第九章 制药设备设计物料衡算(1)
制药工程原理与设计物料衡算-2010
1）完全理想系 低压下组分结构十分相似的溶液
Ki
2）理想系
p
0 i
p
Ki
中压(< 1.5~2.0Mpa)的理想溶液
7. 转化率x、收率Y 和选择性S
Y = Sx
限制反应物 过量反应物
某反应物的转化量 转化率＝ 该反应物的起始量
起始量的选择： 连续反应器 反应器进口处原料的状态为起始状态 间歇反应器 反应开始时的状态为起始状态 串联反应器 进入第一个反应器的原料组成为计算基准
临界值
T Tr Tc
H2、He和Ne
p pr pc 8
如为混合气体
T Tr Tc 8
Mp g ZRT
Mp g Z mix RT
3） 真实气体混合物
p pr pc '
仍用压缩因子法计算
Tr T Tc '
假临界值
pc ' xi pci
4） 标准状况
Tc ' xiTci
反应速率的定义：某一组分进单位体积反应器与出反应 器的mol流量之差称为该组分的反应速率。( mol· m-3/s)
RS=FS′-FS
S—组分; RS—S组分的反应速率（以单位时间表示） 则 FS′=FS+RS FS—S组分的输入流量kmol/s FS ’—S组分输出流量 kmol/s 当有化学反应时，以组分建立的质量平衡式和 mol平衡式已不成立，这时利用反应速率来建立 衡算式。
+2.6
萃 取
-2.6
萃取废酸 162.7 组分 重量 %
氯苯 208.1 组分 CB 重量 208. 1 % 100
单 位：kg/h
目
1
（完整版）物料平衡计算公式：
（完整版）物料平衡计算公式：
物料平衡计算公式：
每片主药含量
理论片重=
测得颗粒主药百分含量
1.原辅料粉碎、过筛的物料平衡
物料平衡范围:97.0%～100% +c b
c-取样重量(kg)d-尾料重量(kg)
4.包衣工序的物料平衡
包衣工序的物料平衡范围:98.0%～100.0%
包衣工序的物料平衡=b
a e d c +++ 包衣工序的收率=b
a c + a-素片重量(kg)b-包衣剂重量(kg)c-糖衣片重量(kg)d-尾料
重量(kg)e-取样量(kg)
5.内包装工序物料平衡
内包装工序物料平衡范围:99.5%～100.0%
包材物料平衡=%100?++++A
a d c
b B a-PTP 领用量(kg)b-PTP 剩余量(kg)A-PVC 领用量(kg)
B-PVC 剩余量(kg)c-使用量(kg)d-废料量(kg)
片剂物料平衡=%100?++d c b
粉碎过筛后原辅料总重
(物料平衡范围应控制在99.8～100.2%)
2.制粒干燥、整粒总混岗位物料平衡检查:
总混后重量+不良品
╳100%
干颗粒净重+润滑剂+崩解剂
(物料平衡范围应控制在99.0～100.0%)
3.充填抛光岗位物料平衡检查:
胶囊总重+细粉+不良品+废胶囊壳重量
╳100%
颗粒总重+胶囊壳重量
(物料平衡范围应控制在96.0～101.0%)
4.铝塑内包岗位物料平衡检查:
(成品板总重/平均每板重量+不良品)×规格(粒/板) ╳100%。
药物制剂工程物料衡算
物料衡算1.物料衡算的基础物质的质量守恒定律是物料衡算的基础，即进入一个系统的全部物料必等于离开系统的全部物料，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4式中：∑G1—输入物料量总和；∑G2—输出物料量总和；∑G3—物料损失量总和；∑G4—物料积累量总和。
当系统内部积累量为零时，上式可以写为：∑G1=∑G2+∑G32. 物料衡算的基准（1）对于间歇式操作过程,常采用一批原料进行计算；（2）对于连续式操作过程,可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料消耗的结果应列成原材料消耗定额和消耗量表，在计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
3 .物料衡算条件年产量：10亿片一年按250个工作日计算，每天一个班次，每班实际工作8小时。
处方：阿卡波糖92.4g 微晶纤维素18g 预胶化淀粉10g 交联羧甲基纤维素钠14g 硬脂酸镁 1.4g 微粉硅胶4.2g 包衣液：醋酸纤维素钛酸酯500g 柠檬酸三乙酯5g 滑石粉37g 水458g片芯：500g共制1000片4 .物料衡算范围本设计以一个工段为单位进行计算。
凡进入体系的物料均为输入项。
离开体系的物料均为输出项。
3.5 原辅料的物料衡算阿卡波糖肠溶片产量：10亿片/年日产量：1000000000÷300=3333333片/天班产量：1111111片/班小时产量：138888片/h损耗：原辅料损耗2% 颗粒收得率98% 产品总收得率98%铝塑包装材料损耗1% 纸盒包装材料损耗0.5% 纸箱包装材料0.05%说明书材料损耗0.05%设所有原辅料的纯度为100%根据阿卡波糖肠溶片的处方和损耗率确定车间所需物料如下：每年的原辅料需求量：阿卡波糖（kg）94286 1885.72 104.762 2.0952 微晶纤维素（kg）18367 367.34 20.408 0.4082 预胶化淀粉（kg）10204 204.08 11.338 0.2268 交联羧甲基纤维素钠（kg）14286 285.72 15.873 0.3175 硬脂酸镁（kg）1428.6 28.572 1.587 0.03175 微粉硅胶（kg）4285.7 85.714 4.762 0.09524粉末直接压片法工艺流程图。
