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第四章 工艺设计及车间工艺布置 工艺设计是工厂设计的主要环节，是 决定全局的关键。 工艺设计的主要任务——确定生产方 法、选择生产工艺流程；确定生产设备的 类型、规格、数量，选取各项工艺参数及 定额指标；确定劳动定员及生产班制；进 行合理的车间工艺布置。 从工艺技术上、生产设备上、劳动组 织上保证设计厂投产后能正常生产，在产 品的数量和质量上达到设计的要求。 第一节 工艺设计的基本原则和步骤 一、工艺设计的基本原则 1．安全可靠、经济合理、技术先进 2．合理地选择工艺流程和设计指标 3．为生产挖潜和发展留有余地 4．合理考虑机械化、自动化装备水平 5．注意环境保护，减少污染 6．要考虑其它专业设计的要求，并为其 设计提供可靠依据。 二、工艺设计的步骤 初步设计时的步骤为: l．确定各车间生产任务。 2．选择生产工艺流程及主机设备。 3．确定主要工艺参数、定额指标及车间工作 制度。 4．物料平衡计算。 5．设备选型及计算。 6．车间工艺布置并绘制工艺布置草图。 7．计算设备的电力安装容量以及蒸汽、压缩 空气和其它动力需要量，计算人员数量和运 输量。向土建等专业工种提供资料。 8．根据土建设计，绘制正式工艺布置图。 9．主要技术经济指标计算。 10．编写工艺设计说明书。 施工图设计时，如设计方案无变化，则不用 编写工艺设计说明书，而要在工艺布置图的 基础上，绘制管道系统图、设备安装图和溜 管、支架等非标准件图。 第二节 工艺流程选择 一、选择工艺流程的原则 选择工艺流程，首先要保证产品的 质量要求，在满足产品质量要求的前提 下，尽可能简化流程，缩短生产周期。 工艺流程的选择还应充分体现技术上的 先进性和可靠性。 要注意吸收类似工厂在实践中所积 累的丰富经验。选用新设备、新技术、 新工艺时要充分调查，反复论证，认真 落实。 • 生产过程的机械化与自动化：是现代工厂发 展的方向。选择流程时应从工厂规模、当时 当地实际情况出发，尽可能提高机械化程度， 降低劳动强度。如有条件，还应考虑自动化， 暂无条件时也应充分考虑到今后技术改进和 发展的可能性。 • 技术经济分析：选择工艺流程时，必须进行 技术经济分析，使建厂后各项技术经济指标 经济合理。此外，还应注意到生产调节的灵 活性。 • 不同方案的分析对比：工艺流程最后确定， 需要经过不同方案的分析对比，使选用的流 程可靠、适用、先进、合理。 二、确定工艺流程的依据 l．原料的组成和性质 2．产品品种及质量要求 3．工厂规模及技术装备水平 4．建厂地区气候条件 5．半工业加工试验 第三节 车间工艺布置 • 任务——确定车间的厂房布置和设备布 置。 • 要求：车间工艺布置做到生产流程顺畅、 简捷、紧凑，尽量缩短物料的运输距离， 充分考虑设备操作、维护和施工、安装 及其它专业对布置的要求。 • 车间工艺布置设计是以工艺专业为 主导，并在其它专业如总图、土建、电 气等的密切配合下共同 。 一、生产车间工艺布置设计的依据 • 常用的设计规范和规定有： • 企业工艺管理规程；工厂工艺设计 技术规定；工厂设计节能技术规定；机 械设备安装工程施工及验收规范；压缩 空气机站设计规范；建筑设计防火规范； 工业企业设计卫生标准；工业企业噪声 控制设计规范；工业环境保护设计规定； 建材工业劳动安全与工业卫生设计规定； 工业污染排放标准等。 • 基础资料有： • • • • • 工艺计算及主机设备选型； 工艺流程图； 全厂生产车间总平面轮廓图； 设备选型图册、样本； 同类型工厂生产车间工艺布置图等。 