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。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4
∑G2:--输人物料量总和;
∑G3:--输出物料量总和;
∑G4:--物料损失量总和;
∑G5:--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:
∑G1=∑G2+∑G3
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
(1)对于间歇式操作的过程,常采用一批原料为基准进行计算。
(2)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
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 (1-1)
式中:Q1-所处理的物料带入设备总的热量,KJ;
Q2-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量为"+",冷却剂吸收热量为"-"),KJ;
Q3-过程的热效率,(符号规定过程放热为"+";过程吸热为"-")
Q4-反应终了时物料的焓(输出反应器的物料的焓)
Q5-设备部件所消耗的热量,KJ;
Q6-设备向四周散失的热量,又称热损失,KJ;
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℃。热量衡算式中各项计算
从(1-1)式中可得:
Q2 =Q 4+Q5+Q6-Q1-Q3 (1-2)
式中各项可用以下计算方法
(1)Q1和Q4的计算
Q1和Q4均可以用下式计算:
Q=∑miciT1(T2)
式中:mi-反应物体系中组分I的质量,Kg;
ci-组分i在0-T℃时的平均比热容,KJ/(Kg*℃)或KJ/(Kmol·℃);
T1(T2)-反应物系反应前后的温度,℃
(2)Q3的计算
Q3 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:
式中-化学反应热效应,KJ;
-物理过程热效应,KJ;(可忽略不计)可通过标准化学反应热计算:
式中-标准化学反应热,KJ/mol;
-参与化学反应的A物质质量,Kg;
-A物质分子量。
反应体系中各物质标准焓为:
乙苯(40.219KJ/mol)
苯(33.871 KJ/mol)
甲苯(18.029KJ/mol)
=(33.871+18.029-40.219)KJ/mol=51.86KJ/mol
==(1000×35430×51.86/104.15)=17641860.78KJ
Q 5=∑Micpi (T2-T1)
Mi--设备上i部件质量,kg;
cpi--设备上i部件比热容,kJ/(kg?℃)
T1--设备各部件初温,℃;
T2--设备各部件终温,℃。
设备向四周散失的热量(Q6)的计算
Q6=∑Aαt(TW2一T0)t ×10-3
A--设备散热表面积,m2;
αt--散热表面向四周介质的联合给热系数,W/(m2?℃);
Tw2--四壁向四周散热时的表面温度,℃;
To--周围介质温度,℃;
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ΔT,则加热剂(或冷却剂)的用量为:
w=Q2/cp?ΔT
Q2=κA1?ΔT m
κ--传热系数,kJ/(m2?h.℃);
Al--传热面积,m2;
ΔT m --对数平均温差,℃。
ΔT m=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔTl/ΔT2)
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C 0.1g
胆汁粉0.1g 咖啡因0.003g
扑尔敏0.003g 10%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 =432kg
250
300000000*0.1*10-3
维生素C每天用量:------------------- *1.2=144kg
250
300000000*0.1*10-3
胆汁粉每天用量:------------------ *1.2 =144kg
250
300000000*0.003*10-3
咖啡因每天用量:-------------------- *1.2 =4.32kg
250
300000000*0.003*10-3
扑尔敏每天用量:-------------------- *1.2 =4.32kg
250
根据以上计算,可以选择粉碎设备有:
40B型万能粉碎机:160-800kg/h 40B型粉碎机组:160-800kg/h
本文档为【化工中物料衡算和热量衡算公式】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483