物料衡算
4.2.4 衡算方法和步骤
4
Pharmaceutical Engineering
4.2.1 物料衡算平衡方程式
1.物理过程 根据质量守恒定律， 式中 ——输入体系的总物料量；
G I GO G A
(4-1)
GI ——输出体系的总物料量； GO GA——物料在体系中的总累积量。
பைடு நூலகம்(4-3)
7
Pharmaceutical Engineering
4.2.1 物料衡算平衡方程式
同样，对于稳态过程，组分在体系内没有累 积，则式(4-3)可简化为:
G Ii G Pi GOi G Ri
8
Pharmaceutical Engineering
4.2.2 衡算基准
物料量，不仅总质量平衡，而且对其中的任一组
分或元素也平衡。
6
Pharmaceutical Engineering
4.2.1 物料衡算平衡方程式
2.化学过程 对于有化学反应的体系，式(4-1)和(4-2)仍可 用于体系的总物料衡算或任一元素的物料衡算， 但不能用于组分的物料衡算。
G Ii G Pi GOi G Ri G Ai
13
Pharmaceutical Engineering
4.2.3 衡算范围
在进行物料衡算时 , 经常会遇到比较复杂的
计算。为计算方便 , 一般要划定物料衡算范围。
根据衡算目的和对象的不同 , 衡算范围可以是
一台设备、一套装置、一个工段、一个车间、
一个工厂等。衡算范围一经划定 , 即可视为一
个独立的体系。凡进入体系的物料均为输入
4.1 概述
物料衡算的依据是工艺流程示意图以及为
第九章制药设备设计物料衡算(1)
２.中药制药过程的物料衡算 • 例４ 某复方中药制剂，其各味原药材采用三级
逆流罐水提取工艺，每级提取罐每批拟投中药材 总重100kg,药材在罐内预先用水润湿，据测定每1 kg干药材可吸水1kg。浸提加８倍量药材的水．已 知三级水提取的总出液系数：8.04kg提取液／kg 药材；提取液中固溶物含量0.578%;三级提取后得 到的浓浸提液密度为1020kg/m3;蒸汽蒸馏得挥发 油0.001kg挥发油／kg药材，馏出时的组成0.3%。 对该三级提取作物料衡算。
解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡 算范围，绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。图 中 G H2SO4 为92.5%的硫酸用量，G HNO3 为98%的硝酸用 量，G废 为含69%硫酸的废酸用量。
G H2SO4 G HNO3
G废
混酸配制 搅拌釜
硝化混酸 1000kg
图4-1 混酸配制过程物料衡算示意图
H2SO4:6 9
H2O:31
1000
H2SO4:92.5 HNO3：98
H2O:31
总计 1000
总计
1000
•表中输入、输出两栏中的总量与个分量的合计总数应当都相等
例2 一种废酸，组成为23％(w%)
HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％ 的HNO3，要求混合成 27％HNO3，60％H2SO4的混合酸， 计算所需废酸及加入浓酸的量。
92 98
CH3
+ H2O
172SO3H 18
3.根据给定条件画出流程简图
画流程简图步骤及要点如下： • 1）流程简图中的设备可用方框表示; • 2）用线条和箭头表示物料流股的途径和流向； • 3）标出流股的已知变量（流量、组成等） • 4）未知量用符号表示。 • 根据已知量和未知量划定体系，利用已知条件，或
制药工程原理与设计物料衡算-PPT课件
根据pr 和Tr查 表得Z
pr
p pc
临界值
H2、He和Ne
pr
p pc 8
T Tr Tc
Tr
T Tc 8
g
Mp ZRT
如为混合气体
g
Mp Zmix RT
3） 真实气体混合物 仍用压缩因子法计算
pr
p pc '
假临界值
物料平衡表
基准：每小时 单位：kg
输入 名称 重量 组成%
输出
单重 名称 重量
组成%
单重
混酸
435 HNO3 H2SO4
47 204.5 49 213.1 废酸
H2O
4 17.4
氯 苯 394 C6H5Cl 92 362.5 硝基
混合料
NO2C6H4Cl 8 31.5 物层
共计 829
100
829 共计
料 1. 画出工艺流程示意图 T，配比等 ➢未知的，待求的未知项，用字母，
衡
符号标定清楚。
算
➢画出与物料衡算有关的设备及管线
的 2. 列出化学方程式 基 本 3. 确定计划任务 步 4. 收集数据 骤
➢写明反应过程的热效应 ➢省略次要的副反应
➢分析未知 ➢选择公式
收集数据
➢ 生产规模和生产时间（年生产时数）
➢ 与计算有关的物理化学常数 如密度，蒸汽压，相平衡常数
5. 选择计算基准
➢时间基准 ➢质量基准 ➢体积基准 ➢干湿基准
6. 建立物料平衡方程， 列出的数学关联式的数目应与
进行物料衡算
所求未知项的数目相同，若数学
式不够，用试差法求解。
7. 整理并校核计算结果
