绪论

生物工程工厂设计概论：是一门以生物工艺学、生物制药学、ＧＭＰ和工程学及相关科学理论和工程技术为基础，综合性、实践性很强的应用性工程学科，是在学生基本学完大学全部课程，扎实掌握基本理论、工程技能及专业理论、专业知识的基础上开设的。其目的是培养学生具备生物工程工厂设计的工程能力和工程素质，结束毕业实习和毕业设计，完成工程师的综合性基本训练。

工厂设计基本的任务：是要作出体现国家有关方针政策，切合实际，安全适用，技术先进，经济效益和环境效益好的设计，为我国社会注意现代化建设服务。工厂设计工作的内容包括参加建设项目的决策，编制各个阶段设计文件，配合施工和参加验收，进行总结的全过程。

第一章：基本建设程序

一个新建项目从计划建设到建成投产，按照建设项目发展的内在联系和发展过程，建设程序一般要经历：建设前期、建设期和交付使用期三个阶段。

建设前期的工程程序：１、项目建议书２、可行性报告３、设计任务书４、初步设计５、总概算

项目申请报告的主要内容：１、项目申请单位情况２、拟建项目情况３、建设用地及相关规划４、资源利用和能源耗用分析５、生态环境分析６、经济和社会效益分析７、建设与实施８、结论与建设９、有关附件

可行性研究报告内容：１、总类２、根据经济预测、市场预测确定项目建设规模和产品方案３、资源、原材料、动力、运输、供水等配套条件及公用设施落实情况４、建厂条件、厂址选择方案及总图布置方案５、工艺技术、主要设备选型、建设标准和相应的技术经济指标６、主要单项工程、公用辅助设备、总体布置方案和土建工程量估算７、环境保护、安全生产、劳动卫生、消防、ＧＭＰ等要求和采取的相应措施方案８、企业组织、劳动定员和人员培训设想９、建设工期和实施进度１０、投资估算和资金筹措１１、经济效益和社会效益评价１２、总论

设计任务书：是一个指令性的文件，是确定基本建设项目，编制设计文件的主要依据。

第二章：厂址选择与工厂总平面设计

厂址选择的总原则：

第一：厂址选择必须符合工业布局、符合所在地区、城市规划的要求，按照国家有关法律、法规及建设前期工作的规定进行。

第二：充分利用各地区的有利条件，避开或克服不利条件；充分利用当地人力、物力、财力和自然资源，环境保护；节约用地，不占用良田及经济效益高的土地，并符合国家现行土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定。

第三：使企业接近原料、能源产地和产品消费区，消除不合理运输；总体经济效益好，有利于加快国民经济发展和人民生活的提高。 具体厂址所在地点的选择，则要从场地的自然条件、技术经济条件及所在行业的特点三方面考虑，依次满足相应的条件

总平面设计的内容: 1.平面布置设计 2.竖向设计 3.运输设计 4.管线综合布置 5.绿化

美化布置

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。

第三章：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、生产设备及布置的关键步骤

工艺流程的设计原则：1.保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。2.尽量采用成熟的先进的技术和设备。3.实施清洁生产，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用 4.确保安全生产，以保证人身和设备的安全 5.生产过程尽采用机械化和自动化，实现稳定、高产

工艺流程图的设计通常要经历三个阶段：1.生产工艺流程示意图 2.生产工艺流程草图 3.生产工艺流程图

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，符号等得一种工艺流程图，也称生产控制流程图或工艺控制流程图。

第四章：工艺计算

工艺计算：1、物料平衡计算2、热量平衡计算3、水平衡计算4、耗冷量计算5、无菌压缩空气消耗量6、抽真空量计算（他们的方法和步骤大家抽奖背，实在太多了！看谁能背到，中头奖）

第五章：设备的设计与选型

专业设备设计与选型的依据： 1、有工艺计算确定成品量，物料量，耗汽量，耗水量，耗风量，耗冷量等 2、工艺操作最适的外部条件（温度、压力、真空度等） 3、设备的构造类型和性能

泵的选择原则：

（1）流量，a. 装置的富余能力及装置内各设备能力的协调平衡;

b. 工艺过程影响流量变化的范围；

（2）扬程，要留有适当余量，一般为正常需要扬程的1.05~1.1倍； （3）装置（系统）的有效气蚀余量；

（4）液面，介质液面高于泵中心者，应取最低液面；介质液面低于泵中心者，也应取最低液面。

气体输送设备的类型：1、容积式：包括往复式（活塞式、膜式）和回转式（滑片式、螺杆式、转子式）；2、速度式：包括轴流式、离心式、混流式。 气体输送的主要优点：

（1）采用负压进料，可实现风选，去除铁、石等杂质； （2）输送系统密闭，防止无聊损失，改善劳动环境； （3）能较好地实现均匀定量输送，方便操作； （4）设备投资费用较少； （5）设备布置简捷，方便。

化工设备图的基本内容包括：一组视图、尺寸及标注、零部件编号及明细栏、管口符号与管口表。技术特征表、技术要求、标题栏等内容等

化工设备结构的结构特点：1、壳体以回转形体为主2、尺寸相差悬殊3、有较多的开孔和管

口4、有大量采用焊接结构5、广泛采用标准化、通用化、系统化的零部件

第六章：车间布置设计

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，卫生等级等； （2）确定车间的结构型式及主要尺寸，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。 附：GMP（药品生产质量管理规范）

