物料衡算

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三.工艺设计计算

3.1 物料横算

3.1.1物料衡算的意义

物料横算,是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时,还可拟定出原料消耗定额,并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出:

(1)实际动力消耗量

(2)生产过程所需热量或冷量

(3)为设备选型、决定规格、台数(或台时产量)提供依据

(4)在拟定原料消耗定额的基础上,可进一步计算日消耗量,每小时消耗量

等设备所需的基础数据。

综上所述,物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的,因此,物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。

3.1.2物料横算的方法

塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。

物料衡算的步骤如下:

(1)确定物料衡算范围,画出物料衡算示意图,注上与物料衡算有关的数据。

物料衡算示意图如下:

(2)说明计算任务。如:年产量、年工时数等。

(3)选定计算基准。生产上常用的计算基准有:①单位时间产品数量或单位

时间原谅投入量,如:kg/h,件/h,t/h(连续操作常采用此种基准);②加入设备的原料量(间歇操作常采用此种基准)。

(4)由已知数据,根据下列公式进行物料衡算:

ΣG1=ΣG1+ΣG3

式中:ΣG1——进入设备的物料量总和

ΣG2——离开设备的正品量和次品量总和

ΣG3——加工过程中物料损失量总和

(5)收集数据资料。一般包括以下方面:

①年生产时间:连续生产300~350 d

间歇生产200~250 d

连续生产时,年生产的天数较多,在300d左右,其他时间将考虑全长检修,车间检修或5%~10%意外停机。当间歇生产时,就要减去全年的休息日,目前为双休日加上法定假日全年约为110d,所以间歇生产比连续生产少110个工作日。

总之,确定了每年有效地工作时数后就能正确定出物料衡算的时间基准,算出每小时的生产任务,进而在以后的计算中选定设备的规格。

具体的选择天数要通过分析得出。

②有关定额、合格率、废品率、消耗率、回收率等。在任何一个产品加

工过程中,合格产品都不是百分之百。由于设备原因、原材料原因以及人为原因都可能造成废品的出现。加工不同的产品出现废品的几率有差异,要具体情况具体分析。才外还应考虑车间管理水平、设备先进水平等,取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现:塑料制品合格率为85%~95%、自然损耗率为0.1%~0.15%,这主要是贮存、运输、

加工前的消耗。回收率则应根据具体情况(如:原料品种或制品情况等)考虑,但又不可能百分之百的回收再利用,所以,回收率一般在80%~90%

而回收利用率小于原料的10%。

(6) 物料衡算结果应列成物料衡算汇总表,必要时画出物料衡算图。

3.1.3物料衡算的计算

已知年产量为4000t的塑料制品,已确定合格率为90%,自然损耗率为0.15%,,求年消耗原料量。

合格产品量

年进机料量m1= —————=4000t/90%=4444.45t

合格率

取输送,混合两步中损耗率均为0.05%,则进入混合机的料量m2=m1/(1-0.05%)=4446.67t

则进入输送段物料量m3=m2/(1-0.05%)=4448.90t,即年进车间料量为m3

则废料量m4=m1-4000=4444.45-4000=444.45t

回收物料量m5=m4*95%=444.45*95%=422.23t

不超过进机物料量的10%,满足要求。

考虑回收,则年进机新物料量m6==m1-m5=4444.45-422.23=4022.22t

则小时车间处理量m7=年进车间料量为m3/年生产时间=4448.90/(300*24)

=0.618t/h=618kg/h

则自然损耗量m8=m3-m1=4448.90t-4444.45t=4.45t

列表4(有回收情况)

配方中各组分的投料量,损耗量,总料量及每小时处理物料量列表5如下:

注:表中数据计算说明

(1)各组分进机料量=总进机料量*质量分数

(2)各组分损耗量=总损耗量*质量分数

(3)各组分总料量=进机料量+损耗量

(4)各组分每小时处理物料量=每组分进机料量/年生产时间(7200h)

3.2.热量恒算

3.2.1热量恒算的意义

在车间设计中进行物料衡算的目的:为保证顺利进行成型加工,确定加热所需的热量,并核算加热电功率,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,确定冷却需排出的热量,一方面可以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。

3.2.2热量恒算的方法

塑料制品成型加工过程更多采用对单元设备的热量衡算。

热量衡算遵循能量守恒定律,热量学第一定律是热量衡算的理论依据,即若忽略机器的散热,不考虑摩擦剪切生热,则加热器放出的热量(Q v)应该等于物料所吸收热量(Q i)。

热平衡公式为:Q v= Q i

上式是通用公式,具体应用时应注意以下几个问题:

(1)正确建立热量之间平衡关系。

(2)必须弄清过程中存在的热量形式,及热损失。从而确定所要收集的物性

数据集数据的可靠性,以保证计算的准确性。

(3)要合理划定计算范围。一般可以和设备的进口和出口一致。

(4)合理确定计算基准。计算基准是指数量上的基准和基准态。数量基准按

处理每公斤物料计算;基准态一般是以25℃作基准温度。

在热塑性塑料成型过程中,最常用的热量来源为电能转变成热能,主要

有两种方法: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,所以广泛用于塑料成型加工过程中。热量衡算的方

法有:①温差法;②焓差法;③潜热法。设计中常涉及前两种,故重点

介绍温差法和焓差法。

①温差法

q h=q m,h·c h(T1-T2)

q c=q m,h·c c(T4-T3)

式中q m,h、q m,c——热流体和冷流体的质量流量,kg/s

c h、c c——热流体和冷流体的比热容,J/(kg·K)

T1、T2——热流体最初和最终的温度,K

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