8. 绘制物料流程图， 填写物料平衡表。
制药工程学5 物料衡算
计算举例
收
% 1 0 0
H 2S O H 2O 合 计
H N O H 2S O H 2O 合 计
H N O
V 1 1 0 6
组 成 N C B C B H 2S O H 2O 合 计
粗 硝 基 物
重 量 5 6 9 6 2 0 .3 .1 .4 .2 % 9 8 1 0 0 .4 .0 .4 .0 9 6 2 3
物理过程的物料平衡方程
式中 G 输入 量
G 输入
G 输出 G 累积
—— 输入体系的总物料 —— 输出体系的总
G
输出
物料量 特别地:
稳态系统 G累积 —— 物料在体系中的总 ——若物料在体系内没有累积，则输入体系的物料 累积量 量
G 输入 G 输出 等于输出体系的物料量
化学过程的物料平衡方程
本章主要内容
• 基本概念 • 基本理论 • 物料衡算的方法和步骤 • 物料衡算的意义 • 计算举例
基本概念
• 物料平衡
——在单位时间内进入系统或体系的全部物料质量必 定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和 积累起来的物料质量。
• 物料衡算
——是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算的 过程，是物料平衡计算的简称。
V 1 1 0 3
组 成 N C B C B 合 计
萃 取 氯 苯
重 量 1 8 .7 4 0 3 .4 4 2 2 .1 % 4 .4 9 5 .6 1 0 0 .0
V 1 1 0 5
硝 基 物 层 废 酸 层 合 计
分
离
5 7 8 .0 3 3 1 .4 9 0 9 .4
H N O H 2S O H 2O N C B 合 计
制药工艺设计(4.1.3)--物料衡算习题答案
物料衡算示意图如下：
分子量 32 0.5×32
30 18
附图 甲醇空气氧化过程
输入：所需氧气的流量 所需空气的流量为:
为：
其中惰性组分的流量 输出：甲醇的流量为： 3200×0.25= 800 kg/h
为:103532400=7气的流量
为：
惰性组分流量为：7953 kg/h 物料衡算计算结果汇总于附表中。 附表 甲醇空气氧化物料平衡表
� � � � � G进料生+成出料G消耗 = G + G累积 + G
2 简述物料衡算的基本方法和步骤。 答：第一，收集计算所必需的基本数据。第二，列出化学反应方程式，包括主反应和副反应。 第三，根据给定条件画出物料平衡流程框图。第四，选择物料计算基准。第五，列出物料平 衡表。第六，绘制物料流程框图。 3 简述物料衡算的基准。 答：物料衡算基准大致有以下四种。第一，选择时间基准是指以一段时间如 1h、1d 等的投料 量或产量作为计算基准。第二，选择质量基准是指当系统介质为液、固相时，可选择一年的 原料或产品质量作为技术基准。第三，体积基准主要在对气体物料衡算时选用，要把实际体 积换算成标准状况下体积。第四，制药生产中遇到物料不论是气态、固态还是液态均含有一 定水分，因此选用基准时若不计算水分在内称为干基，否则为湿基。
五、计算题 1、在催化剂作用下，甲醇被空气氧化可制取甲醛。反应方程式如下：
为了保证甲醇有足够的转化率，在进料中空气过量 50%，甲醇的转化率可达 75%。已知甲 醇的流量为 3200kg/h，试对这一过程进行物料衡算，并将结果汇总于附表中。 附表 甲醇空气氧化物料平衡表
解：用空气氧化甲醇制取甲醛的反应方程式如下：
2、在间歇釜式反应器中用浓
硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸，其工艺流程图如下所示，试对该过程进行物料恒算。已知每 批操作的投料量为：甲苯 1000kg，纯度 99.9%（质量百分比，下同）；浓硫酸 1100kg，纯 度 98%；甲苯的转化率为 98%，生成对甲苯磺酸的选择性为 82%，生成邻甲苯磺酸的选择 性为 9.2%，生成间甲苯磺酸的选择性为 8.8%，物料中的水约 90%经连续脱水器排出。此外， 为简化计算，假设原料中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。 解： (王志祥著制药工程学例题)
制药设备题1参考答案
制药设备与工艺设计练习一参考答案一、名词解释1.粉碎是制药生产中的基本操作之一，也是药剂制备的基础。
是借机械力将大块固体物料制成适宜程度的碎块或细粉的操作过程，也可以借助其他方法将固体药物粉碎成微粉的操作。
2.连续式操作反应器，是一边不断向反应器供给反应物，一边连续排出反应产物。
连续操作中反应条件即系统的状态处于恒定态，反应器内同一部位的如温度、压力和浓度等操作参数均不随时间发生变化。
从产物生成的速率来讲，这种反应器的生产能力最大。
3.真空冷冻干燥是将物料或溶液在较低的温度（-10~-50℃）下冻结成固态，然后在真空下将其中水分不经液态直接升华成气态而脱水的干燥过程。
真空冷冻干燥在医药、食品、材料等方面的应用十分广泛。
4.生产工艺流程设计就是如何把原料通过化工过程和设备，经过化学或物理的变化逐步变成需要的产品，即化工产品。
或者说，是通过图解的方式体现出如何由原料变成产品的全部过程的设计。
