第三章工艺流程设计
第一节概述
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、生产设备及其布置的关键步骤。
生产工艺流程设计在整个工艺设计中最先开始，但随着工艺及其他专业设计的展开，通常需要对初步的工艺流程设计进行局部修改，所以几乎是最后才完成。
生产工艺流程设计的主要任务包括两个方面：其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备。其二是绘制工艺流程图。
在发酵生产过程中，原料往往不是直接变成产品，而是通过一系列的半成品或中间产品再变成成品，同时还有副产品和废液、废渣等生成，“三废”必须严格治理。
因为工艺流程设计是最关键的设计，与其他专业设计息息相关，所以需要由浅人深和分阶段进行。同时必须经过反复推敲，精心安排和计算，不断修改和完善，才能完成设计任务。
生产工艺流程的设计往往经历三个阶段，即：生产工艺流程示意图、生产工艺流程草图、生产工艺流程图。
具体地说，生产方法和生产规模确定后就可以开展设计生产工艺流程示意图。工艺流程示意图作出后，就可以进行物料衡算和能量衡算以及部分设备计算和选型。待设备设计全部完成后，再修改、充实工艺流程草图，根据流程草图和设备设计进行车间布置设计。根据车间布置图再来修改工艺流程草图，最后得出生产工艺流程图。
当然上面介绍的示意图、草图、流程图的设计程序并非一成不变，还需根据设计项目的难度、技术的成熟程度、设计人员水平及实践经验等多方面因素决定。若设计人员经验丰富，而且是难度不大、技术成熟的项目，甚至可以一次完成生产工艺流程图的设计。
第二节生产方法的选择和工艺流程的设计原则
生产工艺流程设计是整个工艺设计的基础，工艺流程图是指导施工的重要图纸。通常，生产方法的选择和工艺流程设计，是决定设计成败的关键工作。
一、生产方法的选择
生产方法即工艺路线的选择，是生物工程工厂设计的关键步骤。一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较分析，从中选出技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。
以发酵工厂为例，介绍选择生产方法的主要依据。
1．原料来源、种类和性质
如需应用进口原料如啤酒生产的麦芽，则必须采取先进的生产方法和技术，以保证生产出高质量的产品，供出口或内销。原料的种类和性质不同，则生产方法也要相应改变。对酒精生产，采用糖蜜或淀粉作原料，则工艺路线就大不相同。即便是淀粉质原料，也有谷类、薯类原料和野生植物淀粉质原料之分，其工艺流程也有一定差异。
2.产品的质量和规格
糖蜜原料发酵生产三级酒精，可采用两塔式液相过塔蒸馏流程；若生产一级或优级酒精，则必须采用三塔式或多塔式流程。又如啤酒生产中，淡色啤酒或浓色啤酒的糖化、煮沸工艺就不相同。
3．生产规模
工厂的设计生产能力对工艺流程的选择也有影响。生产规模较小时，可采用分批发酵法；对于大型企业，则采用连续发酵工艺有利于生产过程的机械化、自动化和稳产高产的实现。
4.技术水平
生产方法的选择也必须考虑技术水平。如酒精生产，连续发酵技术要求较高的操作技术，而间歇生产则较易掌握。又如味精生产，应用糖蜜原料发酵谷氨酸的方法，具有产酸高、经济效益好的优点，但对菌种和生产技术水平要求严格。所以生产工艺既要考虑先进性，又要保证切实可行。
5.建厂地区的自然环境
如在热带地区建厂，就必须配套冷冻系统，才能保证正常发酵的温度要求。
6.经济合理性
对选用的生产方法应切实做好技术经济指标的比较，尽量选用投资省、生产效率高、能耗低的生产方法，以获得良好经济效益。
二、工艺流程的设计原则
进行工艺流程设计，必须考虑以下几项原则：
（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。努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。
例如，味精厂糖化车间工艺流程设计，以前采用酸法糖化或酶酸法糖化的工艺流程。现在应采用较先进的双酶法糖化工艺流程，它明显优于传统的酸法或酶酸法糖化工艺。采用耐高温a一淀粉酶喷射液化及高转化率液体糖化酶糖化生产工艺，有着转化率高、糖液质量好、提取率及收得率高的优点。应用表明，味精行业应用双酶法糖化工艺流程，对大米糖转化率可达到95%以上，比酸法或酶酸法工艺提高3%一5%，所制得的糖液透光率在85%一90%，比酸法或酶酸法提高1倍左右。
啤酒厂糖化车间工艺流程设计中，以前均采用麦汁二段冷却，现在应采用麦汁一段冷却新技术，具有明显的节能效果，比原二段冷却节电40%，节水27%，降低煤耗5％，同时降低载冷剂用量，降低啤酒生产成本。
在啤酒厂成熟啤酒的过滤生产流程设计中，应根据啤酒产品的质量要求，进行过滤设备的不同组合。如采用硅藻土过滤（单级），啤酒浊度EBC在0.6一0.8。采用硅藻土过滤、精滤纸板过滤的组合，能明显提高啤酒的光亮透明度，EBC≤0. 5。
采用硅藻土过滤、精滤纸板＊无菌过滤的组合流程，可生产EBC＜0.4的纯生啤酒。
采用硅藻土（加硅胶）过滤}PVPP吸附过滤＊精滤纸板的过滤流程，可酿制高稳定性啤酒。
硅藻土过滤机有三种型式，即板框式、叶片式和烛式过滤机，各有优缺点。对大型厂以烛式为好，板框式过滤机操作最安全。
近十几年来，我国啤酒、柠檬酸、酒精、酶制剂等行业引进许多先进工艺流程和设备，在进行工艺流程设计时，要充分调查研究，吸收利用国内外先进的工艺流程和设备。
(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)生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。
第三节工艺流程的设计步骤
生产方法确定后，即开始工艺流程的设计。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。
以下进行具体的叙述说明。
一、生产工艺流程示意图
生产工艺流程示意图在物料衡算前进行，其主要作用是：定性地表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的过程及设备。
在设计工艺流程示意图时，首先要弄清楚原料变成产品要经过哪些单元操作，其次要确定采用何种操作方式—连续或间歇。
工艺流程示意图可以用简单的设备流程图表示，甚至可用文字示意图表达。例如啤酒生产的工艺流程示意图可用图3一1表示。
