物料衡算與熱量衡算

1、第4章物料衡算與熱量衡算4.1物料衡算物料衡算即是利用物料的能量守恒定律對(duì)其進(jìn)行前后操作后物料總量 與產(chǎn)品以及物料損失狀況的計(jì)算方法，也就是進(jìn)入設(shè)備用于生產(chǎn)的物料總 數(shù)恒等于產(chǎn)物與物料損失的總量。物料衡算與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益有著直接的關(guān) 系。物料衡算需要在知道產(chǎn)量和產(chǎn)品規(guī)格的前提下進(jìn)行所需的原、輔材料 量、廢品量以及消耗量的計(jì)算。物料衡算的意義：(1) 知道生產(chǎn)過程中所需的熱量或冷量；(2) 實(shí)際動(dòng)力消耗量；(3) 能夠?yàn)樵O(shè)備選型、臺(tái)數(shù)、決定規(guī)格等提供依據(jù)；(4) 在擬定原料消耗定額基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算日消耗量、時(shí)消耗量， 能夠?yàn)樗柙O(shè)備提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。4.1.1 年工作日的選取(1) 年工作時(shí)間

2、 365-11(法定節(jié)假日)=354 X 24=8496 (小時(shí))(2) 設(shè)備大修 25 天/年=600小時(shí)/年(3) 特殊情況停車 15 天/年=360小時(shí)/年(4) 機(jī)頭清理、換網(wǎng)過濾6次/年8小時(shí)/次354-(25+15) X 1/6 次 / 天 X 8 小時(shí) / 次=396 小時(shí)=16.5 天=17 天(5) 實(shí)際開車時(shí)間365 11 25 15 17=297 天8496 600 360 396=7140 小時(shí)(6) 設(shè)備利用系數(shù)K= 實(shí)際開車時(shí)間/年工作時(shí)間=7140/8496=0.844.1.2 物料衡算的前提及計(jì)算(1) 擠出成型階段物料衡算的前提是應(yīng)在已知產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量的前提下

3、進(jìn)行許多原輔材料量、廢品量及消耗量的計(jì)算已知：PVC片材的年生產(chǎn)量為 28500噸，其中物料自然消耗率為 0.1%, 產(chǎn)品合格率為 94%回收率為90%。每年生產(chǎn)297天，二班輪流全天 24小 時(shí)生產(chǎn)。物料衡算如下：年需要物料量Mi二合格產(chǎn)品量/合格率=28500/0.9430319.15t年車間進(jìn)料量M2= Mi/ (1-物料自然消耗率) =30319.15t /(1-0.1% ) 30349.50t年自然消耗量M3=M2-M 仁30349.50-30319.15=30.35t年廢品量M4=M1-合格產(chǎn)品量=30319.15-28500=1819.15t每小時(shí)車間處理物料量M5=30319.

4、15/297/ 24h 4.25t年回收物料量M6=M4 X 回收率=1819.15 X 90滄 1637.23t新料量M7=M2-M6=30349.50-1637.23=28712.27t合格率94%合格產(chǎn)品量28500t廢品率6.38%廢品量1819.15t自然損耗0.1%自然損耗量30.35t進(jìn)車間物料量30349.15t小時(shí)車間處理量4.25t進(jìn)機(jī)料量30349.50t進(jìn)車間新料量28712.27t回收率90%回收量55.09t(2) 造粒階段工序篩選輸送高速混合冷卻混合擠出造粒輸送自然掃地?fù)p耗率%0.20.30.10.10.50.2合計(jì)損耗率%0.50.10.10.50.2總損耗%1

5、.4物料平衡計(jì)算進(jìn)入本工序的物料量=出料量/ (1-本工序的損失率)進(jìn)入風(fēng)送物料量：新造粒量：30319.15 X( 1-5%) =28803.19t (顆粒中需加入回收物料為總量的5%進(jìn)入輸送的物料量：28803.19t /(1-0.2%)=28860.91t進(jìn)入擠出造粒物料量：28860.91心-0.5%)=29005.94t進(jìn)入冷混機(jī)的物料量：29005.94/(1-0.1%)=29034.98t進(jìn)入高混機(jī)的物料量：29034.98/(1-0.1%)=29064.04進(jìn)入篩選輸送物料量：29064.04/(1-0.5%)=29210.09t(3) 物料中各組分需求量物料中各組分需求量計(jì)算

6、方法：(1) 年組分需要量 物料年需要量X組分占整個(gè)物料量的百分比=組分年需要量(2) 日組分需要量年組分需要量十實(shí)際開車天數(shù)(297)=日組分需要量(3) 每小時(shí)組分需要量(kg )年組分需要量十實(shí)際開車時(shí)(7140)=每小時(shí)組分需要量根據(jù)衡算，計(jì)算出實(shí)際每天需要量及日需要量和每小時(shí)需要量，見表表 每年需要量及日需要量和每小時(shí)需要量原料名稱配方中分?jǐn)?shù)百分率%每年需量/ t每天需量/t每時(shí)需量/kgPVC樹脂10087.625588.086.1535837Ca/Z n0.30.2675.900.2510.60環(huán)氧化四氫鄰苯二32.62765.302.57107.10MBS87.012047.6