5.物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗[生产1kg产品所需要消耗原料的质量(单位：kg)]、副产品量以及输出过程中物料损耗量和三废生成量等，使设计由定性转向定量。
6.摩尔分数是混合物中某组分的物质的量与混合物的物质的量之比。
7.GMP，即药品生产质量管理规范，是药品生产质量管理的基本准则，适用于药品制剂生产的全过程和原料药生产中影响成品质量的关键工序。
GMP要求硬件设施即：厂房、设施、设备以及与产品相适应的洁净环境达到国家规定的要求。
二、填空1.气流粉碎机的优点有：粉碎强度大、产品粒度微细、可达数微米甚至亚微米，颗粒规整、表面光滑；颗粒在高速旋转中分级，产品粒度分布窄，单一颗粒成分多；产品纯度高；适用于粉碎热敏性及易燃易爆物料；可以在机内实现粉碎与干燥、粉碎与混合、粉碎与化学反应等联合作业；能量利用率高。
2.冷冻干燥操作分为冻结（预冻结）、升华干燥、解析干燥三个阶段。
第九章制药设备设计物料衡算(1)
• 解：（1）画出流程简图
z kg HNO3 0.90 H2O 0.10
废酸 xkg HNO3 0.23 H2SO4 0.57 H2O 0.20
混合过程
y kg H2SO4 0.93 H2O 0.07
混合酸 HNO3 0.27 H2SO4 0.60 H2O 0.13
• （2）选择计算基准 4个物流均可选，选取100kg 混酸为基准。
92 98
CH3
+ H2O
172SO3H 18
3.根据给定条件画出流程简图
画流程简图步骤及要点如下： • 1）流程简图中的设备可用方框表示; • 2）用线条和箭头表示物料流股的途径和流向； • 3）标出流股的已知变量（流量、组成等） • 4）未知量用符号表示。 • 根据已知量和未知量划定体系，利用已知条件，或
• 在进行物料衡算或热量衡算时，均须选择相应的 衡算基准。合理地选择衡算基准，不仅可以简化 计算过程，而且可以缩小计算误差
例题 丙烷充分燃烧时，通入的空气量为理论量 的125％，反应式为
C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O 问100mol 燃烧产物需要多少摩尔空气？
解：画出物料流程示意图
C3H8 1
• 解：以连续精馏塔为
衡算范围,绘出物料衡
算示意图。图中F为混
合液的进料流量,D为 塔顶馏出液的流量,W
F=200kmol.h-1 xF=0.4
为塔底釜液的流量,x
为苯的摩尔分率。
D, xD
精 馏 塔
• 图中共有3股物料，3 个未知数，需列出3个 独立方程。
W, xW=0.01
图4-2 苯和甲苯混合液精馏 过程物料衡算
H2SO4:6 9
H2O:31
制药工程工艺设计物料衡算题过滤公式
制药工程工艺设计物料衡算题过滤公式
物料衡算是确定化工生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程，是化工工艺计算中最基本、最重要的内容之一。
在化学工程中，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定主副产品的产率，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，便于技术人员对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，确定设备容量、数量及主要尺寸，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料衡算。
毫不夸张地说，一切化学工程的开发与放大都是以物料衡算为基础的。
目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。
物料衡算通式如式：
∑G投入= ∑G产品+ ∑G回收+ ∑G流失
式中：∑G投入—投入系统的物料总量；
∑G产品—系统产出的产品和副产品总量；
∑G流失—系统中流失的物料总量；
∑G回收—系统中回收的物料总量。
其中产品量应包括产品和副产品：流失量包括除产品、副产品及回收量以外各种形式的损失量，污染物排放量即包括在其中。
环境影响评价中的物料平衡计算法即是通过这个物料平衡的原理，在计算条件具备的情况下，估算出污染物的排放量。
药厂物料平衡计算的方法及流程
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制药厂物料平衡计算的方法及流程
制药厂物料平衡计算的方法及流程英文回答：Material balance calculation is an important process in the pharmaceutical industry to ensure the accuracy and efficiency of production. It involves tracking and accounting for all the materials that enter and exit the manufacturing process, including raw materials, intermediates, and final products. The purpose of material balance