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1、發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì),黃祖新,第一章 緒論,教學(xué)目的： （1）了解發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)課程目的和任務(wù) （2）發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和組成,第一節(jié) 工廠設(shè)計(jì)課程的任務(wù),一、是一門什么樣的課程 （1）學(xué)習(xí)本門課程的基礎(chǔ) （2）本課程的定性：一門綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課。 二、本課程的任務(wù)：基本建設(shè)的工作程序、內(nèi)容和設(shè)計(jì)范圍分工；生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)規(guī)范、基本方法和步驟；畫一張帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 三、如何學(xué)好本課程: 百年大計(jì)、質(zhì)量第一；理論聯(lián)系實(shí)踐；學(xué)以致用,,兩個(gè)基本問題,(1)一個(gè)工程項(xiàng)目的提出: 社會(huì)發(fā)展 工業(yè)布局 市場(chǎng)需要 地區(qū)和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃 (2)基本建設(shè)的程序: 建設(shè)前期:項(xiàng)目建議書, 可行

2、性研究報(bào)告, 設(shè)計(jì)任務(wù)書 初步設(shè)計(jì)和總概算. 建設(shè)期:包括實(shí)際勘察、設(shè)計(jì)工作（編制設(shè)計(jì)文件）、施工安裝、試產(chǎn)驗(yàn)收，交付使用。 生產(chǎn)期,第二節(jié)項(xiàng)目建議書、可行性研究、設(shè)計(jì)任務(wù)書,1、項(xiàng)目建議書：是向國家省、市有關(guān)主管部門直接申請(qǐng)工程項(xiàng)目的文件，是設(shè)計(jì)工作的前奏。 主要內(nèi)容： 項(xiàng)目名稱、建設(shè)項(xiàng)目的依據(jù)和必要性。 產(chǎn)品方案、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、建設(shè)規(guī)模和地點(diǎn)的初步設(shè)想。 資源、建設(shè)條件、技術(shù)和設(shè)備的初步分析。 環(huán)境保護(hù)。 投資估算、資金籌措和還貸能力的大體測(cè)算。 項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃。 工廠組織和勞動(dòng)定員估算。 經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益的初步估算。,,2、可行性研究：由上級(jí)主管部門組織，對(duì)擬建工程項(xiàng)目的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和工程

3、實(shí)施性，進(jìn)行全面調(diào)查、預(yù)測(cè)、分析和論證，作出是否合理可行的科學(xué)評(píng)價(jià)，寫出可行性研究報(bào)告。作為編制設(shè)計(jì)任務(wù)書的主要依據(jù)。 總論：項(xiàng)目背景、投資必要性、經(jīng)濟(jì)意義。 市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)和建設(shè)規(guī)模 原材料、燃料及資源情況 建廠條件和廠址方案 設(shè)計(jì)方案：技術(shù)路線、廠址布置、輔助設(shè)施、交通 環(huán)境保護(hù)：預(yù)測(cè)項(xiàng)目對(duì)環(huán)境影響、三廢處理方案 企業(yè)組織、勞動(dòng)定員和人員培訓(xùn)。 投資估算和資金籌措： （流動(dòng)資金、資金來源、貸款償付方式、投資回收期） 經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益的評(píng)價(jià)。（靜態(tài)分析和敏感性分析）,,3、設(shè)計(jì)任務(wù)書：在可行性研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行編制的指導(dǎo)性文件，是確定基本建設(shè)項(xiàng)目，編制設(shè)計(jì)文件的主要依據(jù)。一般包括文件內(nèi)容和附件

4、兩個(gè)部分。主要文件內(nèi)容: 建設(shè)目的依據(jù),項(xiàng)目名稱 建設(shè)規(guī)模,產(chǎn)品方案,生產(chǎn)方法 原材料,燃料,動(dòng)力供應(yīng) 廠址和地點(diǎn),地理自然條件,交通運(yùn)輸?shù)纫? 資源綜合利用和三廢治理 建設(shè)工期及設(shè)計(jì)施工單位 投資及勞動(dòng)定員 經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)水平 原有固定資產(chǎn)利用率和生產(chǎn)潛力的發(fā)揮.,,附件內(nèi)容: 原材料供應(yīng)和原料基地 廠址的地形與地勢(shì)、工程地質(zhì)、水文、氣象和地震等資料。 土地使用批準(zhǔn)書及能源、交通等協(xié)議書 有關(guān)預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)效果的資料及計(jì)算依據(jù) 引進(jìn)設(shè)備附國家批準(zhǔn)文件和新工藝、新設(shè)備鑒定書 擴(kuò)建工程附上廠總平面圖及主要設(shè)備平衡表。,第三節(jié) 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容和組成,1.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)： （1）可行性

5、報(bào)告以及設(shè)計(jì)計(jì)劃任務(wù)書 （2）項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人下達(dá)設(shè)計(jì)工作提綱和技術(shù)決定 （3）已經(jīng)批準(zhǔn)的應(yīng)用新技術(shù)試驗(yàn)研究報(bào)告和技術(shù)鑒定證書 2.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容 負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)和各生產(chǎn)車間 的設(shè)計(jì)，并向配套專業(yè)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù)、提 出設(shè)計(jì)要求。,,3.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)的組成 生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)：是主導(dǎo)設(shè)計(jì)并協(xié)調(diào)各專業(yè)設(shè)計(jì)作用，其他配 套設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)該符合工藝技術(shù)先進(jìn) 性、經(jīng)濟(jì)合理性、安全適用可靠、環(huán)境污染程度。 非生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)：(包括土建、采暖、通風(fēng)、供水、供電、供熱） 4.兩階段設(shè)計(jì)： 擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì) （1）初步設(shè)計(jì)（擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)）在建設(shè)前期的總概算前必須完成的。

6、（2）施工圖設(shè)計(jì)在建設(shè)期階段修改初步設(shè)計(jì)，分批交付施工圖紙，修正概算。,,5.初步設(shè)計(jì)：初步設(shè)計(jì)就是根據(jù)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，進(jìn)行踏勘測(cè)量，并編制初步設(shè)計(jì)文件。是根據(jù)選定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更具體更深入的設(shè)計(jì)。在論證技術(shù)可能性、經(jīng)濟(jì)合理性的基礎(chǔ)上提出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)方案以及水、暖、電等各專業(yè)的設(shè)計(jì)方案。 設(shè)計(jì)文件由設(shè)計(jì)總說明書、設(shè)計(jì)圖紙、主要設(shè)備和材料表、工程概算書四部分組成。 設(shè)計(jì)圖紙主要有帶控制點(diǎn)工藝流程圖和車間設(shè)備布置圖等。,,初步設(shè)計(jì)具體內(nèi)容： 一般包括設(shè)計(jì)的依據(jù)和指導(dǎo)思想；建筑規(guī)模、產(chǎn)品方案、原材料、燃料和動(dòng)力的需用量與來源；工藝流程、主要設(shè)備選型和配備；主要建筑物、構(gòu)筑物、公用和輔助

7、設(shè)施、生活區(qū)建設(shè)；占地面積和土地使用情況；總圖運(yùn)輸；外部協(xié)作配合條件；消防設(shè)施、環(huán)保措施和抗震設(shè)防等；生產(chǎn)組織、勞動(dòng)定額和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及分析；建設(shè)進(jìn)度和期限；工程總概算等內(nèi)容。,初步設(shè)計(jì)步驟,,,6.施工圖設(shè)計(jì)：施工圖設(shè)計(jì)主要是根據(jù)初步設(shè)計(jì)審定的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)方案、技術(shù)決定進(jìn)一步具體和深化，在擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完善流程圖設(shè)計(jì)和車間布置設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成管道配置設(shè)計(jì)和設(shè)備、管路的保溫及防腐設(shè)計(jì)，提供滿足施工需要的圖表資料及施工組織計(jì)劃等。 工藝專業(yè)主要內(nèi)容包括：工藝圖紙目錄、工藝流程圖、設(shè)備布置圖、設(shè)備一覽表、非定型設(shè)備制造圖、設(shè)備安裝圖、管道布置圖、管架管件圖、設(shè)備管口方位圖、設(shè)備和管路保

