【《天麻提取工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例》4100字】

天麻提取工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u13905天麻提取工艺的物料衡算和热量衡算计算过程案例 1289841物料衡算 132761.1物料衡算依据 119561.2物料衡算过程及结果 1222931.2.1生产系统 1283591.2.2确定生产过程和生产排班 19761.2.3生产时间的分配 296731.2.4生产人员排班 4318251.3物料衡算 4256792能量衡算 13181172.1计算方法以及基础数据的计算 13308522.2物性数据估算方法及数据 1578242.2.1定压比热查询及估算 15262382.3各阶段能量衡算 161物料衡算1.1物料衡算依据确定工艺流程示意图之后，既可进行物料平衡。物料平衡的理论基础是质量守恒定律，将该定律在不同工艺中应用物料平衡方程式。1.2物料衡算过程及结果1.2.1生产系统一年总计365天，取消设备维护和技术验证，每年240个工作日，应车间要求提供20吨原料天麻。1.2.2确定生产过程和生产排班确定生产排班根据生产需求，生产区和洁净区每天8-16小时，连续工作两天。第一班为8：00-16：00，第二班为16：00-24：00。每步阶段所需时间如图3所示。图SEQ图\*ARABIC3（2）确定生产方式根据生产需要及原材料的物理性质，每天处理使用提取罐处理两批原材料，所以生产方式为一日两批式间歇式生产。1.2.3生产时间的分配排班如表3所示。表3生产排班表阶段仪器或方法时间/h合计/h前期准备加原料0.50.5浸取阶段加乙醇0.57.5加热0.5×2浸泡0.5×6降温0.5×2过滤0.5×2通蒸汽0.5排渣0.5离心阶段分离0.5×21微滤阶段微滤0.5×21超滤阶段超滤0.5×21加压阶段蒸发0.5×42干燥阶段干燥0.5×42混合包装阶段收粉0.52混合0.5收粉0.5包装0.5

1.2.4生产人员排班生产区人员排班如表4所示。表4生产区人员排班表流程白班午班夜班总计前期阶段55515浸取阶段33410离心阶段2237精制、加压阶段2237干燥阶段33410混和包装阶段2237合计171722561.3物料衡算工艺材料损失表如表5所示。表5工艺材料损失表阶段损耗因素损耗率计算方式备注浸取阶段物渣吸附溶剂100%剩余液体1%离心阶段剩余液体1%液体：天麻10%乙醇30%微滤被膜吸附的物质4.6%超滤被膜吸附的物质1.5%加压阶段机器内剩余液体0.5%天麻量0.60%

(1)乙醇配置阶段提取阶段工艺数据如表6所示。表6提取阶段工艺数据表浸取的次数加入的溶剂溶剂量煎煮时间h150%（wt）乙醇原料的6倍2250%（wt）乙醇原料的5倍1.5350%（wt）乙醇原料的5倍1.5注：溶剂量为原料的质量比。批量生产原料药天麻41.67Kg，由表5可以看出，溶剂的提取量是原料天麻药量的16倍，原料天麻的活性成分所需的萃取溶剂质量计算如下因为萃取溶剂是质量分数为50%的乙醇溶液，每一个批次所需萃取溶剂中乙醇含量为每批提取剂中水含量为根据质量守恒定律可知需要含乙醇331.36Kg的酒精。原料酒精规格为95%，根据文献可知原料酒精的数据如表7所示。表7原料酒精规格表物质密度/g·cm3体积分数乙醇0.78995%水15%合计─100%乙醇在常温常压下的密度为0.789、水的密度为1，如果100L粗乙醇为5L，乙醇95L，溶剂中乙醇质量分数为50%，那么萃取溶剂50%乙醇中乙醇的质量分数为出于同样原因，用50%乙醇提取的萃取量中水的质量分数计算如下原料酒精需求量计算如下生产每种产品所需的纯化水质量为表8乙醇配置阶段进出物料量表输入物料名称组成质量/Kg质量分数95%（vol）酒精乙醇331.3391.7%水22.416.3%纯化水水310.92100%合计——666.67——输出物料名称组成50%（wt）乙醇乙醇331.3350%水331.3350%合计——666.67（2）浸取阶段图4图4提取罐天麻50%乙醇固渣滤液残留液第一次萃取溶剂50%（wt）乙醇的放入量是原料天麻放入量的6倍。