calculation is to identify any discrepancies or losses in the production process and to optimize the use of materials.The method and procedure for material balance calculation in a pharmaceutical factory can be summarized as follows:1. Define the system boundaries: The first step is to define the boundaries of the system, which includes identifying the inputs and outputs of the process. Thishelps in determining the scope of the material balance calculation.2. Gather data: The next step is to collect all the necessary data related to the materials used in the process. This includes the quantity and quality of raw materials, intermediates, and final products. It is important toensure that the data is accurate and reliable.3. Calculate the material inventory: Once the data is collected, the material inventory at each stage of the process needs to be calculated. This involves determining the quantity of materials present at the beginning and endof each stage, as well as any additions or withdrawals during the process.4. Analyze material losses: After calculating the material inventory, it is important to analyze any material losses that may have occurred during the process. This can be done by comparing the expected material usage with the actual material usage. Any discrepancies should be investigated and addressed.5. Optimize material usage: Based on the analysis of material losses, steps can be taken to optimize the use of materials. This can include identifying areas of high material consumption and implementing measures to reduce waste or improve efficiency.6. Verify the results: Finally, the results of the material balance calculation should be verified to ensure their accuracy. This can be done by conducting regular audits and reconciling the calculated material balances with actual physical inventories.In conclusion, material balance calculation is acrucial process in the pharmaceutical industry to ensure the efficient and accurate use of materials. By following a systematic approach and analyzing the data, pharmaceutical factories can identify and address any material losses, leading to improved productivity and cost savings.中文回答：制药厂物料平衡计算是制药行业中一个重要的过程，用于确保生产的准确性和效率。
制药设备与工艺设计张衍物料衡算例9_4