8、溫及防腐設(shè)計(jì)等； 非工藝專業(yè)主要內(nèi)容包括：有土建施工圖、供水、供電、給排水、自控儀表線路安裝圖等。,第二章 廠址選擇及總平面設(shè)計(jì)第一節(jié) 廠址選擇,在指定的某一地區(qū)內(nèi)，根據(jù)新建廠所必須具備 的條件，結(jié)合發(fā)酵工廠的特點(diǎn)，進(jìn)行詳盡的調(diào)查 勘測(cè)工作，就可能建廠的幾個(gè)廠址的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條 件，列出幾個(gè)方案，進(jìn)行綜合分析比較，從中擇 優(yōu)確定廠址。 一般包括地點(diǎn)選擇（決定方位和自然環(huán)境）和場(chǎng) 地選擇（面積大小、場(chǎng)地外形及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性）。 最省的投資費(fèi)用；按質(zhì)按量按期完成工廠設(shè) 計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)；投產(chǎn)后長期生產(chǎn)技術(shù)管理；原材 料和成品的產(chǎn)供銷；國家地區(qū)的工業(yè)布局和城市 規(guī)劃；企業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)景。,,廠址選擇的一般原則：

9、 1、自然條件： 地理位置 地形地勢(shì)與地質(zhì) 水文與氣象 地震 2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件： 原料供應(yīng)與產(chǎn)品銷售 能源供應(yīng) 給排水 交通運(yùn)輸 節(jié)約用地，少用耕地 符合城市規(guī)劃 場(chǎng)地有效利用與遠(yuǎn)景規(guī)劃 基建施工條件 環(huán)境保護(hù)及三廢處理,第二節(jié)工廠總平面設(shè)計(jì),1、工廠總平面設(shè)計(jì)：是指工廠中所有建筑物、構(gòu)筑物、露天堆場(chǎng)、交通運(yùn)輸、工程管線及綠化區(qū)等相互位置圖的設(shè)計(jì)。是工廠總體布置的平面設(shè)計(jì)。一般總平面設(shè)計(jì)與總平面圖的繪制是由專門的總圖的專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)完成的。 2、總平面設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容： （1）平面布置設(shè)計(jì)（2）豎向布置設(shè)計(jì) （3）運(yùn)輸設(shè)計(jì) （4）管線綜合設(shè)計(jì) （5）綠化設(shè)計(jì),,(1)平面布置：在考慮適應(yīng)廠區(qū)

10、地形的同時(shí)，合理地安排全廠的每個(gè)廠房、構(gòu)筑物、原料堆場(chǎng)、道路、工程管線及綠化、美化環(huán)境設(shè)施等在廠區(qū)平面上的相對(duì)位置，使其適應(yīng)生產(chǎn)工藝流程的要求，以及各個(gè)車間配合的需要。 (2)豎向布置 ：以工藝為主體，決定建、構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)高，使之互相協(xié)調(diào)，解決地形起伏和雨水排除問題，并據(jù)此確定填土和挖土方的工程量。主要目的是既要工藝流程合理順暢，又要節(jié)省土方量，節(jié)約投資。 (3)運(yùn)輸設(shè)計(jì) ：確定廠內(nèi)、外的運(yùn)輸方式，并據(jù)此進(jìn)行道路、鐵路(廠內(nèi)專用線)以至碼頭等的設(shè)計(jì)。 (4)管線綜合布置 ：工藝和水、電、汽等各種工程管線的設(shè)計(jì)應(yīng)分別由各部門的專業(yè)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)。但為了合理地布置這些管線，在總平面設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)

11、地上、地下各種管線的特點(diǎn)來綜合地規(guī)定它的標(biāo)高、位置和占地寬度，使之相互協(xié)調(diào)，布置得合理而又經(jīng)濟(jì)。 （5）綠化設(shè)計(jì)：主要包括綠化方式選擇、綠化區(qū)布置,,3、總平面設(shè)計(jì)的基本要求： 符合生產(chǎn)流程的要求 生產(chǎn)主廠房布置廠區(qū)中心地帶 地區(qū)主風(fēng)向的影響 人流貨流通道分開，避免交叉 遵從城市規(guī)劃的要求 符合國家有關(guān)規(guī)范和規(guī)定,,4、一般工廠組成： （1）生產(chǎn)車間 ：生產(chǎn)成品或半成品的廠內(nèi)所有工藝生產(chǎn)主要工序部門。 （2）輔助車間：協(xié)助生產(chǎn)車間正常生產(chǎn)的各生產(chǎn)部門。 （3）動(dòng)力車間 ：保證生產(chǎn)車間順利生產(chǎn)急全廠各部門正常工作的部門。 （4）行管部門：全廠性行政后勤管理部門，起指揮管理服務(wù)的作用。 （5）職工

12、宿舍區(qū),,5、廠區(qū)劃分： （1）廠前區(qū)：行政管理及后勤部門設(shè)施 （2）生產(chǎn)區(qū)：主要車間廠房及輔助車間和少量動(dòng)力車間設(shè)施（水泵房、水塔或冷凍站） （3）廠后區(qū)：原料倉庫、露天堆場(chǎng)、污水處理站等。 （4）左右兩側(cè)區(qū)：機(jī)修、給排水系統(tǒng)、變電所及有關(guān)倉庫。,,,,,,6、總平面水平布置形式 （1）區(qū)帶式布置形式:以主要車間的定位布置，帶起輔助車間和動(dòng)力車間的逐一布置。 （2）周邊式布置形式：將生產(chǎn)車間環(huán)繞廠區(qū)周邊從廠大門處布置，帶起輔助車間和動(dòng)力車間逐一相隨布置。 7、總平面豎向布置形式 （1）分離式布置形式：廠房建筑多為單層或二層式，主要車間和輔助車間的廠房或一個(gè)車間的各個(gè)工序廠房分散布置在劃分區(qū)片

13、中的布置形式。 （2）連續(xù)式布置形式：將主要車間和輔助車間的廠房或一個(gè)車間的各個(gè)工序廠房進(jìn)行豎向布置，按照合理的工序流程相連接。,,8、聯(lián)合式（組合式）布置形式：將水平向與豎向布置結(jié)合，總平面設(shè)計(jì)布置有明顯的廠區(qū)劃分，建、構(gòu)筑物的疏密合理，妥善處理通風(fēng)采光和防火衛(wèi)生安全。 9、名詞解釋： 等高線:地面上同高度的各點(diǎn)連接成的封閉理想曲線。 地理測(cè)量坐標(biāo)網(wǎng)：X、Y坐標(biāo)系規(guī)定南北向增減橫坐標(biāo)X表示，東西向Y表示，作間距為50米或100米的方格網(wǎng)，標(biāo)定廠址和廠房建筑物地理位置。 建筑施工坐標(biāo)網(wǎng)：A、B坐標(biāo)系，廠房的方位與地理坐標(biāo)系有方位角，在總平面設(shè)計(jì)時(shí)，采用廠區(qū)、廠房一致的建筑施工坐標(biāo)網(wǎng)，規(guī)定橫坐標(biāo)

14、A，縱坐標(biāo)B作間距為50米或100米的方格網(wǎng)，標(biāo)定廠址和廠房建筑施工位置。,,10、風(fēng)玫瑰圖：即風(fēng)向頻率圖。以直角坐標(biāo)系原點(diǎn)表示廠址地點(diǎn)，坐標(biāo)分成東、、西、南、北、東北、東南、西南、西北方位表示8個(gè)方向風(fēng)吹向廠址，每個(gè)方向風(fēng)的次數(shù)占全年風(fēng)總次數(shù)的百分比為該風(fēng)向的頻率。將個(gè)方向風(fēng)頻率按一定比例描點(diǎn)連成一條類似玫瑰花的多邊形的封閉曲線成為風(fēng)玫瑰圖。 11、地形圖:用等高線表示地勢(shì)變化幅度的圖形. 所有山峰,低谷等稱為地形;所有房屋,公路,道路,寺廟稱 為地物;通常方向線箭頭表示指向北方.,福州風(fēng)玫瑰圖,,,地形圖:用等高線表示地勢(shì)變化幅度的圖形. 所有山峰,低谷等稱為地形;所有房屋,公路,道 路,

15、寺廟稱為地物;通常方向線箭頭表示指向北 方。,第三章工藝流程設(shè)計(jì)第一節(jié) 生產(chǎn)方法和工藝流程的選擇,1、生產(chǎn)方法選擇：即工藝路線的選擇，選擇技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的工藝路線其依據(jù)是： （1）原料來源、種類和性質(zhì) （2）產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)格 （3）生產(chǎn)規(guī)模 （4）技術(shù)水平 （5）廠址自然環(huán)境 （6）經(jīng)濟(jì)合理性 (7)環(huán)境保護(hù),,2、工藝流程的設(shè)計(jì)原則 （1）保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 （2）采用成熟、先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。 （3）減少三廢排放，完善治理措施，消除環(huán)境污染。 （4）確保安全生產(chǎn)，完善安全技術(shù)及勞動(dòng)保護(hù)措施。 （5）采用機(jī)械化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。 （6）考慮投資資金籌措及投資回收期,第二節(jié)工藝流程