第一次萃取溶剂50%（wt）乙醇的放入量是原料天麻放入量的5倍。第一次萃取溶剂50%（wt）乙醇的放入量是原料天麻放入量的5倍。吸附溶剂量为浸取阶段的反应罐中第一次放出的液体中天麻素含有量为：浸取阶段的反应罐中第二次放出的液体中天麻素含有量为：浸取阶段的反应罐中第三次放出的液体中天麻素含有量为：表9浸取阶段进出料组成输入物料名称组成质量/Kg质量分数天麻含固量35.42水6.2550%（wt）乙醇乙醇331.3391.7%水331.336.3%合计——708.33——输出物料名称组成质量/Kg质量分数放出液含固量71.1%乙醇310.2049.6%水310.2049.6%固渣含固量28.4237.2%乙醇20.8327.3%水27.0835.5%合计——708.33——（3）双联过滤阶段双联过滤出液双联过滤出液渣液提取液图5双联过滤进液（前两次）质量为双联过滤进液（第三次）质量为罐体与管道残留量为：设提取液收率为91.8%，所以提取液质量为：表10双联过滤物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数提取罐放出液含固量6.931.6%乙醇206.8049.2%水206.8049.2%合计——420.53——输出物料名称组成质量/Kg质量分数双联过滤滤液含固量4.881.2%乙醇205.2749.4%水205.2749.4%残留液含固量2.0731%乙醇2.3034.5%水2.3034.5%合计——422.084——(4)离心阶段图6图6离心阶段滤液渣液提取液进入离心机之前过滤出的液体总质量为：由此可知渣液质量为：离心机出液质量为：表11离心阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数滤液含固量4.881.2%乙醇205.2749.4%水205.2749.4%合计——415.42——输出物料名称组成质量/Kg质量分数离心液含固量4.471.1%乙醇204.0249.6%水202.7749.3%渣液含固量0.4210%乙醇1.2530%水2.4960%合计——415.42——(5)精制阶段1（微滤）精制阶段1如图7所示。图图7精制阶段滤液截留液合并液最小循环量1.5倍的50%乙醇微滤进液量为：顶洗液质量为：截留液含固量为：截留液质量为：微滤最终滤液质量为：表12微滤阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数离心液含固量4.471.1%乙醇204.0249.6%水202.7749.3%顶洗液乙醇4.5050%水4.5050%合计——420.26——输出物料名称组成质量/Kg质量分数微滤合并液含固量4.261%乙醇205.5249.6%水204.2749.3%截留液含固量0.2177%乙醇311.5%水311.5%合计——420.26——（6）精制阶段2（超滤）精制阶段2如图4所示。图图8精制阶段2合并液1截留液合并液2最小循环量1.5倍的50%乙醇超滤进液质量为：顶洗液质量为：剩余液体中含提取物的质量为：，液体质量为：最终流出液体质量为：表13超滤阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数微滤合并液含固量4.261%乙醇205.5249.6%水204.2749.3%顶洗液乙醇4.550%水4.550%合计——421.06——输出物料名称组成质量/Kg质量分数超滤合并液含固量4.111%乙醇207.0249.7%水205.7749.3%截留液含固量0.1570.9%乙醇314.6%水314.6%合计——421.06——（7）浓缩阶段图9浓缩阶段图9浓缩阶段滤液残留液浓缩液冷凝液浓缩进液质量为：容器残留损耗为：通入蒸汽加压后的收率=（浓缩液质量/进液质量）为1.0%，因此，最终流出的液体质量为：浓缩器乙醇进液质量为：冷凝液乙醇（浓度大于0.03）质量为：容器中的乙醇残留物质量为：冷凝液乙醇（浓度低于0.03）质量为：表14浓缩阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数超滤合并液含固量4.111%乙醇207.0249.7%水205.7749.3%合计——416.91——输出物料名称组成质量/Kg质量分数浓缩液含固量4.1031.3%水8.4166.7%容器中残留含固量0.010.6%乙醇1.0449.7%水1.0449.7%冷凝液（浓度>3%）乙醇175.9758%水127.4242%冷凝液（浓度<3%）乙醇30.0230.3%水68.9169.7%合计——416.91——（8）干燥阶段图10图10离心阶段浓缩液水干粉 