制药设备与工艺设计张衍物料衡算例9_4【最新版】目录一、制药设备与工艺设计的重要性二、物料衡算的定义与作用三、张衍物料衡算例 9_4 的具体内容四、分析张衍物料衡算例 9_4 的步骤与方法五、总结与展望正文一、制药设备与工艺设计的重要性制药设备与工艺设计是制药工程中的重要环节，其质量直接影响到药品的质量、产量和生产成本。
合理的制药设备与工艺设计能够提高生产效率，降低生产成本，保证药品的质量，满足安全生产和环保要求。
二、物料衡算的定义与作用物料衡算是指在特定的工艺过程中，对物料的投入量、产出量和损耗量进行定量分析的一种方法。
物料衡算的作用主要体现在以下几个方面：1.确保生产过程中物料的平衡，避免物料的浪费和损耗；2.为生产计划和调度提供依据；3.为设备选型和工艺设计提供参考；4.有助于分析和优化生产过程。
三、张衍物料衡算例 9_4 的具体内容张衍物料衡算例 9_4 是一道关于制药设备与工艺设计的物料衡算题目，主要涉及原料药的生产过程。
具体内容包括：1.原料药的投入量；2.生产过程中各种物料的产出量；3.物料的损耗量；4.物料衡算的结果及其分析。
四、分析张衍物料衡算例 9_4 的步骤与方法分析张衍物料衡算例 9_4 的步骤与方法如下：1.确定物料衡算的范围，即需要进行物料衡算的设备和工艺环节；2.收集相关数据，包括原料药的投入量、生产过程中各种物料的产出量和损耗量等；3.根据收集到的数据，列出物料衡算方程式，求解物料衡算的结果；4.分析物料衡算的结果，判断生产过程中是否存在物料浪费或损耗现象，并提出相应的改进措施。
五、总结与展望物料衡算是制药设备与工艺设计中不可或缺的一部分，能够有效地提高生产效率、降低生产成本、保证药品质量。
通过对张衍物料衡算例 9_4 的分析，我们可以更好地理解物料衡算的方法和步骤，为实际生产过程提供有益的参考。
制药设备与工艺设计张衍物料衡算例9_4
制药设备与工艺设计张衍物料衡算例9_4一、引言随着科技的不断发展，制药行业在我国经济中的地位日益重要。
制药设备与工艺设计作为制药行业的核心环节，直接关系到产品的质量和产率。
物料衡算作为一种重要的科学方法，在制药设备与工艺设计中发挥着关键作用。
本文将通过张衍物料衡算例9_4，详细介绍物料衡算在制药设备与工艺设计中的应用，以期为相关领域的研究与实践提供参考。
二、物料衡算基本概念与方法1.物料衡算的定义物料衡算，又称物质平衡，是指在一定的生产过程中，根据物质的质量守恒原理，对原料、中间体、产品及废物等各阶段的物料流量进行定量分析与计算的方法。
2.物料衡算的重要性物料衡算在制药设备与工艺设计中具有重要意义。
通过对物料的定量分析，可以确保生产过程的稳定性和可持续性，提高产品质量，降低生产成本，同时有助于环保和能源利用。
3.物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法包括质量平衡法、能量平衡法、速率平衡法等。
在制药设备与工艺设计中，质量平衡法应用最为广泛。
三、制药设备与工艺设计的关系1.制药设备的选择制药设备的选择是制药工艺设计的关键环节。
根据生产工艺的要求，选择合适的设备，确保设备具有良好的性能、可靠性、易于维护和较低的成本。
2.工艺设计的核心要素工艺设计的核心要素包括物料流程、设备布局、操作条件、控制系统等。
物料衡算在工艺设计中起到了纽带作用，将各要素有机地联系起来。
3.设备与工艺的协同优化通过对制药设备与工艺的协同优化，可以提高生产效率，降低能耗，确保产品质量。
物料衡算在此过程中起到了指导作用，有助于实现设备与工艺的优化组合。
四、张衍物料衡算例9_4解析1.案例背景及要求张衍物料衡算例9_4描述了一个简化的制药生产过程，包括原料药的制备、中间体的提取、制剂的生产等环节。
要求根据给定的工艺条件，进行物料衡算计算，分析各阶段物料的流量及产品质量。
2.物料衡算计算过程根据质量平衡原理，对各阶段物料进行定量分析。
首先，根据原料药的制备过程，计算原料药的质量；其次，分析中间体的提取过程，计算中间体的质量；最后，根据制剂的生产过程，计算产品的质量。
制药设备与工艺设计(1)
概念：1.循环粉碎：在粉碎产品中若含有尚未充分粉碎的物料，通过筛分设备将粗粉料分出再返回粉碎机继续粉碎。
2.开路粉碎：在粉碎产品中，若物料只通过粉碎设备一次，即将产品排出，该粉碎称为开路粉碎。
3.干法粉碎：将药物经过适当的干燥处理，使药物中的水分含量降低至一定限度再进行粉碎。
4.低温粉碎：利用物料在低温性脆的特点，在粉碎之前或粉碎过程中将物料进行冷却的粉碎方法。
5.筛分：将松散的混合物料通过单层或多层筛面的筛孔，按照粒度分成两种或若干个不同粒级的过程。
7.湿法制粒：是在药物粉末中加入粘合剂，靠粘合剂的架桥或粘结作用使粉末聚结在一起而制备颗粒的方法。
8.干法制粒：干法制粒是把药物粉末直接压缩成较大片剂或片状物后，重新粉碎成所需大小的颗粒的方法。
9.膜分离：借助于一定孔径的薄膜，将不同大小、不同形状和不同特性的物质颗粒或分子进行分离、提纯或浓缩的过程。
10.喷雾干燥设备：是用雾化器将溶液喷成雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发直接获得干燥产品的设备。
11.沸腾干燥设备：是将湿颗粒药物处于流化沸腾状态下与载热气体进行热交换的干燥设备。