16、的設(shè)計(jì)步驟,1、工藝流程設(shè)計(jì)的步驟 1）、生產(chǎn)工藝流程示意圖 這個(gè)階段是定性表明原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的路線和順序、應(yīng)用過程及設(shè)備。生產(chǎn)工藝流程草圖一般由物料流程、圖例、標(biāo)題欄三部分組成可以用簡單設(shè)備流程圖表示或文字示意圖表示。 一般在編制設(shè)計(jì)方案時(shí)，生產(chǎn)方法和生產(chǎn)規(guī)模確定后就可以考 慮設(shè)計(jì)并繪制生產(chǎn)工藝流程示意圖。在物料衡算前，應(yīng)了解 經(jīng)過哪些單元操作和確定何種操作方式。一般工藝流程部分為 五個(gè)重要部分，即：原料預(yù)處理、發(fā)酵過程、產(chǎn)物的后處 理（分離純化）、三廢處理、配套工程。,,（1）、原料處理過程 主反應(yīng)確定之后，根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，必須對(duì)原料提出要求，純度、溫度、壓力、加料方式等。其它操作方式就是

17、化工單元操作。如：預(yù)熱、冷卻（傳熱）、汽化、干燥、粉碎篩分、提純精制、混合、配制、壓縮等，以上操作不是一臺(tái)機(jī)器設(shè)備簡單完成的。 （2）、發(fā)酵過程 根據(jù)發(fā)酵過程的特點(diǎn)、產(chǎn)品的要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用發(fā)酵罐類型和決定連續(xù)還是間歇性操作。采用間歇操作量，發(fā)酵過程是否需加熱或冷卻，發(fā)酵罐上的裝置應(yīng)當(dāng)考慮。,,（3）產(chǎn)物的后處理（分離純化）：產(chǎn)品的后處理 經(jīng)過分離凈化后的產(chǎn)品 ，有些是下一工序的原料有些可作商品，還有須后處理，如沉淀、離心、超濾、噴霧干燥、造粒、包裝、或者壓濾、灌裝、計(jì)量、貯存、輸送。這些過程都需要有一定的工藝設(shè)計(jì)裝置、工藝操作。 （4）三廢處理：確定“三廢”排出物的處理措

18、施排放的廢氣、變廢為寶，加以回收，無法回收應(yīng)妥善處理。排放前必須達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計(jì)中必須研究治理方案和流程。做到“三廢”治理與環(huán)保工程。“三廢”治理工藝與生產(chǎn)工藝同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)運(yùn)行。 （5）確定公用工程的配套措施 生產(chǎn)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、加熱用汽、動(dòng)力用汽及其他用汽等）、壓縮空氣、氮?dú)獾纫约袄鋬?、真空?是工藝中要考慮的配套設(shè)施。還要考慮生產(chǎn)用電、上下水、空調(diào)、采暖通氣都是必須密切配合。,啤酒生產(chǎn)工藝流程,,,2）工藝流程草圖 是由物料流程、圖例、設(shè)備一覽表以及必要的文字說明所組成，一般指初步設(shè)計(jì)階段的草圖。 有了

19、工藝流程示意圖就可以進(jìn)行物料衡算、能量衡算以及部分設(shè)備計(jì)算，然后才可以進(jìn)行生產(chǎn)工藝流程草圖的設(shè)計(jì)及繪制。待設(shè)備設(shè)計(jì)全部完成后，再修改和補(bǔ)充工藝流程草圖。 制圖要求及繪圖步驟：由專門章節(jié)介紹。,,3）工藝流程圖：由流程草圖和設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行車間布置，根據(jù)車間布置圖再來修改工藝流程草圖，最后得出工藝流程圖。 （1）工藝流程的繪制必須與物料衡算、能量衡算、設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算以及車間布置設(shè)計(jì)等交叉進(jìn)行。 （2）從事工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致工作，必須全面綜合考慮。 （3）工藝流程圖編入正式設(shè)計(jì)文件，供上級(jí)部門審批及施工使用。,糖蜜生產(chǎn)酒精工藝流程,工藝流程圖種類： 1）物料平衡圖,氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程,圖2-5

20、 氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)法 1.原菌種，2.一級(jí)種子培養(yǎng)，3.卡氏罐 ，4.，5.滅菌器，6.種子罐 ，7，pH調(diào)節(jié)劑 8發(fā)酵罐 9滅菌器 10培養(yǎng)基 11配制槽 12離心分離機(jī)，13離子交換柱 14結(jié)晶槽 15晶體分離器 16干燥器 17氨基酸成品,第四章 工藝計(jì)算第一節(jié) 物料平衡計(jì)算,1、定義：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，即進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量Gm 必等于離開系統(tǒng)的全部物料量Gp，再加上過程中的損失量Gt（在 系統(tǒng)中的積累量為零）。 Gm = Gp + Gt 以生產(chǎn)過程或生產(chǎn)單元設(shè)備為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)出口處進(jìn)行定量 計(jì)算，稱為物料衡算。 Gp包括產(chǎn)品和副產(chǎn)品。計(jì)算原料與產(chǎn)品 間的定量轉(zhuǎn)變關(guān)系以及計(jì)算各種

21、原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、 副產(chǎn)品的產(chǎn)量、損耗量及組成。 2、物料衡算的意義： (1)原材料消耗定額,判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求.各設(shè)備的輸入及輸 出的物流量和組成列表。進(jìn)行水、蒸汽、熱量、冷量等平衡計(jì)算。 (2)作為計(jì)算的依據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)。 (3)確定三廢排放位置,數(shù)量及組成,進(jìn)一步提出三廢治理的方法. (4) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出物流圖,可進(jìn)行管路設(shè)計(jì)及材質(zhì)選擇,儀表 及自控設(shè)計(jì)等.,物料衡算與熱量計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)：,1、比熱容C：單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能?？梢钥醋魇菧囟炔頣和引起溫度變化的熱量Q之間的比例常數(shù)，通常用符號(hào)c表示。設(shè)有一質(zhì)量為m的物體，在某一過程中吸收（或

22、放出）熱量Q時(shí)，溫度升高（或降低）T，則Q/T稱為物體在此過程中的熱容量（簡稱熱容），比熱容c=Q/mT。 Q=mct。(Q是吸熱,T1-T2,如果Q是放熱T2-T1). 水溶液比熱容C=無水固體比熱容CS（1）C水,,2、焓：焓是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的能量參數(shù)。規(guī)定由字母H（單位：焦耳,J）表示 。焓的物理意義可以理解為恒壓和只做體積功的特殊條件下，Q=H，即反應(yīng)的熱量變化 恒壓下對(duì)物質(zhì)加熱，則物質(zhì)吸熱后溫度升高，H0，所以物質(zhì)在高溫時(shí)的焓大于它在低溫時(shí)的焓。又如對(duì)于恒壓下的放熱化學(xué)反應(yīng)，H<0，所以生成物的焓小于反應(yīng)物的焓。 系統(tǒng)在定壓過程中，焓的增量等于流體所吸收的熱量即： H = H1H2

23、 = GCT =QP 熱量GCT=蒸氣使用量汽化潛熱,,在工業(yè)企業(yè)常用計(jì)算基準(zhǔn)： （1）以單位時(shí)間產(chǎn)品量或單位時(shí)間原料量。適用于連續(xù)操作過程如酒精連續(xù)發(fā)酵。每小時(shí)消耗糖蜜量或每小時(shí)產(chǎn)酒精量。 （2）以單位重量、單位體積或單位摩爾數(shù)的產(chǎn)品或原料。如啤酒廠可用100kg混合原料或以100mL啤酒進(jìn)行物料衡算。 （3）以加入設(shè)備的一批物料量。常用于發(fā)酵工廠如啤酒生產(chǎn)、味精、酶制劑、有機(jī)酸生產(chǎn)，可以用投入糖化鍋、發(fā)酵罐的每批次物料量為計(jì)算基準(zhǔn)。,物料衡算的方法和步驟,1、物料衡算的步驟 (1) 搜集計(jì)算數(shù)據(jù)。（生產(chǎn)規(guī)模和天數(shù)、原材料組成、常用物化常數(shù)如密度、比熱容等)。 (2) 畫出物料流程示意圖。

