第1章緒論1

1.1概述1

1.2生物工廠工藝設計的概念和主要內容2

1.2.1生物工廠工藝設計的概念2

1.2.2生物工廠工藝設計的主要內容2

1.3生物工廠工藝設計的特點和要求2

1.4學習本課程的目的和方法3



第2章生物工廠的基本建設程序5

2.1概述5

2.2設計前期工作階段6

2.2.1項目建議書6

2.2.2可行性研究6

2.2.3設計委托（任務）書7

2.3設計中期工作階段7

2.3.1設計工作所涉及的專業和分工8

2.3.2國際通用的工藝設計程序9

2.3.3初步設計階段11

2.3.4技術設計階段13

2.3.5施工圖設計階段13

2.4設計後期工作階段14



第3章工藝流程設計15

3.1概述15

3.1.1工藝流程設計的重要性15

3.1.2工藝流程設計的任務和成果15

3.1.3工藝流程設計的原則16

3.2工藝流程設計的基本程序16

3.2.1產品方案的確定16

3.2.2產量的確定19

3.2.3工藝流程圖的繪制20

3.3設備的自控流程31

3.3.1泵的自控流程設計31

3.3.2換熱設備的自控流程設計32

3.3.3反應器的自控流程設計33

3.4工藝流程的完善與優化35



第4章工藝計算37

4.1物料衡算37

4.1.1概述37

4.1.2實例解析42

4.2熱量衡算50

4.2.1概述50

4.2.2實例解析53

4.3用水量衡算57

4.3.1概述57

4.3.2實例解析58

4.4計算耗冷量61

4.4.1概述61

4.4.2實例解析65

4.5計算抽真空量68

4.5.1概述68

4.5.2實例解析70

4.6計算無菌壓縮空氣消耗量71

4.6.1概述71

4.6.2實例解析74

4.7計算用電量75

4.7.1概述75

4.7.2實例解析76



第5章工藝設備的設計與選型78

5.1概述78

5.1.1工藝設備的分類78

5.1.2工藝設備設計與選型的任務、原則和階段78

5.1.3工藝設備設計與選型的流程80

5.1.4工藝設備裝配圖的繪制81

5.2專業設備的設計與選型81

5.2.1專業設備設計與選型的依據、內容和特點81

5.2.2實例解析82

5.3通用設備的設計與選型93

5.3.1液體輸送設備選型93

5.3.2氣體輸送設備選型96

5.3.3固體輸送設備選型99

5.3.4通用設備的選型注意事項103

5.4非標準設備的設計與選型104

5.4.1非標準設備的類型104

5.4.2非標準設備設計與選型的流程105

5.4.3非標準設備的設計與選型實例106

5.5生物工廠中常用的工程材料107

5.5.1工程材料的分類107

5.5.2工程材料的性能108

5.5.3幾種常見的工程材料111

5.5.4工程材料的選用114

5.6工程材料的腐蝕和防腐蝕115

5.6.1耐腐蝕材料的選擇115

5.6.2材料的防腐蝕措施116

5.7主要設備明細表及設備一覽表117

5.7.1主要設備明細表117

5.7.2設備一覽表117



第6章車間布置設計119

6.1概述119

6.1.1車間布置設計的重要性和目的119

6.1.2生物工廠車間的組成119

6.1.3車間布置設計的內容和步驟119

6.2車間的總體布置121

6.2.1廠房形式121

6.2.2廠房總平面布置123

6.2.3廠房平面布置和立面布置124

6.2.4車間公用及輔助設施的布置124

6.3設備布置的基本要求125

6.3.1滿足工藝要求125

6.3.2滿足建築要求126

6.3.3滿足安裝和檢修要求127

6.3.4滿足安全和衛生要求127

6.4多功能車間的布置127

6.4.1產品方案128

6.4.2工藝設備的設計和選擇128

6.4.3車間布置129

6.5車間布置設計方法和車間布置圖130

6.5.1車間布置設計的方法和步驟130

6.5.2初步設計車間布置圖130

6.5.3初步設計車間布置圖的繪制步驟131

6.5.4廠房的詳細畫法131

6.5.5設備的詳細畫法134

6.5.6施工圖設計車間布置圖138



第7章管道設計140

7.1概述140

7.1.1管道設計的作用和意義140

7.1.2管道設計的條件、內容和階段140

7.2管道、閥門和管件的選擇與連接141

7.2.1管道及其選擇141

7.2.2閥門及其選擇149

7.2.3管件及其選擇154

7.2.4管道的連接154

7.3管道布置設計155

7.3.1管道布置155

7.3.2管道的支承159

7.3.3管道的柔性設計160

7.3.4管道的隔熱160