二、生产车间工艺布置的要求 生产车间工艺布置包括厂房布置和设 备布置。 （一）进行车间工艺布置设计时重点 考虑的问题： 1．最大限度地满足工艺生产、设备维修的要求； 2．充分有效地利用本车间的建筑面积和建筑体 积； 3．为本车间将来的发展和厂房的扩建留有余地； • 4．劳动安全与工业卫生设计符合有关 的规范和规定； • 5．与总体设计相配合，力求做到与相 关车间的连接方便、布置紧凑、运输距 离短； • 6．避免人流和物流平面交叉； • 7．充分注意建厂地区的气象、地质、 水文等条件对车间工艺布置的特殊要求； • 8 ．征求和了解其它专业对车间工艺布 置的特殊要求。 （二）厂房布置 • 厂房布置——平面布置和立面布置 • 主要决定于生产流程、生产特点、厂区面积、 厂区地形地质条件和设备布置。它必须满足工艺要求， 便于组织生产流水线。同时也应符合国家的防火、卫 生标准等各种规范和规定。 • 1．厂房的布置方式 • 厂房布置通常采用集中式布置和分散式布置两 种形式。 2．厂房的平面布置 • ——厂房的平面布置主要是确定厂房的 面积和柱网布置（跨度和柱距）。 • 1）生产区域的划分 • 2）生产线的组织 • 3）厂房面积的组成 ： 厂房面积主要包括以下几方面: ①设备本身和生产操作所需的面积； ②设备安装和检修所需面积； ③其他设施所需的面积，如变配电室、控制操 作室、隔音室及采暖、通风、收尘用的面积 等； ④生产管理及生活用室所需的面积，如车间办 公室、化验室、更衣室、浴室、厕所等； ⑤辅助面积，如电工房、机修间、材料室等； ⑥各种通道、楼梯所需的面积。 4）平面布置的要求 ①合理规划厂房出入门口、通道、楼梯和过桥 的位置。 ②各种地下构筑物如排水沟、电缆沟、工艺设 备管道的地沟、地坑等应统一考虑。合理安 排，以节约基建工程量，并且避免与建筑物 基础及设备基础发生矛盾； ③厂房平面布置应力求规整， ④根据生产过程的特点和要求，有些工序需留 足必要的储存、堆放面积。 ⑤可在露天放置的设备，不必建造厂房，以节 约投资。 3．厂房的立面布置 ——厂房的立面布置即空间布置，主要是 确定厂房的层数和高度。 1）厂房建筑形式 ——厂房建筑形式有单层和多层。 2）立面布置的要求 ①厂房层高——设备本身的高度，基础要求的高度， 设备顶部凸出物的高度，操作和维护所需的高度。建 筑结构(楼板、梁)对梁的位置及梁、楼板截面尺寸有 所估计； ②走廊、地坑、操作平台等通行部分的净 空高度不得低于2.0 m，不经常通行部分 不得低于1.9 m。 空中走廊跨越公路或铁路时，公路路面上 方的净空高度不低于4.5 m，铁路轨顶上 方的净空高度不低于5.5 m； ③高温车间厂房(如烘干车间、烧成车间) 可适当增加高度、并考虑加开天窗，以 利通风散热； ④厂房中有个别设备（如提升机）较高时， 可考虑局部地提高该部分厂房的高度。 ⑤有桥式起重机的厂房空间高度 。 ⑥在满足生产工艺要求和卫生、安全等其 他要求的情况下，厂房立面应力求简单， 避免层数过多和层高过高。 厂房的立面还应注意整齐美观。 （三）设备布置 • 设备布置——把车间内的各种设备按照 工艺流程要求加以定位。 • 除了主机设备外，还包括附属设备、工艺管道、 检修设备，以及各种连接件和料仓等。 • 主机设备要与厂房建筑的主要柱网相对定位，设 备与设备之间也要相对定位。 • 设备布置主要取决于生产流程和设备安装、操作、 检修的需要，同时也要考虑其它专业对布置的要求。 设备布置的要求 ： 1．重型设备以及在运转中产生较大振动的设备 如空气压缩机、大型通风机、破碎机等。 2．两台或两台以上的设备布置在同一厂房内时。 3．布置在走廊和地沟中的胶带输送机、空气输 送机斜槽和螺旋输送机。 