24、(3) 確定工藝指標(biāo)及消耗定額和衡算體系。 (4) 寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)，標(biāo)出有用的分子量。 (5) 選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)，在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值。 (6) 列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。 (7) 將計(jì)算結(jié)果列成輸入輸出物料表(物料平衡表)。 (8) 校核計(jì)算結(jié)果 (9)繪出物料流程圖,啤酒物料衡算表,,第二節(jié)熱量平衡計(jì)算,一、熱量衡算式：Q入=Q出+Q損 Q入指輸入熱量總和， Q入=Q1+Q2+Q3 Q1物料帶入熱量；Q2由加熱劑（冷卻劑）傳給設(shè)備和所處理的物料的熱量；Q3過程的熱效應(yīng)（包括生物反應(yīng)熱、攪拌產(chǎn)生熱等） Q出指輸出熱量總和； Q出=Q4 + Q5 +

25、Q6 + Q7 Q4離開設(shè)備物料帶走熱量； Q5、 Q6加熱設(shè)備和物料消耗熱量； Q7氣體或蒸汽帶走的熱量；Q8設(shè)備向四周散熱（損失熱量）； 。 Q損指損失熱量總和。對(duì)于單元設(shè)備Q1- Q8各項(xiàng)熱量并不一定都存在。,,二、熱量衡算的方法和步驟 1、畫出單元設(shè)備的物料流向及變化示意圖 2、分析物料流向及變化寫出熱量衡算式 Q入=Q出+Q損 3、搜集數(shù)據(jù)（物料量、工藝條件及必需物性數(shù)據(jù)）手冊(cè)、生產(chǎn)、研究 4、確定合適計(jì)算基準(zhǔn)和基準(zhǔn)溫度。計(jì)算基準(zhǔn)如按100kg原料或成品、每小時(shí)或每批次處理物料量。基準(zhǔn)溫度即要求每一物料的進(jìn)出口基準(zhǔn)態(tài)必須一致，通常采用0為基準(zhǔn)溫度可簡化計(jì)算。有相變還要注意相變基準(zhǔn)

26、。,,5、進(jìn)行具體的熱量計(jì)算 （1）Q1和Q2按Q=G c t ；其中G為物料質(zhì)量、c為物料比熱容、t為物料進(jìn)入或離開設(shè)備的溫度（） （2）過程熱效應(yīng)Q3 = QB+QS+狀態(tài)熱；QB為生物合成熱（發(fā)酵熱）、QS為攪拌熱、狀態(tài)熱（汽化熱、溶解熱、結(jié)晶熱） 常用過程熱效應(yīng)（發(fā)酵熱）計(jì)算：通氣發(fā)酵過程的放熱計(jì)算有三種： 一是通過冷卻水帶走熱量計(jì)算； 二是通過發(fā)酵液溫度升高測(cè)定計(jì)算； 三是應(yīng)用生物合成熱方法進(jìn)行計(jì)算。,,生物合成熱：QB= QB + QB” 其中： QB 為微生物細(xì)胞呼吸熱；QB”為發(fā)酵過程放熱 細(xì)胞呼吸耗糖量其數(shù)值為15651 kJ/kg （葡萄糖計(jì)） 發(fā)酵放熱耗糖量其數(shù)值

27、為4953 kJ/kg（葡萄糖計(jì)） 攪拌熱QS=3600P；P為攪拌功率、為攪拌過程功熱轉(zhuǎn)化率，通常=92% 狀態(tài)熱可以查手冊(cè)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，排氣使發(fā)酵液水分汽化帶出的熱焓Q=0.2 QB,,（3）加熱設(shè)備耗熱量Q5 = G c (t1-t2) （4）氣體或蒸汽帶出熱量Q7=G (ct + r) 其中t為氣態(tài)物料溫度、 r為蒸發(fā)潛熱。 （5）設(shè)備向環(huán)境散熱Q8= FT (tw ta) 其中F為設(shè)備總表面積、T為壁面對(duì)空氣聯(lián)合給熱系數(shù)、 tw壁面溫度、 ta環(huán)境空氣溫度 （6）加熱物料需要溫度Q6= G c (t2 - t1) （7）對(duì)于熱量衡算設(shè)計(jì)任務(wù)，一般Q2是待求量即所要計(jì)算的有效熱負(fù)荷。

28、計(jì)算出Q2為正值，過程需加熱； Q2為負(fù)值，過程需從操作系統(tǒng)移出熱量即冷卻。 （8）過程熱效應(yīng)（發(fā)酵熱）計(jì)算：通氣發(fā)酵過程的放熱計(jì)算有三種：一是通過冷卻水帶走熱量計(jì)算；二是通過發(fā)酵液溫度升高測(cè)定計(jì)算；三是應(yīng)用生物合成熱的方法進(jìn)行計(jì)算,,物料衡算與熱量計(jì)算應(yīng)注意問題： （1）系統(tǒng)中所有熱量或可能轉(zhuǎn)化成熱量的其他能量不要遺漏，影響很小項(xiàng)，可以簡化計(jì)算。 （2）確定物料計(jì)算基準(zhǔn)、熱量計(jì)算的基準(zhǔn)溫度和其他能量基準(zhǔn)，有相變確定相變基準(zhǔn)，不可忽視相變熱。 （3）在相關(guān)條件約束，物料量和能量參數(shù)（如溫度）有直接影響時(shí)可以將物料衡算與熱量計(jì)算聯(lián)合進(jìn)行，才能得到準(zhǔn)確結(jié)果。 （4）計(jì)算項(xiàng)目要全面、細(xì)致，所使用的計(jì)

29、算數(shù)據(jù)及定額必須是同企業(yè)的先進(jìn)可行水平，計(jì)算結(jié)果認(rèn)真校對(duì)。,物料和熱量衡算的計(jì)算實(shí)例,（一）10000t /a 淀粉原料酒精廠全廠總物料衡算(P56) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： （13）薯干原料（干物質(zhì)87%）C比熱=1.63；成熟醪C比熱=3.96；蒸餾殘留液C比熱=4.03 （14）酒母的接種量為10%；酒母中糖化液含量70% 巴斯德效應(yīng):有氧的條件下，經(jīng)TCA循環(huán)獲得38個(gè)ATP，從而抑制無氧酵解代謝。 反巴斯德效應(yīng)：在發(fā)酵基質(zhì)中含有較高葡萄糖（果糖）濃度0.4 -1.0以上，分子氧存在不能抑制發(fā)酵，酵母的有氧呼吸反而受到一定抑制。 水溶液比熱容C=無水固體比熱容CS（1）C水 系統(tǒng)

30、在定壓過程中，焓的增量等于流體所吸收的熱量即： H = H1H2 = GCT =QP GCT=蒸氣使用量汽化潛熱,,1、物料衡算主要內(nèi)容： （1）原料消耗的計(jì)算：（淀粉、薯干、淀粉酶、糖化酶、硫酸銨等消耗量） （2）中間產(chǎn)品的量：蒸煮醪、糖化醪、酒母醪、發(fā)酵醪等。 （3）成品（乙醇）、副產(chǎn)品（雜醇油）以及“三廢”（二氧化碳和廢糟液） 2、生產(chǎn)工藝流程：雙酶糖化、間歇發(fā)酵、三塔蒸餾的生產(chǎn)工藝流程。 3、工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（P56）,,4、原料消耗計(jì)算： （1）化學(xué)反應(yīng)式 （2）酒精的理論淀粉消耗量 （3）95%食用酒精淀粉消耗量 （4）生產(chǎn)過程各階段淀粉損失率 （5）折為薯干原料消耗量 （

31、6）淀粉酶消耗量 （7）糖化酶消耗量 （8）硫酸銨消耗量,,5、蒸煮醪量計(jì)算 （1）粉漿量及粉漿連續(xù)蒸煮液化工藝 （2）噴射液化器加熱后蒸煮醪量 GC蒸煮醪（T1- T2）= 蒸氣量（焓- 4.18T1） （3）維持罐出口的蒸煮醪量 GC蒸煮醪（T1- T2） = 蒸氣量汽化潛熱 （4）噴射混合加熱器后的蒸煮醪量 （5）汽液分離器后的蒸煮醪量 （6）真空冷卻器后的蒸煮醪量,,6、糖化醪與發(fā)酵醪的計(jì)算：（成熟醪含酒精量10%體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)于8.01%質(zhì)量分?jǐn)?shù)；蒸餾效率98%，酒精捕集器酒精洗水5%，洗罐用水1%） （1）成熟發(fā)酵醪量： （2）成熟醪乙醇濃度： （3）發(fā)酵過程二氧化碳總量 （4）酒母

