間歇性操作。 3、產后處理 根據(jù)加工特性和產品質量要求，實際過程可能會出現(xiàn)下列情況 ： （1）副產物的產生。 （2）過剩原料回收分離。 （3）有害雜質凈化。 （4）產物

13、聚集狀態(tài) ，多相混合，需采用不同措施進行處理，有時這些原因是制約生產的關鍵環(huán)節(jié)。,4、產品的后處理 經過分離凈化后的產品 ，有些是下一工序的原料有些可作商品，還有需要后處理，如篩 分、包裝、灌裝、計量、貯存、輸送。這些過程都需要有一定的工藝設計裝置。 5、未加工或利用的物料以及副產品的處理 要根據(jù)特點、設計相應的單元操作過程。 6、確定“三廢”排出物的處理措施 排放的三廢,無法回收應妥善處理，達到排放標準。做到“三廢”治理工藝與生產工藝同時設計、同時施工、同時投產運行。,7、確定公用工程的配套措施 生產中必須使用的工藝用水（包括作為原料的軟水、冷卻水、溶劑用水等）、蒸汽（原料用汽、加熱

14、用汽、動力用汽及其他用汽等）、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空都 是工藝中要考慮的配套設施。還要考慮生產用電、上下水、空調、采暖通氣都是必須密切配合。 8、確定操作和控制方案 包括流程中各個單元設備的物料流量（投料量）、組成、溫度壓力，并提出控制方案，以確保產品合格。,9、安全生產措施 根據(jù)物料性質和生產特點，在工藝流程中除設備材質和結構安全外，還要設置事故槽、安全閥、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產。 10、保溫、防腐的設計 這是工藝流程設計的最后一項工作，也是施工按裝的最后一道工序，根據(jù)介質的溫度、特性和狀態(tài)以及周圍環(huán)境狀況決定管道和設備是否面要保溫和防腐。,實例小

15、麥加工清理工藝流程,雜質及相應清理設備？,小麥中的雜質,在生長期，由于雨水過多導致發(fā)芽、發(fā)霉的小麥和受蟲害、病害的小麥，以及一些雜草的種子（如蕎籽等） 。 在收割期，由于沒有專用的曬場，一些麥稈、石子、土塊等雜質都會混入小麥中 。 在貯存期，小麥會發(fā)熱、發(fā)霉，以及一些殺蟲劑會混入 。,小麥清理常用的方法,（1）風選法利用小麥與雜質的空氣動力學性質的不同進行清理的方法稱為風選法?？諝鈩恿W性質一般用懸浮速度表示。風選法需要空氣介質的參與。常用的風選設備有垂直風道和吸風分離器等。（2）篩選法利用小麥與雜質粒度大小的不同進行清理的方法稱為篩選法。粒度大小一般以小麥和雜質厚度、寬度不同為依據(jù)。篩選法需

16、要配備有合適篩孔的運動篩面，通過篩面與小麥的相對運動，使小麥發(fā)生運動分層，粒度小、比重大的物質接觸篩面成為篩下物。常用的篩選設備有振動篩、平面回轉篩、初清篩等。,小麥清理常用的方法,（3）比重分選法 利用雜質和小麥比重的不同進行分選的方法稱為比重分選法。比重分選法需要介質的參與，介質可以是空氣和水。利用空氣作為介質的稱為干法比重分選；利用水作為介質的稱為濕法比重分選。干法比重分選常用的設備有比重去石機、重力分級機等，濕法比重分選常用的設備有去石洗麥機等。,小麥清理常用的方法,（4）精選法 利用雜質與小麥的幾何形狀和長度不同進行清理的方法稱為精選法。利用幾何形狀不同進行清理需要借助斜面和螺旋面，

17、通過小麥和球形雜質發(fā)生的不同運動軌跡來進行分離。常用的設備有蕎籽拋車等。利用長度不同進行清理需要借助有袋孔的旋轉表面。短粒嵌入袋孔被帶走，長粒留于袋孔外不被帶走，從而達到分離的目的。常用的設備有滾筒精選機、碟片精選機、碟片滾筒精選機等。,小麥清理常用的方法,（5）撞擊法 利用雜質與小麥強度的不同進行清理的方法稱為撞擊法。發(fā)芽、發(fā)霉、病蟲害的小麥、土塊以及小麥表面粘附的灰塵，其結合強度低于小麥，可以通過高速旋轉構件的撞擊使其破碎、脫落，利用合適的篩孔使其分離，從而達到清理的目的。撞擊法常用的設備有打麥機、撞擊機、刷麥機等。,小麥清理常用的方法,（6）磁選法 利用小麥和雜質鐵磁性的不同進行清理的方