4．斗式提升机地坑应有足够的空间，以便于清 料和检修。 5．工艺管道应尽量集中布置，力求管线最短、 转弯最少且布置整齐。 6．溜管和溜槽的倾角，圆锥形包壁倾角以及角 锥形包壁交线倾角，一般应大于物料自然休 止角5°～15°。 7．设备沿墙布置时，应注意不要影响门窗的开 启，不妨碍厂房的采光和通风。 8．为了安装与检修时吊运设备或部件，或在日 常生产中吊运其它物件，通常在楼板上设置吊 物孔，各层楼板的吊物孔一般上下对正，可贯 通吊运。 9．在设备上方不设置永久性起重设施时，应预 留足够的空间和面积，以架设临时起重装置。 10．当设备、管道或溜槽穿越楼板时，必须注意 预留孔的大小要留有余地，更不能切断梁柱的 结构，否则，将造成安装困难或使用不合理等 不良后果。 三、车间工艺布置图的内容 (一)车间平面图包括以下内容 1．车间工艺平面布置图，应注明厂房轮廓线、 门窗位置、楼梯位置、柱网间距、编号以及各 层相对标高； 2．设备外形俯视图和设备编号； 3．设备定位尺寸和尺寸线及各种动荷载； 4．操作平台示意图，主要尺寸和台面标高； 5．吊车和吊车梁的平面位置； 6．地坑、地沟的位置和尺寸以及其相对标高； 7．吊装孔的位置和尺寸，吊钩的位置及荷载； 8．辅助室、生活室的位置及尺寸。 (二)车间立面图包括以下内容 1．车间工艺立面图，应注明厂房轮廓线、 门及楼梯位置；柱网间距、编号；各层 相对标高和梁高度等； 2．设备外形侧视图和设备编号； 3．设备中心高度及其定位尺寸，尺寸线 及动荷载； 4．设备支承方式； 5．操作台立面示意图和主要尺寸； 6．吊车梁的立面位置及高度； 7．地坑、地沟的位置及深度。 四、车间工艺布置的方法和步骤 1．工艺人员根据本车间在总平面上的位 置，生产工艺流程和物料进出方向，确 定本车间的方向，厂房跨度和柱距。 2．把已选定的主机设备和部分大设备， 按比例(1:100)绘制设备外形图，为便 于多方案比较亦可用塑料片或硬纸板制 作设备外形图案。 3．按比例(1:100)绘制车间工艺、立面轮 廓草图。 4．在平、立面轮廓草图上，用已制成的 设备外型图案进行设备布置，这时可反 复考虑设备的最佳位置，以得到基本满 意的不少于二个方案后，绘制成车间的 平、立面工艺布置初步图纸。 5．以初步的平、立面工艺图纸为基础， 征求有关专业的意见，从各方面比较优 缺点，集思广益选择一个较为理想的方 案，再根据有关方面的意见作必要的修 改。 6．绘制成正式的车间工艺布置图。 第四节 原料加工车间 一、原料的破碎、筛分 （一）破碎系统的发展 近年来，随着工厂的大型化以及矿山开采 技术的发展，破碎流程和破碎设备也相应有 了较大发展（如水泥厂的石灰石破碎）。主 要反映在以下几个方面： 1．破碎设备大型化 2．破碎流程单段化 3．破碎设备移动化 4．破碎设备多功能化 5．开发了自磨技术和自磨机 （二）破碎系统的选择与破碎设备的 选型 1．破碎系统的选择 1）物料的性质 2）物料的粒度 （1）进料块度 （2）出料粒度 （3）破碎系统的破碎比 2．破碎设备的选型 选用破碎设备时，主要应考虑下列各 项因素： l）由全厂主机平衡计算确定的破碎车间要求小 时产量，是破碎机选型的依据，可据此确定 破碎机的规格与台数。 2）物料的物理性质，即物料的硬度、块度、杂 质含量与形状。 （1）石灰石破碎 （2）砂岩的破碎 （三）破碎车间的布置 1．破碎车间与矿山的距离。 2．粗碎车间 3．粗碎车间的喂料设备。 4．中碎车间。 5．如采用胶带输送机将粗碎机出料送至 中碎机（或中间仓）时。 6．在大型工厂中不宜将中碎机布置在同 一厂房内的粗碎机之下。 7．