32、醪量 （5）糖化醪量 7、成品與發(fā)酵醪計(jì)算 醛酒產(chǎn)量、食用酒精產(chǎn)量、雜醇油產(chǎn)量,8、廢醪量計(jì)算 是指進(jìn)入蒸餾塔的成熟發(fā)酵醪減去部分水和酒精成分及揮發(fā)性組分的殘留液。 酒精蒸餾過程物料平衡是“兩進(jìn)兩出”，熱量平衡是“兩進(jìn)三出”。 兩進(jìn)：F1醪液，其熱量為Q1 D1進(jìn)塔蒸汽，其熱量為Q2= D1 I1 兩出：V1醪塔上升酒汽，其熱量Q3=V1 i Wx 蒸餾殘留液 + D1消耗蒸汽量（成為水） 其總熱量Q4=Q4（殘留液帶去熱量）+ D1 t4 Q4= Wx C2 t4 Qn為蒸餾過程損失熱量 ，一般取傳遞總熱量1%,（1）醪塔上升酒汽量V1 V1上升酒汽乙醇濃度=

33、蒸餾的成熟發(fā)酵醪量成熟發(fā)酵醪乙醇濃度 （2）殘留液量Wx =蒸餾的成熟發(fā)酵醪- V1 （3）成熟醪入塔內(nèi)熱量：Q1=F1C1t1 （4）殘留液固形物濃度： B2 Wx = F1 B1 （5）殘留液帶出熱量：Q4= Wx C2 t4 （6）消耗蒸汽量D1 熱量平衡式： Q1+ D1（I C水 t4）= Q3+ Q4+ Qn 塔底加熱0.05MPa蒸汽焓 I 為2689.8kJ/kg （7）排出廢醪液為Wx 蒸餾殘留液 + D1消耗蒸汽量,,,,,,9、總物料衡算：每年以300天計(jì)算，次級(jí)酒精 （醛酒）占成品酒精的2%，雜醇油為成品酒精量0.5%， （1）酒精成品：（食用酒精和次級(jí)酒精） 日產(chǎn)

34、量 年產(chǎn)量 （2）主要原料薯干用量 日產(chǎn)量 年產(chǎn)量 10、列出物料衡算表(P62),表5-5 10000噸/a淀粉原料酒精廠物料衡算表,表5-6 輔助原料及副產(chǎn)品衡算表,熱量計(jì)算實(shí)例,年產(chǎn)3000噸啤酒廠糖化車間熱量衡算： 1、工藝流程：二次煮出糖化法 2、糖化用水耗熱量Q1 3、第一次米醪煮沸耗熱量Q2 4、第二次煮沸前混合醪升溫至70耗熱量Q3 5、第二次煮沸混合醪的耗熱量Q4,,6、洗糟水耗熱量Q5 7、麥芽汁煮沸過程耗熱量Q6 8、糖化一次總耗熱量Q總 9、糖化一次耗用蒸汽量D 10、糖化過程每小時(shí)最大耗蒸汽量Q和蒸汽年單耗、噸單耗,熱量衡算與用汽量計(jì)算,（一）啤酒生產(chǎn)糖化工段中熱

35、量衡算與蒸汽耗量的計(jì)算 計(jì)算依據(jù) （1）以每鍋糖化時(shí)投混合原料3548.2kg，按物料平衡計(jì)算依據(jù)。1.100Kg混合原料中含浸出物的重量（E） 麥芽：Gm=m(1-Wm) Em=75(1-5%)75%=53.44kg 大米：Gn=n(1-Wn) En=25(1-13%)95%=20.66kg 則E=Gm+Gn=53.44+20.66=74.10kg 混合原料的收得率=74.1*98.5%/100=72.43% 100kg原料產(chǎn)12度熱麥汁量為: 72.43*100/12=603.6kg 12度麥汁在20時(shí)的比重為1.048 100麥汁比20麥汁體積增加1.04倍 熱麥汁體積=603.58*1

36、.04/1.048=598.97L,1、糖化工藝采用復(fù)式浸出糖化法。其操作曲線如下： 糊化鍋 糖化鍋 大米粉887kg 麥芽2661.1kg 水 4335 kg 水10644kg 加水比 1：5 加水比 1：4 50(10min) 37（30min） (40min) (15min) 90(30min) 51(75min) 15min 10min 100(30min) 63(30min) 88.5 并醪 70（碘液反應(yīng)完全） 15min 78(5min) 麥汁過濾 三次加酒花煮沸

37、90min（煮沸鍋） （兩次熱水洗麥糟）,2、糖化工段熱量衡算 設(shè)：糖化投料時(shí)原水溫度為20，需加熱至39才能做投料用水，需加熱至80才能用做洗糟水，加熱蒸汽壓力為2.5（kg/cm2） 2.1. 加熱糖化用水耗熱量（Q1） Q1=C1G1 (t2-t1) 式中：G1糖化用水量，為10644kg； C1水的比熱，為1.0kcal/(kg)； t1糖化用水溫度，為20； t2糖化投料水溫度，為39； Q1=106441(39-20)=849391.2KJ 加熱糊化用水耗熱量（Q1） Q1=G1 (t2-t1) 式中：G糊化用水量，為4335kg； C1水的比熱，為1.0kcal/(k

38、g)； t1糖化用水溫度，為20； t2糖化投料水溫度，為39； Q1=43351(52-20)=582624KJ,2.2. 糊化醪加熱時(shí)耗熱量（Q2） （1）糊化鍋醪的比熱：C麥芽或大米=C0(1-w%)+C水w% C0--谷物干物質(zhì)的比熱為0.37 kcal/(kg) w--谷物的含水量% 所以，C麥芽=0.37(1-6%)+16%=0.415 kcal/(kg) C大米=0.37(1-13%)+113%=0.452 kcal/(kg) 糊化醪的比熱(C糊) C糊= =0.91 kcal/(kg) （2）糊化鍋投料后混合醪的溫度（t混） t米醪=(8870.45220+433552) ((

39、887+4335) 0.91)=49.7 （3）糊化鍋加熱至100耗熱量（Q21） Q21=(887+4335)0.908（100-50）=296348.5Kcal 設(shè)：熱損失為總耗熱量的10% 則 Q2=( Q21 +Q211) 1.15=(296348.5+70418.7) 1.15=1771486KJ,（4）煮沸30min時(shí)，水分蒸發(fā)耗熱量（Q211） 設(shè)：再敞口容器中煮沸時(shí)每小時(shí)蒸發(fā)量為5% 則 煮沸30min水分蒸發(fā)量為（W蒸）: (887+4335)0.053060=130.55kg Q211=539.4W蒸=539.4130.55=70418.7Kcal （5）糊化鍋總耗熱量（Q

40、2） 設(shè)：熱損失為總耗熱量的10% 則 Q2=( Q21 +Q211) 1.15=(296348.5+70418.7) 1.15=1771486KJ,3. 糖化鍋耗熱量(Q3) （1）麥芽醪的比熱（C麥醪） C麥醪= =(2661.10.408+106441)/(2661.1+10644) =0.88kcal/(kg) 加熱醪液所需熱量Q3 Q3= C麥醪* G麥醪（51-37.5）=0.88*25.5*(10644+2661.1) =663866.3KJ 麥醪的溫度（t麥醪） t麥醪=(2661.10.45120+1064439)/(( 2661.1+10644) 0.857) =37.5

41、所以 Q3=663866.3KJ,（2）經(jīng)混合后，并醪得到醪液溫度（t并） 麥醪與米醪混合后的比熱（C混） C混合= =0.889 kcal/(kg) t并=1330551+（5222130.55）71.6 (13305+5222-130.55) 0.9=63 71.6比米醪溫度100低28.4，管壁損失2，需要加冷卻器將米醪溫度降到71.6后，與糖化液并醪后溫度為63。 換熱器換熱溫度為 水 1839 醪液 9871.6 (此過程在10分鐘內(nèi)完成) 熱量=GCt=5091.450.91(98-71.6) 6=733902Kcal G水=5825kg,（3）混合醪由63升至過濾溫度78，所需要

42、的熱量Q31為 Q31=G混合C混合(78-63)=18396.450.88915=1030330KJ （4）糖化總損失Q3為 Q3= Q31 =1030330KJ 4.洗糟水耗熱量 Q4 設(shè)洗槽水平均溫度為80，每100kg原料用水450kg，則用水量為 G洗=3548.2450/100=15966.9kg 故Q4=G洗C水(80-18)= 15966.9162=415778KJ,5.麥汁煮沸濃縮時(shí)耗熱量Q5 （1）麥汁升溫至沸點(diǎn)耗熱量Q51 由糖化物料橫算表可知，100kg混合原料可得到613kg熱麥汁，并設(shè)過濾完畢后麥汁溫度為70，由前面計(jì)算可知: G麥汁=21253.3 C麥汁==0.