车间布置设计分初步设计和施工图设计两个阶段。

初步设计阶段的车间布置设计应包括以下内容：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、卫生级别等；２、生产工序、生产辅助设施。生活行政福利设施的平面。立面布置；３、车间场地和建筑物、构建物的位置和尺寸；４、设备的平面、立面布置；５、交通系统、物料运输设计；６、安装、操作、维修的平面和空间设计。

生物工程车间布置设计应遵循以下一般的常用规则：（1）满足生产工艺的要求；（2）满足生产操作的要求；（3）满足设备安装、检修的要求；（4）满足厂房建筑的要求；（5）满足节约建设投资的要求；（6）满足安全、卫生和防腐蚀的要求；（7）满足生产发展的要求。

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。

洁净厂房车间布置原则：1、合理布局厂房；2、尽量减少建筑面积；3、防止污染或交叉污染；4、合理布置有洁净等级要求的房间；5、符合对生产品种的特殊规定；6、满足生产辅助用室的布置要求；7、室内装修应有利于清洁；8、设置安全出入口；9、设置卫生通道；10、设计物流线路。

车间布置图的作用：设计布置图是表现车间或工段的设备布置情况的图纸，它既反映出了生产设备的相互位置及对生产流程的关系，又表现了车间的面积与空间，生产管理与操作条件，空气洁净度等级以及各工段间的相互关系。在初步设计阶段，设备布置图主要反映设备相互位置和总布局情况，作为施工图设计的基础和依据，供主管部门审查设计方案用。在施工图设计阶段，设备布置图要准确表达全部设备在平面和空间定位尺寸，供施工安装时定位用， 并作为管道设计的重要依据。另外，设备布置图是提供设计部门各专业作条件联系用，是辅助专业开展设计的依据。

第七章：管道设计与布置

管道设计与布置的步骤：1.管道材料2.择介质的流速3.定管径4.定管道厚度5.定管道连接方式6.阀门和管件7.道的热补偿器8.形式、绝热层厚度及保温材料的选择9.布置。10.管道的阻力损失，11.架及固定方式12.架跨度13.道固定用具14.道图15.料汇总表16.腐措施等

公称直径：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。 公称压力：一般应大于或等于实际工作的最大压力。

三通：当一条管道与另一条管道需要有旁路分流时，其接头处的管件。

局部阻力的计算，通常采用两种方法：一种是当量度法；另一种是阻力系数法。

当量长度法：流体通过某一管件或阀门时，因局部阻力而造成的压力损失，相当于流体通过与其具有相同管径死的若干米长度的直管的压力损失，这个直径长度成为当量长度。

阻力系数法：流体通过某一管件或阀门的压头损失用流体在管路中的速度头（动压头）倍数来表示这种计算局部阻力的方法，称为阻力系数法。

自然补偿：利用管道敷设时形成的转弯吸收热伸长量的称为自然补偿。

车间管道布置设计的任务：是用管道吧由车间布置固定下来的设备连接起来，使之形成一条完整连贯的生产工艺流程。

发酵车间管道布置的特点：1.选择恰当的管材和阀门2.选择正确的管道连接3.合理理布置管道4.消灭管道死角。

第八章公用工程

公用工程：给排水工程、供电工程、供热工程、供冷工程、计量检测仪仪表和自动控制系统生物工程工厂的给水范围，包括生产用水、生活用水和消防用水。 排水工程的设计内容包括排水管网、污水处理和利用两部分。

制冷系统可分为直接蒸发式（氨系统）和间接冷却式（盐水咸乙醇—水系统）两种。

直接蒸发式冷系统的优点为：降温效果快，可获得较低的温度，操作方便，耗电量小。缺点为：无缝钢管用量大，耗氨量较大。间接制冷系统的优点是：耗氨量较小，无缝钢管耗量小，可预先冷却较大量的盐水或冷水，供冷却系统使用。盐水系统的安装较容易，发生事故的危险性小。缺点是：系统复杂，耗电量较大，盐水对管道的侵蚀性大，维修费用大。

冷媒必须具备的几个条件：1、冰点低；2、热容量大；3、对设备的腐蚀性小；4、价格低廉。

第九章清洁生产与末端处理

清洁生产：是指不断采取改进设计，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术和设施，改善管理、综合利用，从源头消除污染，提高资源利用率，减少或者避免生产、服务和使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。

生物工程工厂污染的特点：1、COD（化学耗氧量）浓度高2、废水中SS（固体物浓度）浓度高3、存在难生物降解和有抑菌作用的抗生素等毒性物质4、硫酸盐浓度高5、水质成分复杂6、水量周期变化大，且间歇排放，冲击负荷较高

BOD(生物化学需养量)：指在温度时间都一定的条件下，微生物在分解、氧化水中有机物过程中，所消耗的游离氧的数量。 COD（化学需氧量）：系指用强氧化剂，如重铬酸钾在酸性条件下将有机物氧化为H2O和CO2，

此时所测定的耗氧量即为化学需氧量。

废水处理的单元操作，按原理来分为：物理处理法、化学处理法、生物处理法。