7.4管道布置設計圖樣162

7.4.1管道布置圖162

7.4.2管道軸測圖170

7.4.3計算機在管道布置設計中的應用171



第8章工藝設計應提交的設計條件172

8.1概述172

8.2設備及機泵條件173

8.2.1塔類設備條件173

8.2.2反應器設備條件173

8.2.3熱交換器設備條件174

8.2.4加熱爐設備條件175

8.2.5容器類設備條件175

8.3土建條件175

8.3.1廠房及設備基礎、外形尺寸、位置、標高條件176

8.3.2設備基礎、樓板及鋼平臺的載荷條件176

8.3.3設備弔裝要求的土建條件176

8.3.4設備地腳螺栓條件177

8.3.5管廊及其他土建條件177

8.3.6其他要說明的條件內容177

8.4自控條件178



第9章非工藝設計180

9.1廠房180

9.1.1廠房的結構組成與定位軸線180

9.1.2廠房的室內裝修（以潔淨廠房為例）182

9.2倉庫183

9.2.1倉庫的分類與平面布置183

9.2.2倉庫設備與管理184

9.3公用繫統188

9.3.1給排水繫統188

9.3.2供電繫統189

9.3.3供汽繫統190

9.3.4供暖繫統194

9.3.5制冷繫統195

9.3.6供氣繫統196

9.3.7消防繫統197

9.4勞動安全管理與環境保護198

9.4.1勞動安全管理198

9.4.2環境保護202

9.4.3清潔生產與清潔工藝207

9.5工程經濟概算208

9.5.1工程項目的設計概算208

9.5.2項目投資208

9.5.3成本估算211

9.5.4工程項目的財務評價212



第10章課程設計與說明書213

10.1概述213

10.2課程設計的任務214

10.2.1課程設計的基本環節214

10.2.2課程設計的具體任務214

10.3課程設計任務書214

10.3.1味精糖化車間（工廠）設計214

10.3.2味精發酵車間（工廠）設計215

10.3.3啤酒發酵車間（工廠）設計218

10.3.4酒精發酵車間（工廠）設計218

10.3.5糖化酶發酵車間（工廠）設計219

10.3.6其他參考選題220

10.4課程設計說明書的撰寫220

10.4.1課程設計說明書的構成220

10.4.2說明書撰寫基本要求及格式221

10.5課程設計文本示例225

10.5.1封面示例225

10.5.2課程設計任務書示例226

10.5.3目錄示例227

10.5.4摘要示例228

10.5.5正文示例229

10.5.6結論示例229

10.5.7參考文獻示例230

10.5.8致謝示例230

10.6考核方法與成績評定230

10.6.1考核方法230

10.6.2成績評定表231



參考文獻232

在生物產業中，工藝設計是實現生物產品從實驗室研究到工業化生產過程的必經階段，因為新建、改建或擴建一個生物工廠，都離不開工藝設計。

生物工廠工藝設計是在學習了生物工藝學、生物工程設備、生物反應與分離工程、化工原理等課程的基礎上，為培養能在生物產業領域從事設計生產管理和新技術研究、新產品開發所需工程技術人纔而開設的一門理論和實踐緊密結合的課程。本課程重點突出了對學生工程技能方面的培養，通過課堂教學和實踐可為相關專業的技術人纔提供兩個方面的支撐：一是在了解生物工廠基本建設程序和組成的基礎上，重點掌握生物工廠工藝設計的相關內容，為其他專業的設計工作提供數據資料和技術支持，使其具備設計生物工廠的基本能力，完成工程師的綜合訓練；二是通過設計生物工廠的生產工藝圖紙，撰寫工藝設計說明書，培養學生在生物工廠工藝設計過程中的工程素養和技能。

在編寫過程中，本書力求突出如下特點：

① 在涉及概念和理論等內容時，本書注重穿插學習方法的介紹和講解，並將更多的學時和內容重點放在設計方法、設計技能以及設計過程的闡述上。

② 隨著生物產業的飛速發展，以及相關新工藝、新技術和新設備的不斷湧現，本書在介紹基礎理論知識的同時，更注重對相關前沿知識和成果的介紹。

③ 由於生物工廠工藝設計具有學科交叉、實踐性強等特點，因此本書在涉及案例與不同類型生物工廠設計分析的同時更注重知識點的綜合性和完整性。

本書和高坤編寫，其中第5～8章編寫，其餘各章由高坤編寫，在編寫過程中參閱了大量同行的教材、資料與文獻，謹此表示誠摯的謝意。此外，在本書編寫過程中，江蘇科技大學生物技術學院給予了大力支持，化學工業出版社的領導和編輯給予了悉心指導，在此表示衷心的感謝。

由於編者水平有限，書中難免存在一些疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。



編者

2019年5月16日