43、889 kcal/(kg) 故Q51= G麥汁 C麥汁(100-70) =2380667KJ （2）煮沸過程蒸發(fā)耗熱量Q511 煮沸強(qiáng)度10，時(shí)間1.5h，則蒸發(fā)水分為: G3=21253.3101.5=3188kg 故Q511=31885404.2=7230384KJ （3）熱損失為 Q5111= 10(Q51+Q511)=10572156KJ 6.糖化一次總耗熱量Q總 Q總=Q1+Q2+Q3+Q洗+Q煮沸 =4673246Kcal,7.糖化一次耗用蒸汽量D 使用表壓為0.3Mpa的飽和蒸汽。I=652kcal/kg,則： D= 式中，i為相應(yīng)冷凝水的焓,561.47KJ/kg;為蒸汽的熱效

44、率，取=95%。 D=9548.2 8.糖化過程每小時(shí)最大蒸汽耗量 Qmax 在糖化過程各步驟中，麥汁煮沸耗熱量為最大，且知煮沸時(shí)間為90分，熱效率95%，故： Qmax=Q5/（1.595%）=10572156/(1.50.95)= 7419056KJ/h 相應(yīng)的最大蒸汽耗量為： Dmax=Qmax/(I-i)=3429kg/h,8. 糖化工段的蒸汽單耗 據(jù)設(shè)計(jì)，每年糖化次數(shù)為1560次，共生產(chǎn)啤酒30056噸。年耗蒸汽總量為：DT=9548.21560=14704228kg/a 每噸啤酒成品耗蒸汽（對(duì)糖化）： Ds=14704228/30056=490kg/t啤酒 每晝夜耗蒸汽量（生產(chǎn)旺季

45、算）為： Dd=9548.26=57289kg/d 名 稱 規(guī)格MPa 每噸產(chǎn)品消耗定額(kg/h) 每夜消耗kg 年消耗量(kg/a) 蒸汽 0.3表壓 490 57289 14704228,第四章設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型第一節(jié)設(shè)備類型與設(shè)計(jì)選型原則,一、設(shè)備的類型 1、專業(yè)設(shè)備:僅為專業(yè)生產(chǎn)工廠使用設(shè)備。如啤酒廠的糖化鍋、煮沸鍋、麥汁過濾槽、發(fā)酵罐。 2、通用設(shè)備：各行業(yè)都可以使用的設(shè)備。如水泵、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、螺旋輸送機(jī)、升降機(jī)。 3、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：按照所需尺寸加工貯藏罐、池、計(jì) 量罐等。 二、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的原則（P95）,第二節(jié)專業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型,1、專業(yè)設(shè)備

46、設(shè)計(jì)與選型依據(jù) 1）工藝計(jì)算確定的成品量、物料量、耗水量 2）工藝操作的外部條件（溫度、壓力、真空度） 3）設(shè)備的工作條件要求（PH、保溫、防腐等） 4）設(shè)備構(gòu)造類型和性能,,2、專業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的內(nèi)容（P96） 1)工藝操作任務(wù)、工作性質(zhì)和參數(shù)的確定 2)設(shè)備選型及性能特點(diǎn)評(píng)價(jià) 3)生產(chǎn)能力確定 4)設(shè)備數(shù)量的計(jì)算（設(shè)備使用維修及必備充裕量） 5)設(shè)備主要尺寸的確定 6)設(shè)備化工過程（換熱、過濾、冷凍、塔板數(shù)）計(jì)算 7)設(shè)備傳動(dòng)攪拌和動(dòng)力消耗計(jì)算 8)設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計(jì)算（設(shè)備主要輔助裝置如空氣分布器、擋板、攪拌器、以及冷卻管布置等資料） 9)支撐方式的計(jì)算選型 10)強(qiáng)度壁厚的計(jì)算選擇 1

47、1)材質(zhì)的選擇和用量計(jì)算（滿足工藝要求和經(jīng)濟(jì)性） 12)其他問題（如防腐、保溫等安全設(shè)施）,,3、專業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)與選型特點(diǎn) （啤酒廠、味精廠、有機(jī)酸的間歇操作設(shè)備） 1）間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力數(shù)量和容積設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）間歇操作設(shè)備生產(chǎn)能力 （2）間歇操作設(shè)備的數(shù)量 （3）間歇操作設(shè)備的容積計(jì)算 （4）間歇操作設(shè)備主要尺寸的計(jì)算 2）連續(xù)操作設(shè)備如酒精生產(chǎn)的連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)蒸餾設(shè)備。,間歇操作設(shè)備設(shè)計(jì)與選型：實(shí)例（味精發(fā)酵車間發(fā)酵罐）,1）發(fā)酵罐 （1）罐型選擇 （2）生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積 （3）主要尺寸的計(jì)算 （4）冷卻面積的計(jì)算 （5）攪拌器設(shè)計(jì) （6）攪拌軸功率的計(jì)算 （7）設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)

48、（8）設(shè)備材料的選擇 （9）發(fā)酵罐壁厚的計(jì)算 （10）接管設(shè)計(jì) （11）支座選擇,連續(xù)操作設(shè)備設(shè)計(jì)與選型：實(shí)例（味精發(fā)酵車間螺旋板換熱器）,2）螺旋板換熱器 換熱面積計(jì)算： 1）熱糖液放出熱量Q1（115降到72） 2）冷糖液被加熱的溫度 t 2 3）求平均溫差t 4）換熱面積F 設(shè)備選型：依據(jù)產(chǎn)品目錄,第三節(jié)通用設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型,1、液體輸送設(shè)備選型： （1）泵的分類： 按工作原理和結(jié)構(gòu)形式分 葉片式泵（透平式泵）:離心泵、軸流泵、混流泵、旋渦泵 容積式泵:往復(fù)泵（活塞泵、柱塞泵、隔膜泵） 回轉(zhuǎn)泵（齒輪泵、螺桿泵、滑片泵） 其他類型泵:噴射泵、水錘泵、真空泵、 按壓力分：低壓泵6MP

49、a 按介質(zhì)分：清水泵、泥漿泵、油泵、熔融泵,葉片式泵,混流泵,軸流泵,離心泵,旋渦泵,容積式泵,,隔膜泵,滑片泵,柱塞泵,齒輪泵,螺桿泵,活塞泵,其他類型泵,管道泵,消防泵,真空泵,潛水泵,排污泵,噴射泵,柱塞計(jì)量泵,水錘泵,水錘泵又叫水擊泵、沖擊泵，主要由泵座、緩沖筒、排水閥、壓水閥和排出管等組成。和水泵相比， 水錘泵的流量較小，揚(yáng)程較高，出水不均勻，水源的水量不需要太大，但要求水位落差較大。,其他類型泵,,（2）泵的選擇 流量：又稱為輸水量，它是指水泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送水的數(shù)量。用Q表示，單位是m3/h。 揚(yáng)程：單位重量液體流經(jīng)泵后獲得的有效能量。銘牌標(biāo)示的揚(yáng)程是指水泵本身所能產(chǎn)生的揚(yáng)程，它

50、不含管道水流受摩擦阻力而引起的損失揚(yáng)程。 有效汽蝕量：管路裝置汽蝕余量是指泵入口處單位液體所具有的高出汽化壓力能頭的那部分能量 。 泵工作時(shí)液體在葉輪進(jìn)口處因一定真空壓力下會(huì)產(chǎn)生汽體，汽化的氣泡在液體質(zhì)點(diǎn)的撞擊運(yùn)動(dòng)下，對(duì)葉輪等金屬表面產(chǎn)生剝蝕，從而破壞葉輪等金屬，此時(shí)真空壓力叫汽化壓力 。 安裝高度（吸程）水源水面到離心泵葉輪中心線的垂直距離。,,2、泵的選型方法及步驟： （1）列出基本數(shù)據(jù) 介質(zhì)性質(zhì)：密度、黏度、固體顆粒、蒸汽壓、腐蝕性 操作條件：溫度、壓力、流量 泵的所在位置：環(huán)境溫度、海拔、安裝高度、管線長度 （2）確定流量及揚(yáng)程 （3）選擇泵型及型號(hào)：根據(jù)以上條件和工廠產(chǎn)品目錄、說明書

51、選擇 （4）根據(jù)泵軸功率選定電動(dòng)機(jī) （5）確定泵備用率和臺(tái)數(shù) （6）填寫泵的規(guī)格表，作為訂貨依據(jù)。,,,,1、安裝高度（吸程）水源水面到離心泵葉輪中心線的垂直距離。 吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（10.33米）- 汽蝕余量（0.4）-安全量（0.5米），從安全角度考慮，泵的實(shí)際安裝高度值應(yīng)小于計(jì)算值 ，即Hx5m 。 2、管路的閥門、法蘭嚴(yán)防滲漏，以免產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。 3、吸入管路口應(yīng)有過濾裝置，防止雜物吸入堵塞管路。,第四節(jié)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的設(shè)計(jì),1、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)步驟： （1）材質(zhì)選擇 （2）容量確定 （3）設(shè)備數(shù)量確定 （4）幾何尺寸確定 （5）強(qiáng)度計(jì)算及壁厚確定 （6）攪拌功率計(jì)算 （7）支座選擇 2、尿

