第三章 工艺计算.doc

南京工业大学本科生毕业设计第三章 工艺计算3.1 物料衡算133.1.1概念工艺设计中，在工艺流程确定后物料衡算才开始进行。从而根据原料与产品之间的定量转化关系，计算消耗的原料量，各种产品、中间产品和副产品的产量，根据计算的生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算提供前提。对物料平衡进行计算的物料衡算是以质量守恒定律为基础的。物料平衡是指“在单位时间内进入系统(体系)的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。物料衡算通式如式：G投入= G产品+ G回收+ G流失式中：G投入投入系统的物料总量；G产品系统产出的产品和副产品总量；G流失系统中流失的物料总量；G回收系统中回收的物料总量。3.1.2 物料衡算的计算过程概述我们在做物料衡算时应注意：计算公式要正确并清楚公式中所代表的含义、层次条理要清晰、计算过程要不断检查核对数据关系和计算结果。本设计物料衡算的大致过程如下：（1）收集数据资料，明确计算任务；（2）选择计算基准及计算单位，绘制物料衡算示意图，并在相应部分标注与物料衡算有关的数据，包括原始数据和未知量；（3）确定计算顺序；（4）全面展开计算；（5）整理并校核计算结果；（6）绘制物料最终计算数据表与物料平衡图。3.1.3物料衡算计算过程（1）查阅文献的配方序号原料名称用量/Kg1聚丁二酸丁二醇酯(PBS)(安庆和兴化工有限公司)4002淀粉（廊坊市淀粉厂）1003硅烷偶联剂KH550（南京曙光化工集团有限公司）24甘油(山东汇丰达化学有限公司)55水10（2）原始数据年产量：5000t年生产时间300天，三班制（24小时）工艺过程中损耗率：4%10%，取6%自然损耗率取0.2%（3）计算过程年需物料量 =产量/损耗率=5000/94%=5319t年车间进料量 =年需物料量/(1+自然损耗率) =5319/(1+0.1%) =5314t自然损耗量 =年需物料量自然损耗率 =53190.1% =5.319t过程中损耗物料量 =年车间进料量最后产品量 =53195000 =319t车间小时物料处理量 =年车间进料量/年生产时间 =5314/7200 =0.738t/h =738kg/h每小时物料称量量 =年需物料量/年生产时间 =5319/7200 =0.739t/h =739kg/h（4） 计算结果表3-1 物料衡算计算结果项目数据项目数据年需物料量（t）5319自然损耗量（t）5.319年车间进料量（t）5314过程损耗物料量（t）319车间小时物料处理（kg）738 每小时物料称量量（kg）739（5） 根据计算结果，计算配方各组分进料量序号原料名称用量/份每小时物料称量量/kg每小时物料处理量/kg1PBS400571.76570.992淀粉100142.94142.753水1014.2914.284硅烷偶联剂KH55022.862.855甘油57.157.146总计 5177397383.2能量衡算能量衡算是根据能量守恒定律在设备操作过程中进行的传入能量或传出能量的平衡计算。它是在操作过程中建立数学模型的一个重要方法，是化工计算的重要组成部分。对于复杂计算操作过程，能量衡算往往须要与物料衡算联立起来求解。 对于解决实际操作问题的能量量衡算，各种能量之间的转换关系可以用热平衡方程来表述： = + + + 式中 设备或系统与外界交换的热量之和，kJ； 由于物料温度变化，系统与外界交换的热量，kJ； 由于各种变化，系统与外界交换的热量，kJ； 由于设备温度改变，系统与外界交换的热量，kJ； 设备向外界环境散失的热量，kJ。3.2.1 热量衡算的目的及意义在车间设计中进行热量衡算的目的，保证成型加工顺利进行，确定加热所需的热量，并核算加热电功率，一方面作为选择设备的依据，另一方面作为计算电量的依据。