18、法稱為磁選法。小麥是非磁性物質，在磁場中不被磁化，因而不會被磁鐵所吸附；而一些金屬雜質（如鐵釘、螺母、鐵屑等）是磁性物質，在磁場中會被磁化而被磁鐵所吸附，從而從小麥中被分離出去。磁選法常用的設備有永磁滾筒、磁鋼、永磁箱等。,小麥清理常用的方法,（7）碾削法 利用旋轉的粗糙表面（如砂粒面）清理小麥表面灰塵或碾刮小麥麥皮的清理方法稱為碾削法。碾削法常用于剝皮制粉。通過幾道砂輥表面的碾削可以部分分離小麥的麥皮，從而可以縮短粉路，更便于制粉。碾削法常用的設備有剝皮機等。 除了以上七種方法外，還有根據(jù)顏色不同的光電分選法，使用的設備為色選機。由于該設備價格昂貴，目前應用還不普遍,小麥清理流程的重要意義，

19、就在于依靠該工作進程，來保證面粉的純度達到甚至超過國家規(guī)定的標準，改善小麥的制粉性能，穩(wěn)定入磨小麥的質量，從而為制粉生產創(chuàng)造高產、優(yōu)質、低耗的條件。小麥加工清理工藝流程設計的基本原則如下：,小麥加工清理工藝流程設計的基本原則,1、積極采用成熟的先進技術、先進經驗和先進設備； 2、首先清除危害性大的雜質。例如磁性雜質、體積較大的沙石、麻繩頭等。這些雜質對設備的安全運行有較大的影響，必須先除去。 3、先易后難、先綜合后單項。選用綜合除雜能力強的設備，將容易分離的大小雜質、輕雜首先清除，再清除并肩雜和表面雜質。 4、優(yōu)先選用體積小、效率高、性能可靠的新型設備。設備技術定額的確定，要從實際出發(fā)，既先進

20、又可靠。,5、工藝要有一定的靈活性。以適應加工原料品質的變化。 6、最大限度地發(fā)揮除雜效率。除雜方法要完善，并合理安排各種設備在流程中的位置，以便提高清理工藝的綜合除雜效果。 7、配置完善、切實可行的小麥調質工段。以適應不同性質、不同地域特點的小麥調質。 8、保證工藝過程的連續(xù)性。根據(jù)工藝設計要求，選擇產量匹配的設備、配備合理的技術參數(shù)。,9、節(jié)約投資、降低消耗。結合廠房建筑，做到合理布局，盡量減少物料的輸送環(huán)節(jié)。 10、要有完善的除塵、防爆措施，有效的降噪、減震功能。保護環(huán)境，保證生產安全，確保勞動衛(wèi)生。 11、根據(jù)雜質的種類及數(shù)量，安排必要的下腳處理設備。以回收低劣小麥，提高利用率，減少浪

21、費。,為保證清雜的效果，將承擔相應清理任務的工藝設備按一定的規(guī)律組合起來，即為小麥的清理工藝。 小麥清理工藝根據(jù)其使用設備的不同，分為干法清理工藝、濕法清理工藝和脫皮清理工藝三種。,小麥加工清理工藝流程實例,SCY型系列初清篩初清篩是一種用途很廣的預清理篩選設備，它可以有效地分離各種大雜質，例如秸稈、石塊、磚塊、土塊、繩頭、木片等，以便物料順利通過其它設備和方便輸送，防止大雜對設備造成堵塞和故障損壞 TCXT永磁滾筒結構簡單，安裝容易，運行可靠，常年使用磁力不衰，是目前較為理想的，己經得到廣泛應用的新型磁分離除鐵設備 TQLZ振動清理篩用途及特點：主要用于清理小麥、玉米、稻谷、油料等物料中的

22、大小雜質。清理效果好，產量大、體積小、調節(jié)方便。與循環(huán)風選器配套使用，效果更佳。 TQs100吸式去石機 FJXZ-63-YQ 碟片滾筒精選機用于小麥清理，從小麥中分離出燕麥、大麥、蕎子和其它小顆粒雜質，它是根據(jù)篩選物的長度進行篩選的。FDMW系列臥式打麥機 TQLM180平面回轉篩平面回轉篩主要用于制粉、飼料、碾米、化工、榨油等行業(yè)的原料清理或分級。通過更換不同孔徑的篩片，可清理小麥、玉米、稻谷、油料等多種顆粒狀物料中雜質。 本機單位篩寬流量大，清理效率高，平面回轉運動平穩(wěn)，噪聲低，帶吸風，衛(wèi)生條件好。 TSYZ-22三葉強力著水機是面粉廠小麥清理流程中對小麥進行水份調節(jié)的重要設備，它能穩(wěn)定