7、36.89286.78甲酸脂硫酸錫1.51.31382.651.2953.59月桂酸錫10.94274.5716.2138.46硬脂酸0.30.2675.900.2510.60根據(jù)計(jì)算畫出物料衡算流程圖29210.09噸/年造粒工段 28803.19噸/年擠出成型工段 285000噸/ 年406.9噸/ 年 1515.96 噸/ 年 1819.15 噸/ 年（總損失）（加回收料）（損失+下腳料）4.2熱量衡算在熱塑性塑料成型過程中，必須將原料進(jìn)行加熱至粘流態(tài)（高彈態(tài)） 再成型，需要將加熱量傳遞給塑料，成型后的冷卻定型需要將熱量除去。在車間設(shè)計(jì)中進(jìn)行熱量衡算的目的：為保證順利進(jìn)行成型加工，確定

8、加熱所需的熱量，并核算加算電功率。一方面作為選擇設(shè)備的依據(jù)，另一 方面作為計(jì)算耗電量的依據(jù)。確定冷卻需排出熱量，一方面可計(jì)算出冷卻 介質(zhì)的消耗量，另一方面作為選擇換熱設(shè)備的依據(jù)。塑料制品成型加工過程更多采用對(duì)單元設(shè)備的熱量衡算。熱量衡算遵循能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是熱量衡算的理論依據(jù)。 即若忽略機(jī)器的散熱，不考慮摩擦剪切熱則：加熱器放出的熱量（Q ）應(yīng)等于物料所吸收的熱量（ Q）。熱平衡方程式表示為：Qo=Q上式是通用公式，具體應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：1. 必須弄清過程中的熱量形式及熱損失，從而確定所要收集的物理性數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的可靠性。以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性。2. 要合理確定計(jì)算基準(zhǔn)，計(jì)算基準(zhǔn)是指數(shù)

9、量上的基準(zhǔn)和基準(zhǔn)態(tài)，數(shù)量 基準(zhǔn)。3. 按處理每公斤物料計(jì)算，基準(zhǔn)態(tài)一般是以25C作為基準(zhǔn)溫度的。在熱塑性成型過程中，最常用的能量來(lái)源為電能轉(zhuǎn)變成熱能。主要方 法有兩種：電阻加熱，電感加熱。電加熱裝置簡(jiǎn)單，干凈，無(wú)污染，溫度 調(diào)節(jié)也很方便。所以廣泛采用于塑料加工過程中，熱量衡算的方法有：(1)溫差法 (2)焓變法(1)溫差法qh=qm.h X Ch(T 1-T 2)qc=qm.c X cc (T ' 1-T ' 2)式中：q m.h,qmc> 熱流體和冷流體的質(zhì)量流量kg/sCh,cc 熱流體和冷流體的比熱容j/(kg.k)T1 ,T 2 熱流體最初和最終的溫度kT'

10、; 1,T ' 2 冷流體最初和最終的溫度 k(2)焓變法qh=qm.h X (h 1-h 2)qc=qm.c X (h ' 1-h ' 2)式中：q m.h,qm.c 熱流體和冷流體的質(zhì)量流量kg/sh 1,h 2 熱流體最初和最終的焓值J/kh ' 1,h ' 2 冷流體最初和最終的的焓值J/k已知，CPVC樹脂的比熱容c=4.4kJ/(kg.k),T1=20C ,T 2=185 C .q m,pvcX c X (T 2-T1 )=0.097 擠出機(jī)最佳生產(chǎn)能力為730kg/h貝UQ吸=qm,pvc X cX (T2-T 1)=0.097 X 4.4

11、 X 165=70.583 ( kw)小于擠出機(jī)的功率319.4kw第4章 擠出生產(chǎn)線機(jī)器數(shù)量的確定4.1擠出機(jī)規(guī)格的確定由物料衡算知，要求車間的處理物料量為：M=合格產(chǎn)品率/合格率=28500/0.9430319.15t那么，每小時(shí)車間處理物料量為：M5=30319.15/297/ 24h 4.25t表4-1 SJ-200/30錐形單螺桿擠出機(jī)主要參數(shù)表型號(hào)SJ-200/30外型尺寸（長(zhǎng)X寬X高）（mm）5000 X 1540 X 2280生產(chǎn)能力（kg/h）600 800最大螺桿轉(zhuǎn)速（rpm）600總功率（Kw）319.44.2擠出機(jī)數(shù)量的確定根據(jù)擠出機(jī)的最佳生產(chǎn)能力，【最佳生產(chǎn)能力=最小生產(chǎn)能力+ （最大生產(chǎn)能力一最小生產(chǎn)能力）X 2/3】初定擠出機(jī)的生產(chǎn)能力為730kg/h.初定臺(tái)數(shù)：初定臺(tái)數(shù)=每小時(shí)總處理物料量/擠出機(jī)生產(chǎn)能力=4250kg/h/7300kg/h 5.8 臺(tái)實(shí)際所需臺(tái)數(shù)確定是應(yīng)該考慮的因素有：車間開機(jī)率（含設(shè)備維修情況、開停車及臨時(shí)性停車）；一般選擇圍在85%- 95%然后計(jì)算實(shí)際臺(tái)數(shù)。其計(jì)算公式如下：實(shí)際所需臺(tái)數(shù)=初定臺(tái)數(shù)/開機(jī)率=5.8/95%6.1臺(tái)擇優(yōu)分析（依據(jù)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量）則6臺(tái)方案：臺(tái)時(shí)產(chǎn)量=每小時(shí)總處理物料量 / （臺(tái)數(shù)X開機(jī)率） =4250kg/h