52、素溶液貯罐的設(shè)計(jì)（P139）,第五節(jié)設(shè)備一覽表,1、設(shè)備一覽表： 設(shè)備選型與設(shè)計(jì)完成后，按流程圖序號(hào)，將所有設(shè)備逐一匯總成設(shè)備一覽表。是設(shè)計(jì)說明書的組成部分，為施工設(shè)計(jì)和設(shè)備加工訂貨。 2、如何填寫設(shè)備一覽表： 按生產(chǎn)工藝流程順序排列各車間設(shè)備；將各車間的設(shè)備按專業(yè)設(shè)備、通用設(shè)備、非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行分類填寫設(shè)備一覽表。見P143,第五章車間布置設(shè)計(jì)第一節(jié) 車間布置設(shè)計(jì)的目的和原則,發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)主要有流程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算（物料與熱量衡算）、設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)、車間布置和管道布置五個(gè)部分，都由工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行。 一、車間布置設(shè)計(jì)：對(duì)廠房的配置和設(shè)備排列做出合理的安排，并決定車間、工段的長度、寬度、高度和建

53、筑結(jié)構(gòu)型式，以及各車間之間、工段之間的相互聯(lián)系。 二、發(fā)酵工廠車間的組成： 生產(chǎn)部分：原料工段、生產(chǎn)工段、成品工段、回收工段。 輔助部分：變電配電室、車間化驗(yàn)室、儀表控制室 生活行政部分：辦公室、更衣室、休息室、值班室、浴室等,,三、車間布置的依據(jù) 1常用的設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定 主要設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)定的名稱，詳細(xì)內(nèi)容見化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編，化學(xué)工業(yè)出版社，1986年）及有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 國家行業(yè)規(guī)定的工廠規(guī)范如白酒工廠規(guī)范。 2.基礎(chǔ)資料 對(duì)初步設(shè)計(jì)需要帶控制點(diǎn)工藝流程圖，對(duì)施工圖設(shè)計(jì)需要管道儀表流程圖； 物料衡算數(shù)據(jù)及物料性質(zhì)； 設(shè)備一覽表； 公用系統(tǒng)耗用量資料； 車

54、間定員表； 廠區(qū)總平面布置圖。,,四、車間布置設(shè)計(jì)的原則 最大限度地滿足工藝生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求。 有效地利用車間建筑面積（包括空間）和土地。 要為車間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、先進(jìn)合理以及節(jié)能等要求創(chuàng)造條件。 考慮其他專業(yè)對(duì)本車間布置的要求。 要考慮車間的發(fā)展和廠房的擴(kuò)建。 車間中所采取的勞動(dòng)保護(hù)、防腐、防火、防毒、防爆及安全衛(wèi)生等措施是否符合要求。 本車間與其他車間在總平面圖上的位置合理，力求使它們之間輸送管線最短，聯(lián)系最方便。 考慮建廠地區(qū)的氣象、地質(zhì)、水文等條件。 人流物流不能交錯(cuò)。,第二節(jié) 車間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容,一、廠房的整體布置和輪廓設(shè)計(jì) 1、廠房邊墻的輪廓、車間建筑輪廓、跨度、柱距和編號(hào)、

55、樓層層高。 2、門、窗、樓梯位置 3、吊裝孔、預(yù)留孔、地坑等位置尺寸。 4、標(biāo)高 二、設(shè)備的排列和布置 1、設(shè)備外形的幾何輪廓及流程號(hào) 2、設(shè)備定位尺寸，離墻間距，定出設(shè)備的中心位置 3、操作臺(tái)位置及標(biāo)高,,三、車間附屬工程設(shè)計(jì) 1、輔助生產(chǎn)用房的配置 2、工藝輔助用房配置 3、行政生活用房的配置 四、車間布置設(shè)計(jì)說明：車間布置設(shè)計(jì)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。 五、車間布置設(shè)計(jì)的圖紙 1、各層平面布置圖 2、正立面圖和側(cè)立面圖 3、各部分剖面圖,車間布置圖,2. 第三節(jié)車間布置形式與方案 1、各工段的布置形式 (1)露天布置; (2)室內(nèi)布置。 3流程式布置 2、車間平面布置方案 1直通管廊長條布置

56、 2T形與L形布置,第三節(jié)車間設(shè)備布置的方法與步驟,根據(jù)工藝的要求與土建專業(yè)共同擬訂各車間的結(jié)構(gòu)形式、柱距、跨度、層高、間隔等初步方案，并畫成1:50或1:100比例的車間建筑平面圖。 認(rèn)真考慮設(shè)備布置的原則，應(yīng)滿足各方面的要求。 將確定的設(shè)備按其數(shù)量的多少及最大的外形尺寸剪成相同比例的硬紙塊（一般為1:50或1:100），并標(biāo)明設(shè)備的名稱。 將這些設(shè)備的硬紙塊按工藝流程布置在相同比例的車間建筑平面圖上，布置形式可多種多樣，一般2-3個(gè)方案，以便加以比較。經(jīng)過多方面的比較，選擇一個(gè)最佳方案，繪成平、立面草圖。,,根據(jù)設(shè)備布置草圖，考慮以下因素加以修改?？紤]總管排列的位置，做到管路短而順； 檢查

57、各設(shè)備基礎(chǔ)大小，設(shè)備安裝、起重、檢修的可能性；考慮設(shè)備支架的外形、結(jié)構(gòu)、常用設(shè)備的安全距離；考慮外管及上、下水管進(jìn)、出車間的位置；考慮操作平臺(tái)、局部平臺(tái)的位置大小等。設(shè)備草圖經(jīng)修改后，要廣泛征求各有關(guān)專業(yè)部門的意見，集思廣益，做必要的調(diào)整，提交建筑人員設(shè)計(jì)建筑圖。 工藝設(shè)計(jì)人員在取得建筑設(shè)計(jì)圖后，根據(jù)布置草圖繪制成正式的設(shè)備平立面布置圖。,,第六章管道設(shè)計(jì)與布置第一節(jié)概述,一、管道設(shè)計(jì)與布置的步驟（P167-168） 二、管子、管件和閥門的選擇 公稱直徑：將管子與管道零部件的直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)直徑。以Dg100表示公稱直徑為100mm. 公稱壓力：將管道及所用零部件所承受壓力，分成若干個(gè)規(guī)

58、定等級(jí)，這種標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)為公稱壓力。以Pg25表示公稱壓力為25105Pa. （1）管材選擇： 鋼管：無縫鋼管、電焊鋼管、水煤氣鋼管（鍍鋅管）、不銹鋼管。 鑄鐵管：用于輸送堿液或濃硫酸，排污管 有色金屬管：紫銅管、黃銅管、鋁管 非金屬管：硅酸鹽管（陶瓷管、玻璃管、鋼筋混凝土管、石棉水泥管）；塑料管（聚氯乙烯管、玻璃鋼管）；橡膠管,（2）管件 彎頭、三通、短接管、異徑管、法蘭、活絡(luò)管接頭、盲板,,,,（3）閥門： 普通閥門： 旋塞閥、 截止閥、 閘閥、,隔膜閥 球閥 蝶閥 針形閥,特殊閥門： 止回閥（單向閥） 安全閥 過濾器 疏水器

59、 減壓閥,第二節(jié)工藝管道的設(shè)計(jì)計(jì)算,1、管徑計(jì)算 （1）管徑計(jì)算與選擇 管內(nèi)流量、流速與管徑關(guān)系計(jì)算出管道的內(nèi)徑 （2）管道介質(zhì)流速選擇 根據(jù)輸送介質(zhì)的種類、性質(zhì)和輸送條件選擇合適的流速。液體流速小于3m/s，氣體流速不超過100m/s. 2、管子壁厚計(jì)算 根據(jù)公稱壓力，公稱直徑可以查表確定管壁厚度,3、管道壓力降計(jì)算 （1）直管阻力計(jì)算 （2）局部阻力計(jì)算 當(dāng)量長度法 阻力系數(shù)法 管道壓力降=直管阻力+局部阻力 4、熱補(bǔ)償器：預(yù)防管道伸縮變形，采用熱補(bǔ)償器將管道伸縮限定在許可值范圍，避免管道變形損壞。,波紋補(bǔ)償器,第三節(jié)管道布置設(shè)計(jì),1、管道布置設(shè)計(jì)的原則（P181） 2、車間管道布

