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 365

2、-11（法定節(jié)假日）=35424=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)1/6次/天8小時(shí)/次=396小時(shí)=16.5天=17天（5）實(shí)際開車時(shí)間36511251517=297天8496600360396=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28

3、500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M1=合格產(chǎn)品量/合格率=28500/0.9430319.15t年車間進(jìn)料量M2= M1/（1-物料自然消耗率）=30319.15t /（1-0.1%）30349.50t年自然消耗量M3=M2-M1=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=30319.15/297/24h4.25t年回收物料量M6=M4回收率=1819.1590%1637.

4、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 確定各崗位物料損失率 塑化造粒工段物料損耗系數(shù)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%1.4 物料平衡計(jì)算 進(jìn)入本工序的物料量=出料量/（1-本工序

5、的損失率）進(jìn)入風(fēng)送物料量：新造粒量：30319.15（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/(1-0.5%)=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)算方法：（1）年組分需要量(t) 物料年需要量組分占整個(gè)物料量的

6、百分比=組分年需要量（2）日組分需要量(t)年組分需要量實(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/Zn0.30.2675.900.2510.60環(huán)氧化四氫鄰苯二32.62765.302.57107.10MBS87.012047.636.89286.78甲酸脂硫酸錫1.51.31382.651.2

7、953.59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

8、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（Q0）應(yīng)等于物料所吸收的熱量（Q1）。熱平衡方程式表示為:Q0=Q1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)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25作為基準(zhǔn)溫

9、度的。在熱塑性成型過程中，最常用的能量來源為電能轉(zhuǎn)變成熱能。主要方法有兩種：電阻加熱，電感加熱。電加熱裝置簡單，干凈，無污染，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.hch(T1-T2)qc=qm.ccc(T1-T2)式中： qm.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,T2-熱流體最初和最終的溫度 kT1,T2-冷流體最初和最終的溫度 k（2）焓變法 qh=qm.h(h1-h2)qc=qm.c(h1-h2)式中： qm.h,qm.c-熱流體和冷流體的質(zhì)

10、量流量 kg/s h1,h2-熱流體最初和最終的焓值 J/k h1,h2-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=20,T2=185.qm,pvcc(T2-T1)=0.097擠出機(jī)最佳生產(chǎn)能力為730kg/h則Q吸=qm,pvcc(T2-T1)=0.0974.4165=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：M1=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=30319.15/297/24

11、h4.25t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（長寬高）(mm)500015402280生產(chǎn)能力(kg/h)600800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)能力最小生產(chǎn)能力）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/7300 kg/h5.8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（內(nèi)含設(shè)備維修情況、開停車及臨時(shí)性停車）；一般選擇范圍在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)開機(jī)率）=42