工艺衡算课件
制药工艺设计讲义版-2.5工艺计算-物料衡算
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2012-4-21
2 固体制剂车间
2 固体制剂车间
2.3 固体制剂车间设计 2.3.1 流程设计 2.3.2 物料衡算 2.3.3 能量衡算 2.3.4 设备选型 2.3.5 车间布置
2.3 固体制剂车间设计
2.3.2 物料衡算
物料衡算的类型 物理过程：物料没有发生化学变化，主要体现在混 合和分离中，如吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、 蒸馏、萃取等单元操作 化学过程：原子与分子之间形成新的化学键，形成 新物质。组分平衡和化学元素平衡。
热量衡算（Heat Balance），简称“HB” 能量衡算（Energy Balance），简称“EB” 物料衡算与能量衡算的联立计算（Combined Balance）， 简称“CB”
基本守恒方程
质量（能量）守衡定律 ∑G进料+∑G生成=∑G出料+∑G累积+∑G消耗 +∑G损失 当 有： ∑G生成、 ∑G累积、∑G消耗=0 ∑G进料=∑G出料
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2 固体制剂车间
2.3 固体制剂车间设计 简单化学过程衡算
2.3.2 物料衡算
2 固体制剂车间
2.3 固体制剂车间设计
3.1.2流程的操作状态及其对应的衡算计算基准 （1）基准量的选取
例：丙烷完全燃烧，要供给所需空气量的125％，反应式为： C3H8 ＋5O2＝3CO2 +4H2O 问每100 mol燃烧产物需要多少摩尔空气？ 解①：基准量1mol原料气C3H8 收入 支出 所需空气量为（按照反应式）：燃烧用氧 5mol 化合物 mol g (克) 实际用氧 化合物 5×1.25 mol＝6.25mol g ( 克) 需供空气量[（空气中氧占21％（体积）]6.25÷21％＝29.76mol C 3 H8 1 44 CO2 3 132 其中氮气量为： 空气 29.76 29.76×79％＝ H 23.51mol O 4 72
制药工艺计算
阿司匹林工艺流程简图
例2 混酸配制流程设计
以混酸配制为例 实验室:一支玻璃棒、一个量筒、一只烧杯
工业 ①混合设备
第二十二章 制药工艺计算
22.1 工艺设计图 22.2 物料衡算 22.3 能量衡算 22.4 工艺经济性评价
工艺设计图
流程图
22.1.1 工艺流程图
➢用来表达工艺生产流程的图样，包括：
第二十二章 制药工艺计算
22.1 工艺设计图 22.2 物料衡算 22.3 能量衡算 22.4 工艺经济性评价
22.1 工艺设计图
➢制药厂的建设包括设计、制造、施工、安装等过程，工程 设计是主要的环节，可分为三个主要阶段：
✓设计前期，包括项目建设书、厂址选择报告、预可行 性研究报告和可行性研究报告 ✓初步设计 ✓施工图设计 ➢制药工艺设计图是生产工艺设计的主要图纸，通常包括： ✓工艺流程图 ✓设备布置图 ✓管路布置图 一般应按不同设计阶段的要求和规定进行绘制
工艺设计图
流程图
22.1.1 工艺流程图
➢用来表达工艺生产流程的图样，包括：
• 工艺流程示意图 • 全厂总工艺流程图或物料平衡图 • 物料流程图 • 带控制点工艺流程图
工艺流程图
示意图
（1）工艺流程示意图
在生产路线确定后，物料衡算设计开始前表示生产工艺过 程的一种定性图纸，不需编入设计文件中。 主要内容： –物料由原料转变为成品的全部过程 –原料及中间体的名称及流向 –采用的化学反应和单元过程的名称 表示方法：
成品的名称、平衡数据和来源、去向等。
工艺流程图
物料流程图
（3）物料流程图
工艺流程示意图完成后，开始进行物料衡算，将物料衡算 结果注释在流程中,从工艺流程示意图到物料流程图，工 艺流程就由定性转为定量。
Aspen设备工艺计算-ln课件
ASPEN PLUS软件中有4种换热器模型： ①Heater， ②HeatX，
③MHeatX， 多股物流的换热器
④HXFlux。
热传递模型计算
③浮头式换热器和冷凝器系列；
④U型管式换热器系列；
⑤薄管板列管式换热器系列；
⑥不可拆式螺旋板换热器系列；
南京工业大学 包宗宏
⑦BR0.1型波纹板式换热器；
⑧FP-G型复波伞板换热器；
⑨石墨换热器系列等。
在换热器设计计算时，应该优先选用标准系列的换热器，然 后利用软件的强大计算功能与软件数据库的强大信息容量对选