60、置設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （1）管道布置圖 （2）特殊管件制造圖 （3）施工說明書和管道材料表 （4）管道防護(hù)檢修要求（管道間距、支架分布距離、閥門及儀表安裝高度、坡度要求、管道涂色）,3、發(fā)酵工廠車間管道布置的特點(diǎn) （1）選擇恰當(dāng)?shù)墓懿暮烷y門 發(fā)酵管道配管選用無縫鋼管，輸送腐蝕性介質(zhì)使用 不銹鋼管。 發(fā)酵罐直接連通管道選用密封性好閥門。 截止閥用于上下水及不直接與罐相連的蒸汽、空氣 和物料管道。 閘閥用于大口徑空氣及蒸汽管道。 針形閥可以小流量調(diào)節(jié)，用于取樣、接種和補(bǔ)料口管道。 橡皮隔膜閥嚴(yán)密可靠，閥桿與物料不接觸，使用于發(fā)酵工 序管道，但注意定期檢查隔膜和更換，橡皮隔膜應(yīng)耐高溫。 平旋止回閥能防止管道

61、液體或氣體發(fā)生倒流，廣泛應(yīng)用發(fā) 酵管道中。 選擇恰當(dāng)?shù)墓懿暮烷y門，防止染菌，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。,,（2）選擇正確的管道連接 螺紋連接用于上下水管道，其余管道使用焊接和法蘭 連接。 焊接密封可靠，使用于靠近發(fā)酵罐管道如移種管道、 補(bǔ)料管道、空氣管道、培養(yǎng)液滅菌系統(tǒng)管道。 法蘭連接用于需要經(jīng)常拆卸檢修的管道處。 化工管件（彎頭、管接頭、三通、大小頭）連接不適 用發(fā)酵工序的管道，一般采用彎管焊接或法蘭連接， 以減少接頭處滲漏染菌。,,（3）合理布置管道 1）盡量減少管道，管道越短越好，做到一管多用，安裝平整美觀。 2）保證發(fā)酵罐（種子罐）和有關(guān)管道通入蒸汽滅菌。 3）各發(fā)酵罐的排氣管及排污管不可相互

62、連接在一條總管道上。 4）避免冷凝水排入已滅菌的發(fā)酵罐和空氣過濾器中。 5）空氣過濾器和發(fā)酵罐之間應(yīng)裝有單向閥，防止倒流。 6）蒸汽總管道應(yīng)安裝分水罐、減壓閥、安全閥保證蒸汽干燥和避免管道過高壓力造成設(shè)備壓損和爆炸事故。,,（4）消滅管道死角 1）管道連接的死角：焊接不好，焊縫有凸凹不平產(chǎn)生死角。法蘭密封面不平造成死角；墊片孔徑與管徑過大或過小造成積存物料形成死角；螺紋連接產(chǎn)生松動(dòng)形成死角。 2）種子罐放料管死角：由于放料管安裝不對(duì)有一小段管道因滅菌時(shí)，罐內(nèi)有種子，通向罐的閥門不能打開，存在蒸汽不流通的死角。 3）排氣管的死角：罐頂排氣管彎頭處由于逃液產(chǎn)生堆積物產(chǎn)生死角，受排氣沖擊或攪拌震動(dòng)，

63、隱藏雜菌隨堆積物脫落掉入罐內(nèi)造成污染。注意通入排氣管的蒸汽流速，排氣管管徑過大造成滅菌溫度不夠，耐熱菌不能殺死。,第七章公用工程第一節(jié)給排水工程,一、給排水工程設(shè)計(jì)依據(jù)（P191） 二、給排水工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1、給水工程：取水水處理輸配水 （1）給水范圍： 生產(chǎn)用水：工藝用水、冷卻用水、洗滌用水、 鍋爐用水 生活用水：飲食用水、衛(wèi)生用水 消防用水： （2）水源選擇 （3）給水處理 （4）輸配水 2、排水工程：排水管網(wǎng)污水處理和利用,第二節(jié)供電工程,一、供電設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1、供電系統(tǒng)（負(fù)荷、電源、電壓、配電線路、變壓器位置與選擇） 2、車間電力設(shè)備（電機(jī)選型、電動(dòng)機(jī)功率和其他用電設(shè)

64、施） 3、照明與弱電通訊（車間電話及可視電視） 4、廠區(qū)外線及防雷接地 5、電氣維修工段,,二、發(fā)酵工廠電力負(fù)荷及供電要求 1、電力負(fù)荷分級(jí)： 一級(jí)負(fù)荷：造成人身傷亡、重大設(shè)備損壞、重大經(jīng)濟(jì)損失 二級(jí)負(fù)荷：產(chǎn)生大量廢品或停產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)較大損失。 三級(jí)負(fù)荷： 2、供電要求： 一級(jí)負(fù)荷要求：兩個(gè)獨(dú)立電源供電。 二級(jí)負(fù)荷要求：設(shè)置備用電源，采用兩回路線路供電。 三級(jí)負(fù)荷要求： 三、變電所：是接受、變換、分配電能的場(chǎng)所。 它由變壓器、配電裝置、保護(hù)及控制裝置、測(cè)試儀表以及其他 附屬設(shè)備和有關(guān)建筑物構(gòu)成。獨(dú)立式與附設(shè)式兩種位置。,第三節(jié)供熱工程,一、供熱工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1、全廠生產(chǎn)、采暖和

65、生活用汽量 2、確定供氣的汽源 3、選擇鍋爐及鍋爐房 4、鍋爐給水及水處理設(shè)計(jì) 5、配置全廠的蒸汽管網(wǎng) 6、鍋爐設(shè)備的選擇 （1）鍋爐分類 （2）鍋爐型號(hào)意義,,（3）鍋爐房容量確定 高峰負(fù)荷長使用最高負(fù)荷用汽量 高峰負(fù)荷短使用平均負(fù)荷用汽量 可以通過工藝調(diào)節(jié)用汽量，盡量避免最大與最小的差值。 （4）鍋爐房壓力確定：最大壓力和用汽量、管線壓力降、受壓容器的安全 （5）鍋爐類型與臺(tái)數(shù)確定,第八章設(shè)計(jì)說明書,設(shè)計(jì)說明書與設(shè)計(jì)圖紙是工藝設(shè)計(jì)的最終成品。按設(shè)計(jì)階段分為初步設(shè)計(jì)說明書和施工圖說明書。初步設(shè)計(jì)說明書按具體內(nèi)容又分為全廠初步設(shè)計(jì)說明書和車間初步設(shè)計(jì)說明書。 一、全廠初步設(shè)計(jì)說明書的編寫內(nèi)容：

66、 總論 技術(shù)經(jīng)濟(jì)（各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，與國內(nèi)先進(jìn)水平比較） 總平面布置及運(yùn)輸 工藝（設(shè)計(jì)依據(jù)、全廠工藝流程） 自動(dòng)控制測(cè)量儀表 建筑結(jié)構(gòu) 給水排水 供電 電信,,供熱 采暖通風(fēng) 空壓站、冷凍站、氮氧站 維修 倉庫與堆場(chǎng) 中心化驗(yàn)室 環(huán)保與綜合利用 節(jié)約能源 消防 計(jì)量 職業(yè)安全衛(wèi)生 生活福利設(shè)施 總概算書,,二、車間初步設(shè)計(jì)編寫內(nèi)容：P253 1、XXX車間概況及特點(diǎn) 2、車間組織及工作制度 3、成品或半成品的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 4、生產(chǎn)流程 5、采用新技術(shù)內(nèi)容和來源及效益 6、主要工藝技術(shù)指標(biāo)（列表說明） 7、原料、輔助原材料需用量及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 8、主要設(shè)備選擇 9、車間化驗(yàn)室設(shè)置和儀器、計(jì)量器具 10、室外工藝管道 11、存在問題及建議 12、附件：工藝流程圖、設(shè)備布置圖、設(shè)備一覽表、主要材料估算表,第九章工藝設(shè)計(jì)圖,教學(xué)內(nèi)容： 1、 工藝設(shè)計(jì)圖中的一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和繪制方法； 2、 工藝設(shè)計(jì)圖前的準(zhǔn)備工作； 3、 帶控制點(diǎn)工藝流程圖。 教學(xué)要求： 1、熟悉工藝設(shè)備圖樣的基本知識(shí)； 2、掌握工藝流程方案圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的畫法與閱讀。 重難點(diǎn)： 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的畫法。,