化工中物料衡算和热量衡算公式.doc

物料衡算和热量衡算物料衡算 根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。物料衡算的基础 物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 G1=G2+G3+G4G2：输人物料量总和；G3：输出物料量总和；G4：物料损失量总和；G5：物料积累量总和。 当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： G1=G2+G3 物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。物料衡算的基准 (1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。 (2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。 消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。 制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。热量衡算 制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。 热量衡算的基础 热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （11）式中： Q1所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q2加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q3过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q4反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q5设备部件所消耗的热量，KJ;Q6设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。（计算传热面积的热负荷必须以每小时作为基准，而该时间必须是稳定传热时间）热量衡算温度基准，一般规定25。热量衡算式中各项计算从 （11）式中可得： Q2 =Q 4+Q5+Q6-Q1-Q3 (12)式中各项可用以下计算方法（1）Q1和Q4的计算Q1和Q4均可以用下式计算：Q=miciT1(T2)式中： mi反应物体系中组分I的质量，Kg;ci组分i在0T时的平均比热容，KJ/(Kg*)或KJ/(Kmol);T1(T2)反应物系反应前后的温度， （2） Q3的计算 Q3 作为过程的热效率分为化学反应热效应和物理过程热效应，在这次反应中由于物理过程热效应较低，相比化学反应热效应可忽略不计，故过程热效应可由下式表示：式中 化学反应热效应，KJ； 物理过程热效应，KJ；(可忽略不计)可通过标准化学反应热计算：式中 标准化学反应热，KJ/mol；参与化学反应的A物质质量，Kg；A物质分子量。反应体系中各物质标准焓为：乙苯（40.219KJ/mol）苯（33.871 KJ/mol）甲苯（18.029KJ/mol）=（33.871+18.029-40.219）KJ/mol=51.86KJ/mol=(10003543051.86/104.15)=17641860.78KJQ 5=Micpi (T2T1)Mi设备上i部件质量，kg；cpi设备上i部件比热容，kJ(kg)T1设备各部件初温，；T2设备各部件终温，。设备向四周散失的热量(Q6)的计算Q6=A t(TW2一T0)t 10-3A设备散热表面积，m2； t散热表面向四周介质的联合给热系数，W(m2)； Tw2四壁向四周散热时的表面温度，；To周围介质温度，；t 过程持续时间，s。由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量的计算 Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3 选定加热剂(或冷却剂)，即可从有关手册查出该物质cp，再确定其进出口温差T，则加热剂(或冷却剂)的用量为： w=Q2cpTQ2=A1T m传热系数，kJ(m2h)；Al传热面积，m2；T m 对数平均温差，。T m=(T1T2)/ln(TlT2) 从上式即可计算所需的传热面积。对不需加热或冷却的设备可不必进行热量计算，此时水、汽等消耗量的确定可从同类型的生产车间取得。 热量衡算结束应列成动力消耗定额及消耗量表。附: 管道内部膜系数，用：0.0