12.自吸式发酵罐：依靠的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
13.沉降：是指在某种力的作用下，流体与颗粒间由于密度差异产生相对运动而致分离的过程。
14.过滤：利用一种能将固体微粒截留而让流体通过的多孔介质，将固体微粒从气体中或液体中分离出来。
15.转化率：对某一组分来说，反应组分所消耗量与反应物的原始投料量之比为该组分的转化率。
16收率：主要产物实际所得量与投入原料计算的该产物理论产量之比。
一般用%表示。
17.干燥：利用热能将湿物料中的水分汽化除去，从而获得干燥物品的工艺过程。
18.倍散：指在小剂量的毒剧药中添加一定量的稀释剂制成的稀释散。
19.单冲压片机：只有一付冲模，利用偏心轮及凸轮机构等的作用，在其旋转一周即完成充填、压片和出片三个程序。
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挥发油＋水(100℃)
0.3kg＋100kg
中药材 润湿药材水 浸提用水
3× 100kg 3× 100kg 3× 800kg
三级浸提 提取罐
浓浸提液(100℃) 2412kg
• 要求所列独立方程式的数目=未知数的数目
F3
原料苯500kg 含５％甲苯 反 应 系 统
Ｙ异丙苯
原料丙烯800kg
Ｙ剩余丙烯
F1
Ｙ剩余苯
Ｙ剩余甲苯
4.选定物料衡算基准
• 1）时间基准 • 对连续稳定流动体系，以单位时间作基准。该基 准可与生产规模直接联系 • 对间歇过程，以处理一批物料的生产周期作基准。 对连续过程可１天、１月或１年。 • 2）质量基准 • 对于液、固系统 ，因其多为复杂混合物选择一定 质量的原料或产品作为计算基准 。 • 若原料产品为单一化合物或组成已知，取物质量 （mol）作基准更方便。对生药和中药可取单位质 量的产品作基准。
二、物料衡算的类型
1.按物质变化分为： • 物理过程的物料衡算：只发生相态和浓度的变化， 主要体现在混合、分离过程，如流体的输送、结晶、 过滤、干燥、粉碎、萃取、等单元操作
丙酮6194.5kg 丙酮476.5kg
结
晶
罐
纯品176.2kg
母液6487.4kg
损失7.4kg
• 化学过程的物料衡算：发生化学合成反应，通过化 学 组分平衡和元素平衡进行计算。主要涉及化学反 应速率、转化率、收率等。
• • • •
按操作方式分为： 连续过程的物料衡算 间歇过程的物料衡算 按衡算目的分为：
操作型——对已有设备或装置进行衡算 设计型——设计新的设备或装置
三、物料衡算的基本理论
物料平衡方程式 • 理论基础是质量守恒定律：它是指在一个特定的物系 中，进入物系的全部物料质量加上所有生成量之和必 定等于离开该系统的全部产物质量加上消耗掉的和积 累起来的物料质量只和。公式表示为：
问100mol 燃烧产物需要多少摩尔空气？
解：画出物料流程示意图
C3H8 1 空气 O221％, N279％ 2 3 燃烧过程 CO2 H2O O2 N2
（一）取1mol C3H8 为计算基准
完全燃烧所需氧的理论量 实际供氧量 供空气量 5mol 1.25×5＝6.25mol 6.25／0.21＝29.76mol
• 解：（1）画出流程简图
z kg HNO3 0.90 H2O 0.10
废酸 xkg HNO3 0.23 H2SO4 0.57 H2O 0.20
y kg H2SO4 0.93 H2O 0.07
混合酸 HNO3 0.27 H2SO4 0.60 H2O 0.13
混合过程
• （2）选择计算基准
4个物流均可选，选取100kg
输 入
硫酸
399.5
输 出
硝化混酸
1000
H2SO4:92.5 HNO3：98 H2O:31
废酸
131.1
总计
1000
•表中输入、输出两栏中的总量与个分量的合计总数应当都相等
例2 一种废酸，组成为23％(w%) HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％ 的HNO3，要求混合成 27％HNO3，60％H2SO4的混合酸， 计算所需废酸及加入浓酸的量。
=Σ
m出料
四、物料衡算的基本方法和步骤
1.收集与计算所必需的基本数据
• 计算前，要尽可能收集足够的的合乎实际的 准确数据，称原始数据。 • 设定值：如年生产天数、班次等 • 现场实际数据或文献数据：如投料量、配料 比回收率、转化率、效价等 • 假定值（设定值、借用、推断值）：如产品 的纯度要求，物料的损失率等。
3、体积基准
• 对气体和液体也可选用体积作基准。即以单位体
积的原料或产品为基准进行物料衡算。
• 在进行物料衡算或热量衡算时，均须选择相应的 衡算基准。合理地选择衡算基准，不仅可以简化
计算过程，而且可以缩小计算误差
例题 丙烷充分燃烧时，通入的空气量为理论量 的125％，反应式为
C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O
图4-1
混酸配制过程物料衡算示意图
解：取设备为衡算体系，1000千克混酸为计算基准 • 对HNO3进行物料衡算得
• 0.98 G硝酸= 0.461000
• 对H2SO4进行物料衡算得 • 0.925 G硫酸+ 0.69G废酸=0.461000 • 对H2O进行物料衡算得 (b)
(a)