表15干燥阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数浓缩液含固量4.1031.3%水8.4166.7%合计——12.51——输出物料名称组成质量/Kg质量分数干粉含固量4.0095%水0.215%水蒸气——8.20100%合计——12.51——（9）混合、包装阶段图11图11包装阶段滤液0.25Kg/袋干燥后的干粉密封入袋，每袋0.25Kg，计算出一批物料总袋数为：（10）乙醇回收剩余固渣中含有乙醇，需要用通入蒸汽回收，所用量是剩余固渣中乙醇质量的2倍，质量为：回收前段所用蒸汽量为80%，蒸汽质量为：乙醇回收阶段表如图16所示。表16乙醇回收阶段物料平衡表输入物料名称组成质量/Kg质量分数固渣含固量28.4237.2%乙醇20.8327.3%水27.0835.5%蒸汽——41.67100%合计——118.00——输出物料名称组成质量/Kg质量分数前段回收液乙醇16.6755%水11.6445%后段回收液乙醇4.1712.9%水28.0387.1%废渣含固量28.4251.2%水27.0848.8%合计——118.00——2能量衡算2.1计算方法以及基础数据的计算当物料衡算完成后，没有热量散出分配过程时，物料平衡计算结果表明，可以根据物料特性和工艺要求直接确定主要工序阶段设备的类型、数量和尺寸。传热设备的热量平衡方程式为（4-1）在应用式（4-1）时，应注意除和外，其他值都有正负两种情况。在计算各阶段的热量之前，确定一个计算标准。通常情况下以0和1.013×105为计算基准。（1）或的计算如果加入的原料在标准的温度和实际的温度之间没有发生变化，则可利用定压比热计算加入物料所有的显热，即（4-2）(2)Q3的计算（4-3）物理变化热是指物质浓度或状态发生变化时产生的热效应，如气化热、冷凝热等。本次车间设计不涉及化学反应，故在计算时不用考虑化学变化热，即（物理变化热）。（3）的计算对于稳态操作过程，；对于非稳态操作过程，（4-4）（4）的计算设备环境热损失Q6（4-5）由于工厂生产的设备及工件的质量M，设备及工件的散热面积A有时不能准确的确定，有时也可以通过估算Q5+Q6的值来确定其冷却面积。根据工艺经验，通常采用，即（5）的计算（4-6）2.2物性数据估算方法及数据明确衡算目的。收集与热量衡算有关的热力学数据。选定一个平衡的基准。列出计算热量所需的热平衡方程。2.2.1定压比热查询及估算（1）比热容参考《药厂反应设备及车间工艺设计》通过查物性手册和相关资料得纯化水和原料食用酒精的定压比热分别为2.2kJ/Kg/℃和2.51kJ/Kg/℃；而未能查得原料天麻粗品准确的定压比热，故只能采用估算法得到。（2）未能查到的物料估算如下：①固体物料定压比热估算Kopp规则可知：（4-7）式中：ni——同种原子个数；Ci——原子摩尔热容，；M——分子量。表17元素原子的比热容元素Ci，J·mol-1·℃-1碳C7.535氢H9.628氧O16.74由式（4-9）得②原料天麻粗品定压比热建议用水做设备选型计算：（4-8）2.3各阶段能量衡算（1）浸取阶段进出的物料数据如表18所示。表18浸取阶段基本信息物料名称物料质量/Kg比热容/KJ∙Kg-1∙℃-1温度/℃进出进出天麻粗品35.4235.422.202570水333.33333.332.202570乙醇333.33333.332.202570提取过程中没有化学变化，物理变化为通入蒸汽回收固渣中的乙醇。通过文献查得70℃、1.013×105Pa时蒸汽的焓为2625.300KJ∙Kg-1，冷凝水定压比热可取2.18KJ∙Kg-1∙℃-1，保