23、小麥著水量，使著水后小麥麥粒水份均勻，改善研磨性能，增強麩皮韌性，降低麩皮和胚乳的粘結力，提高研磨和篩理效率，有利于提高出粉率和粉色質量。 LSS系列旋轉輸送機 SJM22型噴霧著水機由于著水小麥在潤麥倉中停留時間長,整個麥粒水分分布已經較均勻。相對胚乳而言,麥皮水分低,研磨時易破碎,致使碎鼓量增加,影響制粉效果。在小譽入窮階進行微最著水,適時潤麥,使小麥麥皮變韌,對生產低灰分面粉是有利的。,第三節(jié) 工藝流程設計的內容,生產方法確定以后，就開始工藝流程的設計。有如下內容： （一）確定生產線數(shù)目 根據(jù)產品方案及生產規(guī)模，視生產實際情況，結合投資大小，確定生產線及生產線數(shù)目。如果產量大，可采用幾

24、條生產線，以便生產調劑，設備護理等。,第三節(jié) 工藝流程設計的內容,（二）確定生產線自動化程度 生產線有間歇和連續(xù)兩種。在確定生產線自動化程度時，根據(jù)生產特點和技術成熟性，結合生產規(guī)模，一般采用先進、經濟、合理的自動化生產線，高品質產品生產配以自動化在線檢測，以保證產品質量。 （三）工藝流程圖的設計 工藝流程圖的設計主要包括工藝流程框圖設計，初步設計階段的工藝流程設計和施工階段的工藝流程設計三個階段。,（三）工藝流程圖,把各個生產單元按照一定的目的要求，有機地組合在一起，形成一個完整的生產工藝過程，并用圖形描繪出來，即是工藝流程圖。 屬于工藝流程圖性質的圖樣有若干種，它們都用來表達工藝生

25、產流程。由于它們的要求各不相同，所以在內容、重點和深度方面也不一致，但這些圖樣之間是有密切聯(lián)系的。,生產流程示意圖又稱工藝流程框圖，在物料衡算前進行。 主要是定性表述由原料轉變?yōu)榘氤善返倪^程及應用的相關設備。它只是定性的生產工藝表述，不要求正確的比例繪制。主要包括生產過程中需要經過哪些單位操作，各單位操作中的流程方案及所需型號的表述。 內容包括工序名稱、完成該工序工藝操作手段（手工或機械設備名稱）、物料流向、工藝條件等。 在方框圖中，應以箭頭表示物料流動方向，其中以粗實線表示物料由原料到成品的主要流動方向，細實線表示中間產物，輔助料,廢料的流動方向。,1、工藝流程示意圖,乳品生產工藝流程

26、框圖,味精生產工藝流程框圖,PET果汁飲料生產工藝流程示意圖,2、初步設計階段的工藝流程圖,初步設計階段的工藝流程圖亦可稱為工藝流程草圖。它是在方框圖的基礎上經過物料橫算、能量計算以及設備選型后繪制的。在圖樣內容的表達上比工藝流程框圖更為全面。 工藝流程圖是反映設計計算某些結果的圖樣。它既可用作提供審查的資料，又可作為進一步設計的依據(jù)，并且還可供今后生產操作時參考。在生產工藝比較簡單的情況，也可作為施工只用。,工藝流程圖的圖樣采用展開圖形式，按工藝流程順序，由左至右畫出一系列設備的圖形，并配以物料流程線和必要的標注與說明，一般有設備示意圖、物料流程線、標注和圖例、標題欄及設備一覽表組成。,2、初步設計階段的工藝流程圖,啤酒生產工藝流程圖,羊屠宰加工工藝流程圖,純凈水加工工藝流程圖,果汁、醬類生產線,3、施工圖階段的工藝流程圖,施工工藝流程圖亦稱帶控制點工藝流程圖或工藝管道及儀表流程圖，是工程設計的重要圖種。它在工藝流程圖的基礎上繪制的，內容更為詳細，其主要目的和作用是清楚地標出設備、配管、閥門、儀表以及自動控制等方面的內容和數(shù)據(jù)。它是設計與施工的依據(jù)，也是操作運行及檢修的指南。,3、施工圖階段的工藝流程圖,其主要內容包括：,礦泉水帶控制點工藝流程圖,冰淇淋、酸奶、含乳等帶控制點工藝流程,