物料衡算和能量衡算

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1、第五章物料衡算和能量衡算5.1物料衡算5.2能量衡算物料衡算的作用與意義依據(jù)質(zhì)量守衡定律，以設(shè)備或生產(chǎn)過程作為研究系統(tǒng)，對其進(jìn)、出口處進(jìn)行定量計算，稱之為物料衡算。在復(fù)合材料生產(chǎn)過程中，物料衡算對于控制生產(chǎn)過程有著重要的指導(dǎo)意義。在實際生產(chǎn)過程中，物料衡算可以揭示物料的浪費和生產(chǎn)過程的反?，F(xiàn)象，從而幫助找出改進(jìn)措施，提高成品率及減少副產(chǎn)品、雜質(zhì)和三廢排放量。物料衡算還可以檢驗生產(chǎn)過程的完善程度，對生產(chǎn)工藝設(shè)計工作也有著重要指導(dǎo)作用。物料衡算是計算原料與產(chǎn)品之間的定量關(guān)系，由此定出原料和輔助材料的用量、制訂原料和輔助材料的單耗指標(biāo)以及生產(chǎn)過程中各個階段的原料

2、和輔助材料的損耗量及其組成。物料衡算的作用與意義物料衡算也是能量衡算、定型設(shè)備選型、非定型設(shè)備工藝計算和其他工藝計算的基礎(chǔ)。通過物料衡算可以算出各工段所處理的物料量(各組分的成分、重量和體積)，便可以定出生產(chǎn)過程所需設(shè)備臺數(shù)、容量和主要尺寸以及計算管道尺寸等。所以物料衡算是復(fù)合材料工藝計算的重要部分。物料衡算可分操作型計算和設(shè)計型計算。操作型計算是指對已建立的工廠、車間或單元操作及設(shè)備等進(jìn)行計算。設(shè)計型計算是指對建立一個新的工廠、車間或單元操作及設(shè)備進(jìn)行物料衡算，這是設(shè)計計算的第一步，也是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行熱量衡算、設(shè)備工藝計算，則可以確定設(shè)備

3、選型、工藝尺寸、臺數(shù)以及公用工程所需水、電、汽、冷凍、真空及壓縮空氣等需要量。物料衡算常用基本概念和方法質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律是指“進(jìn)入一個系統(tǒng)的全部物料量必等于離開這個系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中損失量和在系統(tǒng)中積累量”。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對一研究系統(tǒng)作物料衡算，可用下式表示：∑G進(jìn)=∑G出+∑G損+∑G積式中∑G進(jìn)--輸入物料總和；∑G出--離開物料量總和；∑G損--總的損失量；∑G積--系統(tǒng)中積累量。分批操作（間歇操作）的設(shè)備，當(dāng)終點時，物料全部排出則系統(tǒng)內(nèi)物料積累為零，對于穩(wěn)定連續(xù)操作，系統(tǒng)物料累積量亦為零。在此情況下，上式可寫成：∑G進(jìn)=∑G

4、出+∑G損車間收率和階段收率在作整個車間的物料衡算時，常需要用車間總收率、階段收率這些基本概念。車間收率和車間產(chǎn)品及原料消耗關(guān)系如下：車間收率或階段收率則表示一個工段或工序的產(chǎn)品或半成品輸出量，折算為投入物料量與實際投入物料量之間的比例關(guān)系，可用下式表示：車間收率與階段收率之間關(guān)系可用下式表示：η總=η1.η2.η3.……ηn式中η1，η2，η3，…，ηn為各階段收率。物料衡算的方法及步驟順程法返程法一個工藝流程，常由多個生產(chǎn)工序組成，要進(jìn)行各工序、各設(shè)備的物料衡算，則需按一定的順序進(jìn)行。從原料進(jìn)入系統(tǒng)開始，沿著物料走向，逐一計算從最后的產(chǎn)品開始，按物料流

5、程逆向的順序進(jìn)行計算對一些復(fù)雜的工藝流程作物料衡算，需要同時應(yīng)用順程法和返程法才能完成。物料衡算的步驟1)畫出物料衡算流程示意圖繪制物料流程圖時，要著重確定生產(chǎn)工藝路線，考慮物料的來龍去脈。每一種物料都要表示在圖上，并注明每種物料的重量、組成、體積、溫度和壓力等數(shù)據(jù)，不允許有差錯和遺漏，并反復(fù)核對。如果是待求項，需用字形符號標(biāo)寫清楚。2)列出化學(xué)反應(yīng)式列出各個過程的主、副化學(xué)反應(yīng)式，明確反應(yīng)前后的物料組成和它們之間的定量關(guān)系。需要注意的是，當(dāng)副反應(yīng)很多時，對那些次要的，而且所占比重很小的副反應(yīng)可以略去，而對那些產(chǎn)生有毒物質(zhì)或明顯影響產(chǎn)品質(zhì)量的副反應(yīng)，其量雖

6、小，卻不能略去，因為這是以后進(jìn)行某些精制分離設(shè)備設(shè)計和三廢治理設(shè)計的重要依據(jù)。物料衡算的步驟3)確定計算項目根據(jù)物料流程示意圖和化學(xué)反應(yīng)式，分析物料在每一臺設(shè)備中的數(shù)量、成分和品種發(fā)生了哪些變化。近一步明確已知項和待求項。根據(jù)已知項和待求項的數(shù)學(xué)關(guān)系，尋找簡捷的計算方法，以節(jié)省計算時間和減少錯誤發(fā)生率。物料衡算的步驟4)收集數(shù)據(jù)計算項目確定后，需要收集的數(shù)據(jù)和資料也就明確了。應(yīng)收集的數(shù)據(jù)資料一般包括：生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間（年工作時數(shù)）、有關(guān)收率和轉(zhuǎn)化率、原料、輔助材料，中間產(chǎn)品和產(chǎn)品的規(guī)格、有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)等。在查找有關(guān)數(shù)據(jù)時應(yīng)注意數(shù)據(jù)資料的正確性、可靠性和

7、適用范圍。物料衡算的步驟5)選準(zhǔn)計算基準(zhǔn)在物料衡算過程中，計算基準(zhǔn)選得適當(dāng)，可以大大簡化計算手續(xù)。按照不同情況可以采用噸、公斤、m3作為計算單位。一般，對于氣體采用m3作為計算單位比較方便。間歇生產(chǎn)過程的物料衡算一般以每批產(chǎn)量作為計算基準(zhǔn)，而連續(xù)過程的物料衡算則采用每小時產(chǎn)量作為計算基準(zhǔn)。在計算過程中還必須注意，將各個量的單位統(tǒng)一為同一單位制，保持前后一致，以避免發(fā)生差錯。物料衡算的步驟6)進(jìn)行物料衡算根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量守恒定律，凡是進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行操作的物料量必須等于操作后離開設(shè)備的物料量。但實際上，在生產(chǎn)過程中物料必然有損失，即產(chǎn)出量少于投入量，其差額即為物料損

8、失量?！艷入＝∑G出＋∑G損式中∑G入----進(jìn)入物料量的總和；∑