确定冷却需排出的热量，一方面可计算出冷却介质的消耗量，另一方面作为选择换热设备的依据。进行能量衡算，可以清楚为达到一定的物理或化学变化须向设备传入或从设备传出的热量；根据能量衡算可确定加热剂或冷却剂的用量以及设备的换热面积，或可建立起进入和离开设备的物料的热状态（包括温度、压力、组成和相态）之间的关系。3.2.2 计算方法根据本工艺的生产要求，更多的是采用单元设备进行热量衡算。根据热力学第一定律，即忽略物料的温度变化的损失，不考虑设备温度改变的热量损失及设备向环境散失的热量，所以热平衡方程可以写成： = 上式是通用公式，具体应用时应注意以下几个问题：（1）正确建立热量之间的平衡关系。（2）必须弄清楚过程中存在的热量形式及热损失。从而确定所要收集的物性数据及数据的可靠性，以保证计算的准确性。（3）要合理划定计算范围。一般可以和设备的进口和出口一致。（4）合理确定计算基准。计算基准是指数量上的基准和基准态。数量基准按处理每公斤物料计算：基准态一般是以25作为基准温度。热量衡算的方法主要有：温差法；焓差法；潜热发。设计中常涉及前两种，做下介绍：温差法： （3-1） （3-2）式中 、热流体和冷流体的质量流量，kg/s 、热流体和冷流体的比热容，J/(kgK) 、热流体最初和最终的温度，K 、冷流体最初和最终的温度，K焓差法： （3-3） （3-4）式中 、 热流体和冷流体的质量流量，kg/s 、热流体最初和最终的焓值，J/kg 、冷流体最初和最终的焓值，J/kg3.2.3 热量衡算的基本步骤（1）了解物料在各个设备中发生的化学、物理变化，只要是与外界有热量交换的设备均需要进行能量衡算；（2）明确计算对象、计算目的、计算内容及计算单位；（3）收集数据；（4）列出能量平衡关系式；（5）逐项计算各热量的数值及传递方向，按传递方向确定各热量的正负号；（6）求出与外界的传热量、传递速率、传热方向；（7）归纳整理计算结果。3.3 能量计算过程通过查阅有关资料可知各组分的比热容及密度分别为：成分比热容密度PBS0.358kJ/(kgk)1.26g/cm3淀粉2.01kJ/(kgk)1.623g/cm3水4.2kJ/(kgk)1.0g/cm3硅烷偶联剂KH5500.946g/cm3甘油1.261g/cm3则根据查出的表中的配方的数据可得出除PBS外的平均密度为： 100/1171.623+10/1171.0+5/1171.261+2/1170.946=1.54g/cm3总平均比热容为：400/5170.385+100/5172.01+10/5174.2=0.75kJ/(kgk)总平均密度为：400/5171.26+100/5171.623+10/5171.0=1.31g/cm33.3.1 高混机的热量衡算高混机混炼周期为5-10min，取周期为10min，每小时有6个周期每年需要高混的物料量：5319t每天需要高混的料量：5319/300=17.73t每小时需高混的料量：17.73/24=0.739t=739kg每10分钟可以混一锅料，则每小时混6锅混料量：739/6=123.17kg选用SHR-200475950型高速混合机，其有效容积是120140L94.02L所以选择的高混机符合使用要求高混机温度分布 =75，=105，=50理论上： 电吸放但实际上： =0.9电 吸=0.75123.17302771.325kJ 放=0.75123.1755=5080.763kJ =0.9电 电= /0.9=(2771.325+5080.763)/0.9=8724.54kJ则需电功率为：14.54kW30/42kW，所以选择的高混机符合使用要求3.3.2注射机的能量衡算 注射机中温度分布 =45, =145, 40同理可知： 吸= 0.75123.17100=9237.75kJ 放=0.75 123.17105=9699.6375kJ 电= /0.9=(9237.75+9699.6375)/0.9=21041.54kJ则注塑机需要的总的电功率为：35.07kW机头每小时需要的