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算方法，也就是進(jìn)入設(shè)備用于生產(chǎn)的物料總 數(shù)包等于產(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)際動力消耗量；(3)能夠為設(shè)備選型、臺數(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)一步計算日消耗量、時消耗量， 能夠為所需設(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)年工作時間365-

2、11 (法定節(jié)假日)=354X24=8496 (小時)(2)設(shè)備大修 25 天/年=600小時/年(3)特殊情況停車15 天/年=360小時/年(4)機(jī)頭清理、換網(wǎng)過濾 6次/年8小時/次354-(25+15) X 1/6 次/天X 8 小時/次=396 小時=16.5 天=17 天 (5)實(shí)際開車時間365 11-25-15- 17=297 天8496 600 360-396=7140 小時(6)設(shè)備利用系數(shù)K二實(shí)際開車時間/年工作時間=7140/8496=0.844.1.2 物料衡算的前提及計算(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

3、耗量的計算。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=28500/0.94 W0319.15t年車間進(jìn)料量M2= M 1/ ( 1-物料自然消耗率)=30319.15t / (1-0.1%) W0349.50t年自然消耗量M3=M 2-M 1=30349.50-30319.15=30.35t年廢品量M4=M 1-合格產(chǎn)品量=30319.15-28500=1819.15t每小時車間處理物料量M5=30319.15/297

4、/ 24hM.25t年回收物料量M6=M4X回收率=1819.15 X90%M637.23t新料量M 7=M 2-M 6=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合計損耗率%0.50.10

5、.10.50.2總損耗%1.4物料平衡計算進(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/(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

6、各組分需求量物料中各組分需求量計算方法：(1)年組分需要量(t)物料年需要量Xffl分占整個物料量的百分比二組分年需要量(2)日組分需要量(t)年組分需要量 6際開車天數(shù)(297)二日組分需要量(3)每小時組分需要量(kg)年組分需要量 6際開車時(7140)=每小時組分需要量根據(jù)衡算，計算出實(shí)際每天需要量及日需要量和每小時需要量，見表表 每年需要量及日需要量和每小時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每時需量/kgPVC樹脂10087.625588.086.1535837Ca/Zn0.30.2675.900.2510.60環(huán)氧化四氫鄰苯一32.62765.302.571

7、07.10MBS87.012047.636.89286.78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)計算畫出物料衡算流程圖29210.09 噸/年一造粒工段一 28803.19 噸/年一擠出成型工段一 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)計中進(jìn)行熱

8、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 方面作為計算耗電量的依據(jù)。確定冷卻需排出熱量，一方面可計算出冷卻 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（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。以保證計算的準(zhǔn)確

9、性。2 .要合理確定計算基準(zhǔn)，計算基準(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算，基準(zhǔn)態(tài)一般是以25 C作為基準(zhǔn)溫度的。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)始變法(1)溫差法qh=qm.h 義 Ch(T 1-T 2)qc=qm.c x cc(T '1 -T '2)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

10、終的溫度kT'1,T'2 冷流體最初和最終的溫度k(2)始變法qh=qm.h x (h1-h2)qc=qm.c x (h 1-h'2)式中：qm.h ,qm.c 熱流體和冷流體的質(zhì)量流量kg/sh1,h2熱流體最初和最終的始值J/kh1,h，2 冷流體最初和最終的的始值J/k已知，CPVC 樹脂的比熱容 c=4.4kJ/(kg.k),T 1=20 C ,T2=185 C .qm,pvc 乂 cX (T2-T1)=0.097擠出機(jī)最佳生產(chǎn)能力為730kg/h則Q 吸=qm,pvc XcX (T2-T1)=0.097 X4.4X 165=70.583 ( kw )小于擠出機(jī)

11、的功率319.4kw第4章 擠由生產(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：Mi=合格產(chǎn)品率/合格率=28500/0.94 W0319.15t那么，每小時車間處理物料量為：M5=30319.15/297/ 24hM.25t表4-1 SJ-200/30錐形單螺桿擠出機(jī)主要參數(shù)表型號SJ-200/30外型尺寸（長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.初定臺數(shù)：初定臺數(shù)=每小時總處理物料量 /擠出機(jī)生產(chǎn)能力 =4250kg/h/7300 kg/h =5.8 臺實(shí)際所需臺數(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、開停車及臨時性停車）；一般選擇圍在85%95%,然后計算實(shí)際臺數(shù)。其計算公 式如下：實(shí)際所需臺數(shù)二初定臺數(shù)/開機(jī)率=5.8/95% 6.1臺擇優(yōu)分析（依據(jù)臺時產(chǎn)量）則6臺方案：臺時產(chǎn)量=每小時總處理物料量 /（臺數(shù)X開機(jī)率）=