检修及运送重大配件。 8．大、中型水泥厂的石灰石破碎车间， 一般应设置检修起重机，起重机的起重 量按需要检修起吊的最重部件的质量来 考虑。 9．如破碎机地坑较深且低于地下水位时， 除了在建筑中须考虑防水措施以外，必 要时可设置小水泵，以便排除地坑内可 能出现的积水。 10．粗碎机、中碎机、输送机、中间仓。 1-1剖面 设有 锤式 破碎 机的 石灰 石破 碎车 间布 置图 设有锤式破碎机的石灰石破碎车间布置图 二、物料的烘干 （一）烘干系统的发展趋势和选择原则 在选择烘干系统时，主要应考虑下列一些 问题： 1．尽量采用烘干兼粉磨的系统来制备煤粉和生 料。 粘土预烘干至水分6～8%。 2．当采用先烘干后粉磨的流程时，烘干系统应 使烘干后物料的终水分符合入磨物料水分的 要求。 入磨物料对水分的要求一般为：石灰石小于 1%、粘土原料小于1.5%、铁质原料小于2%、 煤小于1～2%、矿渣小于2%。 3．回转烘干机的顺流式或逆流式布置。 4．燃烧室（热风炉）块煤燃烧室、喷燃燃烧室 及沸腾式燃烧室 。 5．劣质无烟煤或无烟煤掺煤矸石（或石煤）作 燃料。 6．搞好收尘，防止环境污染。 （二）回转式烘干机的选型计算 1．回转式烘干机的产量和水分蒸发量的计算 1）回转式烘干机的产量，终水分烘干物料，绝 对干物料，初水分湿物料表示，换算公式： 100 w 2 Gd = G 100 100 w2 GF = G 100 w1 式中 G、Gd、GF——分别按烘干物料、绝对干物 料、湿物料表示的烘干机产量(t/h)； w1 w2 ——分别表示物料烘干前后的初水分、 终水分(%)。 2）每千克烘干物料的水分蒸发量及烘开机每小 时的水分蒸发量，可用下列公式计算： w1 100 w2 w 2 = w — 100 w1 100 100 g w1 w2 W = 1000 G 100 w1 式中 gw ——按每千克烘干物料计算的水分蒸 发量(kg水/kg干物料)； W——烘干机每小时的水分蒸发量（kg水/h）。 3）回转烘干机产量，可按单位容积水分 蒸发量指标进行计算： G= AV w1 w2 1000 100 w1 式中 V——按回转烘干机的容积，（m3）； A——回转烘干机单位容积蒸发强度，（kg水 /m3.h）。A值随烘干机的结构型式和物料的种类、初水 分而异。参见表4—2至表4—4。 2．回转烘干机规格的计算 1）当需要烘干的湿物料量（或要求烘干机的产量）以及 物料烘干前的初水分和终水分已知时，回转烘干机的容 积可用下式计算： W V= A w1 w2 w1 w2 1000G ( ) 1000GF ( ) 100 w1 100 w2 = = A A 2）选择烘干机的长径比—— 5～8。 （三）烘干车间的布置 1．原料、煤粉，窑尾预热器框架附近； 2．混合材、煤粉，窑头(熟料库)附近； 3．喂料仓的下部应设捅料孔； 4．烘干机的喂料和输送设备，一般采用电 磁振动喂料机或圆盘喂料机和胶带输送 机。胶带输送机中心线与烘干机中心线 之间应偏离一定尺寸，并且顺着喂料管 上方楼板上亦需留有孔洞以便烘干机的 喂料管在检修时能从燃烧室顶部抽出； 5．燃烧室用块煤时，一般采用胶带输送机供煤。 燃烧室用煤粉时，可考虑单独设置煤粉制备 系统或由窑的煤粉制备系统将煤粉输送至烘 干系统。在后一种情况下，烘干系统的燃烧 室可考虑设置煤粉仓； 6．烘干机中心距应考虑检修、燃烧室出渣及收 尘设备布置等方面的要求； 7．为了使烘干机的基础不致太高，烘干机出料 的输送设备一般布置在地面以下的地沟内， 并在沟上适当地点加设人行过桥； 8．烘干系统厂房应考虑通风散热，厂房顶部应 加设天窗； 9．电收尘或袋收尘器