• 0.02G硝酸+0.075G硫酸+0.31G废酸=0.081000
２.中药制药过程的物料衡算
• 例４
某复方中药制剂，其各味原药材采用三级
逆流罐水提取工艺，每级提取罐每批拟投中药材
总重100kg,药材在罐内预先用水润湿，据测定每1
kg干药材可吸水1kg。浸提加８倍量药材的水．已 知三级水提取的总出液系数：8.04kg提取液／kg 药材；提取液中固溶物含量0.578%;三级提取后得 到的浓浸提液密度为1020kg/m3;蒸汽蒸馏得挥发
• 解：以连续精馏塔为 衡算范围,绘出物料衡 算示意图。图中F为混 合液的进料流量,D为 塔顶馏出液的流量,W 为塔底釜液的流量,x 为苯的摩尔分率。 • 图中共有3股物料，3 个未知数，需列出3个 独立方程。
D, xD
F=200kmol.h-1 xF=0.4
精 馏 塔
W, xW=0.01 图4-2 苯和甲苯混合液精馏 过程物料衡算
第九章 物料衡算
9.1 概述
物料衡算即通过计算，求出各种物料的数量 和组成。此时设计由定性转入定量。
物料衡算是医药设计的基础，物料衡算是最 先进行的计算项目，其结果是后续各单项设 计，包括热量衡算、设备选型和计算、原材 料消耗定额、管路设计等的依据。物料衡算 结果的直接关系到整个工艺设计可靠程度。
组分
A B C
总计
• 包括输入和输出的物料 • 由计算结果查核计算正确性，必要时说明误差范围
第二节 物理过程的物料衡算
• 1.简单物理过程的物料衡算
• 例1
混酸配制过程的物料衡算。已知混酸组成为
H2SO4 46%(质量百分比，下同)、HNO3 46%、H2O 8 %，配制混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的 硝酸及含H2SO4 69%的硝化废酸。试通过物料衡算 确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计 算，设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。
CH3 + H2SO4 110~140 0 C SO3H CH3 + H2O
甲苯：1000kg 浓硫酸：1100kg
磺化釜
磺化液 排水 193.1kg
对甲苯磺酸78.7kg 邻甲苯磺酸8.83kg
间甲苯磺酸8.45kg 甲苯1.05kg 硫酸1.85 水1.12kg
提取液中固溶物含量0.578%;
Σ输入水量 = Σ输出水量
3× 800+100=M浓浸提液(100℃)－ 提取液中固溶物含量0.578%;
M固溶物＋M水(100℃)
+ M药渣含水
M固溶物＝ M浓浸提液×
0.578%=13.94 (kg)
得：M药渣含水＝ 301.94 (kg)
图4-４
三级提取过程物料衡算示意图
2.列出反应方程式，包括主反应和副反应
• 若有化学反应，要写出所有物系的化学反应 方程式。
• 如硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸
CH3 CH3 + H2SO4 110~140 0 C SO3H CH3 + H2O
主反应
CH3
• 副反应I
• 副反应II
分子量
CH3
+ H2SO4
110~140 0C
SO3H + H2O
混酸为基准。
• （3）列物料衡算式 • 总物料衡算式 x+y+z=100
• H2SO4的衡算式 0.57x+0.93y=1000.6=60 • HNO3的衡算式 0.23x+0.90z=100х 0.27=27
• 解方程得： x=41.8kg; y=39kg; z=19.2kg
• 例3 拟用连续精馏塔分离苯和甲苯混合液。已知混 合液的进料流量为200kmolh-1，其中含苯0.4(摩尔 分率，下同)，其余为甲苯。若规定塔底釜液中苯的 含量不高于0.01，塔顶馏出液中苯的回收率不低于9 8.5%，试通过物料衡算确定塔顶馏出液、塔釜釜液 的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。
• 对全塔进行总物料衡算得，以１小时为计算基准
• D+W=200 (a)
• 对苯进行物料衡算得
• D×xD +0.01W =2000.4 (b)
• 由塔顶馏出液中苯的回收率得
• D ×x D =2000.4 0.985 (c)
• 联解式(a)、(b)和(c)得 D=80kmolh-1，W=120 kmolh-1，xD=0.985
解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡 算范围，绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。图 G HNO3 为 98% 的硝酸用 中 G H2SO4 为 92.5% 的硫酸用量， G 废 为含69%硫酸的废酸用量。 量，
G H 2SO 4
G HNO 3
G废
混酸配制 搅 拌 釜
硝化混酸 1000kg
油0.001kg挥发油／kg药材，馏出时的组成0.3%。
对该三级提取作物料衡算。
图4-４
三级提取过程物料衡算示意图
M水汽(100℃)
M挥发油＋M水(100℃)
中药材 润湿药材水 浸提用水
3× 100kg 3× 100kg 3× 800kg
三级浸提 提取罐