⑴苯塔的理论塔板数、进料位置、回流比、再沸器能耗；
⑵如果精馏段的墨弗里效率（Murphree Efficiencies）为0.65 ，提馏段的墨弗里效率为0.75，试求满足分离要求所需的塔板 数、加料板位置、回流比、再沸器能耗、水力学参数（
Hydraulic parameters）；
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4.2.2 再沸器
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4.3 反应器
对于存在化学反应的化工过程，反应器是整个化工工艺流程 的核心，是化工装置的关键设备，反应物在反应器内通过化学 反应转化为目标产物。由于化学反应种类繁多、机理各异，反 应器的类型和结构也差异很大。反应器操作性能的优良与否， 与设计过程息息相关。
反应工程课程对反应器的基础理论、设计方程等均进行了详 细地介绍。这些基础理论不仅是手工设计反应器的依据，也是 编制各种模拟软件的依据。由于涉及反应器的各种设计方程异 常繁复，手工计算往往令人望而却步，或是采用简化方法进行。 现在各种模拟软件的普及，为反应器的严格设计计算提供了条 件。
啤酒工艺计算
第三章工艺计算3.1.1 物料横算基础数据根据表3-1的基础数据，先进行100kg原料生产11°P啤酒的物料衡算，然后进行100L11°P啤酒的物料衡算，最后进行800吨/天啤酒厂的物料衡算表3-1啤酒生产基础数据项目名称百分比﹪说明定额指标原料利用率98.5麦芽水分 5.0大米水分12 无水麦芽浸出率75 无水大米浸出率95原料配比麦芽70 大米30损失率冷却损失 5.0发酵损失 1.5 对热麦汁而言过滤损失 1.0装瓶损失 1.0总损失率啤酒总损失率8.5 对热麦汁而言3.1.2 100㎏原料生产10°P啤酒的物料衡算热麦汁量根据表2-1可得原料收得率分别为：原料麦芽收得率为：0.75(100-5)÷100=71.25%原料大米收得率为：0.95(100-12)÷100=83.6%混合原料收得率为：（0.7×71.25%+0.3×83.6%）×98.5%=73.83%由上述可得100kg混合原料可制得10°P热麦汁量为：（73.83÷10）×100=738.3（kg）查《啤酒工业手册》得10°P麦汁在20°C的密度为1.04kg/L。
而100°C 热麦汁比20°C时的麦汁体积增加1.04倍。
故，1.热麦汁（100°C）体积为：738.3÷1.04×1.04=738.3（L）2.冷麦汁量为：738.3×（1-0.05）=701.38(L)3.发酵液量为：701.38×（1-0.015）=690.86（L）4.过滤酒量为：690.86×（1-0.01）=683.95(L)5.成品啤酒量：683.95×（1-0.01）=677.11（L）3.1.3生产100L 10°P啤酒的物料衡算根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产10°P淡色啤酒约677.11L，故可得下述结果：1.生产100L 10°P淡色啤酒需耗混合原料量为：100÷677.11×100=14.77（kg）2.麦芽耗用量：14.77×70%=10.34（kg）3.大米耗用量：14.77×30%=4.43（kg）4.酒花耗用量：对浅色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒花耗用量为：738.3÷677.11×100×0.2%=0.218（kg）同理，100kg原料耗酒花：677.11÷100×0.218=1.48(kg)5.热麦汁量：738.3÷677.11×100=109.04（L）6.冷麦汁量：701.38÷677.11×100=103.58（L）7.发酵液量：690.86÷677.11×100=102.03（L ）8.滤过酒量:683.95÷677.11×100=101.01(L)9.成品酒量：677.11÷677.11×100=100（L ）10.湿糖化糟量：设排出的湿麦糟含水分80% 湿麦芽糟量：[(1-0.05)(100-75)/(100-80)] ×10.34=12.28（kg ）湿大米糟量：[(1-0.12)(100-95)/(100-80)] ×4.43=0.97(kg)故湿糖化糟量：12.28+0.97= 13.25（kg ） 同理，100kg 原料产生湿糖化糟：677.11÷100×13.25=89.72(kg)11.酒花糟量：设酒花在麦汁中的浸出率为40%，酒花糟含水分以80%计，则酒花糟量为：kg654.0100)80100(100)40100(218.0=⨯-⨯-⨯同理，100kg 原料产生湿酒花糟：677.11÷100×0.654=4.43（kg ）12.酵母量（以商品干酵母计）生产100L 啤酒可得2kg 湿酵母泥，其中一半作生产接种用，一半作商品酵母用，即为1kg 。
