化工中物料衡算和热量衡算公式

物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。EG1=EG2+EG3+EG4EG2：——输人物料量总和；EG3：——输出物料量总和；EG4：物料损失量总和；EG5：——物料积累量总和。当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：EG1=EG2+EG3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。物料衡算的基准对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q+Q+Q=Q+Q+Q(1—1)23456式中：Q一所处理的物料带入设备总的热量，KJ;1Q一加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热2量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”)，KJ;Q—过程的热效率，(符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”)3Q一反应终了时物料的焓(输出反应器的物料的焓)4Q—设备部件所消耗的热量，KJ;5Q—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;6热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。(计算传热面积的热负荷必须以每小时作为基准，而该时间必须是稳定传热时间)热量衡算温度基准，一般规定25°C。热量衡算式中各项计算从(1—1)式中可得：TOC\o"1-5"\h\zQ=Q+Q+Q-Q-Q(1—2)45613式中各项可用以下计算方法Q和Q的计算\o"CurrentDocument"14。目口乌均可以用下式计算：Q=EmcT(T)

ii12式中：Ej—反应物体系中组分I的质量，Kg;Cj—组分i在0—TC时的平均比热容，KJ/(Kg*C)或KJ/(Kmol・C);T1(T2)一反应物系反应前后的温度，CQ的计算3Q3作为过程的热效率分为化学反应热效应和物理过程热效应，在这次反应中由于物理过程热效应较低，相比化学反应热效应可忽略不计，故过程热效应可由下式表示：Q3=Q+Qp式中Qr一化学反应热效应，KJ；Q一物理过程热效应，KJ；(可忽略不计)g可通过标准化学反应热邓计算：Q=(1000气/M)qo式中q0—标准化学反应热，KJ/mol；rGa一参与化学反应的A物质质量，Kg；M—A物质分子量。q0=£(q0)-£(q0)cRcP反应体系中各物质标准焓为：乙苯(40.219KJ/mol)苯(33.871KJ/mol)甲苯(18.029KJ/mol)q0=(33.871+18.029-40.219)KJ/mol=51.86KJ/molrQ=Q3=(1000X35430X51.86/104.15)=17641860.78KJQ5=EMicpi(T2—T1)Mi——设备上i部件质量，kg；cpi——设备上i部件比热容，kJ/(kg・°C)T1——设备各部件初温，C；T2——设备各部件终温，C。设备向四周散失的热量(Q6)的计算Q6=EAat(TW2一T0)tX10-3A设备散热表面积，m2；at——散热表面向四周介质的联合给热系数，W/(m2・C)；Tw2——四壁向四周散热时的表面温度，C；To——周围介质温度，C；t——过程持续时间，s。由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量的计算Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3选定加热剂(或冷却剂)，即可从有关手册查出该物质cp，再确定其进出口温差△T，则加热剂(或冷却剂)的用量为：w=Q2/cp,ATQ2=kA1ATmk——传热系数，kJ/(m2・h.°C)；Al——传热面积，m2；ATm——对数平均温差，C。ATm=(AT1—AT2)/ln(ATI/AT2)从上式即可计算所需的传热面积。对不需加热或冷却的设备可不必进行热量计算，此时水、汽等消耗量的确定可从同类型的生产车间取得。热量衡算结束应列成动力消耗定额及消耗量表。物料和热量恒算举例物料恒算和热量恒算主要用于设计中的设备选型。每个工艺段都应该进行核算。列：某厂年生产速效感冒胶囊3亿粒/年，年工作时间为250天，一天一班，实行8小时工作制。处方：对乙酰基粉0.3g维生素C0.1g胆汁粉0.1g咖啡因0.003g扑尔敏0.003g10%淀粉浆适量色用色素适量速效感冒胶囊工艺流程：粉碎、过筛、填充、包装。现只针对粉碎工段进行物料恒算，其他相同。注：处方中对乙酰基粉、维生素C、胆汁粉、咖啡因、扑尔敏都要经过粉碎。并且考虑20%的富余量。300000000*0.3*10-3对乙酰基粉每天用量：*1.2=432kg250300000000*0.1*10-3维生素C每天用量：*1.2=144kg250300000000*0.1*10-3胆汁粉每天用量：*1.2=144kg250300000000*