物料衡算与热量衡算讲解

第4章物料衡算与热量衡算

4.1 物料衡算

物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。

物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。

物料衡算的意义：

（1）知道生产过程中所需的热量或冷量；

（2）实际动力消耗量；

（3）能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据；

（4）在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，能够为所需设备提供必要的基础数据。

4.1.1 年工作日的选取

（1）年工作时间365-11（法定节假日）=354×24=8496（小时）

（2）设备大修 25天/年=600小时/年

（3）特殊情况停车 15天/年=360小时/年

（4）机头清理、换网过滤 6次/年 8小时/次

[354-(25+15)]×1/6次/天×8小时/次=396小时=16.5天=17天

（5）实际开车时间

365－11－25－15－17=297天

8496－600－360－396=7140小时

（6）设备利用系数

K=实际开车时间/年工作时间=7140/8496=0.84

4.1.2 物料衡算的前提及计算

（1）挤出成型阶段

物料衡算的前提是应在已知产品规格和产量的前提下进行许多原辅材料量、废品量及消耗量的计算。

1

已知：PVC片材的年生产量为28500吨，其中物料自然消耗率为0.1%，产品合格率为94%，回收率为90%。每年生产297天，二班轮流全天24小时生产。物料衡算如下：

年需要物料量

M=合格产品量/合格率=28500/0.94≈30319.15t 1年车间进料量

M= M/（1-物料自然消耗率）=30319.15t /（1-0.1%）≈30349.50t 12年自然消耗量M=M-M=30349.50-30319.15=30.35t 132年废品量

M=M-合格产品量=30319.15-28500=1819.15t 14每小时车间处理物料量

M=30319.15/297/24h≈4.25t 5年回收物料量

M=M ×回收率=1819.15×90%≈1637.23t 46新料量 M=M -M=30349.50-1637.23=28712.27t

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合格率 94% 合格产品量 28500t

1819.15t 6.38% 废品量废品率

30.35t 0.1% 自然损耗量 自然损耗4.25t 30349.15t

进车间物小时车间处理 料量 量28712.27t 进车间新料量进机料量 30349.50t 55.09t 90% 回收量回收率

（2）造粒阶段

① 确定各岗位物料损失率 塑化造粒工段物料损耗系数

筛选输送

工序 输送 挤出造粒 冷却混合 高速混合 自然 扫地2

物料平衡计算② 1-本工序的损失率）=出料量/（ 进入本工序的物料量 进入风送物料量：（颗粒中需加入回收物料为）=28803.19t30319.15×（1-5%新造粒量： 5%）总量的28803.19t /(1-0.2%)=28860.91t 进入输送的物料量：28860.91/(1-0.5%)=29005.94t 进入挤出造粒物料量：29005.94/(1-0.1%)=29034.98t 进入冷混机的物料量：29034.98/(1-0.1%)=29064.04 进入高混机的物料量：

29064.04/(1-

0.5%)=29210.09t 进入筛选输送物料量： ）物料中各组分需求量（3 物料中各组分需求量计算方法：

(t)

）年组分需要量（1 组分年需要量组分占整个物料量的百分比= 物料年需要量×(t) ）日组分需要量（2 =日组分需要量）年组分需要量÷实际开车天数（297 kg ）（3）每小时组分需要量（ =每小时组分需要量实际开车时（7140）年组分需要量÷ 根据衡算，计算出实际每天需要量及日需要量和每小时需要量，见表

每年需要量及日需要量和每小时需要量表

3

根据计算画出物料衡算流程图/吨年→挤出成型工段→285000/年→造粒工段→28803.19吨/29210.09吨年↓↓↑

年吨/ 1819.151515.96吨406.9/年吨/年

下脚料）（损失+（加回收料）（总损失）热量衡算4.2

在热塑性塑料成型过程中，必须将原料进行加热至粘流态（高弹态）再成型，需要将加热量传递给塑料，成型后的冷却定型需要将热量除去。在车间设计中进行热量衡算的目的：为保证顺利进行成型加工，确定加热所需的热量，并核算加

算电功率。一方面作为选择设备的依据，另一方面作为计算耗电量的依据。确定冷却需排出热量，一方面可计算出冷却介质的消耗量，另一方面作为选择换热设备的依据。塑料制品成型加工过程更多采用对单元设备的热量衡算。热力学第一定律是热量衡算的理论依据。热量衡算遵循能量守恒定律，）应Q即若忽略机器的散热，不考虑摩擦剪切热则：加热器放出的热量（0。Q）等于物料所吸收的热量（1=Q热平衡方程式表示为:Q1

0上式是通用公式，具体应注意以下几个问题：必须弄清过程中的热量形式及热损失，从而确定所要收集的物理性1. 数据及数据的可靠性。以保证计算的准确性。要合理确定计算基准，计算基准是指数量上的基准和基准态，数量2.4

基准。

3.按处理每公斤物料计算，基准态一般是以25℃作为基准温度的。

在热塑性成型过程中，最常用的能量来源为电能转变成热能。主要方法有两种：电阻加热，电感加热。电加热装置简单，干净，无污染，温度调节也很方便。所以广泛采用于塑料加工过程中，热量衡算的方法有：（1）温差法（2）焓变法（1）温差法

q=q×c(T-T) 2hhm.h1q=q×c(T'-T')

2cm.c1c式中：q,q--------热流体和冷流体的质量流量kg/s

mcm.h C,cc---------热流体和冷流体的比热容J/(kg.k) h T,T---------热流体最初和最

终的温度k 21T',T'---------冷流体最初和最终的温度k

21（2）焓变法

q=q×(h-h) 21hm.h q=q×(h'-h')

2c1m.c式中：q,q--------热流体和冷流体的质量流量kg/s m.cm.h

h,h--------热流体最初和最终的焓值J/k 21h',h--------冷流体最初和最终的的焓值J/k

21'已知，CPVC树脂的比热容c=4.4kJ/(kg.k),T=20℃,T=185℃.q×c m,pvc21×

(T-T)=0.097挤出机最佳生产能力为730kg/h则12Q=q×c×(T-T)=0.097×4.4×165=70.583（kw）1吸m,pvc2。319.4kw小于挤出机的功率

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第4章挤出生产线机器数量的确定