第四章工艺计算
第一节物料平衡计算
一、物料衡算的意义、方法和步骤 物料衡算是工艺计算的基础，在整个工艺
计算工作中开始得最早，并且是最先完成 的项目。当生产方法确定并完成了工艺流 程示意图设计后，即可进行物料平衡计算， 设计工作即从定性分析发展到定量计算。
（一）物料衡算的意义
物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡引 入某一系统或设备的物料质量m，必等于 所得到的产物质量mp和物料损失量mt之和， 即：
3.写出生物反应方程式
根据工艺过程发生的生物反应，写出主反应和副 反应的方程式。对复杂的反应过程，可写出反应 过程通式和反应物组成。需要注意的是，生物反 应往往很复杂，副反应很多，这时可把次要的所 占比重很小的副反应略去。但是，对那些产生有 毒物质或明显影响产品质量的副反应，其量虽小， 但不能忽略，因为这是精制分离设备设计和三废 治理设计的重要依据。
1.生产规模（t/a） 2.生产方法 3.生产天数（d/a） 4.产品日产量（t /d）
5.产品年产量（t/a） 6.副产品年产量（t/a） 7.产品质量 8.总回收率（％）
9.原材料单耗 （1）主原料（t /t产品） （2）辅料（t /t产品） （3）水（t /t产品） （4）电（kWh/t产品） （5）蒸汽（t /t产品） （6）冷量（kJ/t产品）
(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6
4.收集设计基础数据和有关物化常数
需收集的数据资料一般应包括：生产规 模，年生产天数，原料、辅料和产品的规 格、组成及质量等；。
常用的物化常数如密度、比热容等，可 在相应的化工、生化设计手册中查到。
5.确定工艺指标及消耗定额等
设计所用的工艺指标、原材料消耗定额及 其他经验数据，可根据所用的生产方法、 工艺流程和设备，对照同类型生产工厂的 实际水平来确定，这必须是先进而又可行 的，它是衡量企业设计水平高低的标志。
化工吸收塔的物料衡算与操作线方程PPT课件
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二、吸收剂用量的确定
Y1 液气比
B
L/V
(
L V
)
min
B*
最小 液气比
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VL(1.1~2.0)(VL)min
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最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
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(VL)min
Y1Y2 X1* X2
LminV
Y1 Y2 X1* X2
•平衡线为上凸形时
pi Ci
气相主体
传质方向 液相主体
相 总
pi
传
质 推
p
动
力
液相分传 质推动力
气相分传 质推动力
CL
G
L
z
距离
O
c ci c c
双膜模型
NA
pA pAi 1
cAi cA 1
pA
1
p
A
c
A
1
cA
kG2020/7/17kL
KG
KL
传质推动力的图示
增加气相分压或减小溶质在液相中的浓度
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2． 关 于 传 质 阻 力
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X 2/17 0.0212 100/18
或根据平衡数据求平均值
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关 :Y系 0.7为 5X7 2）最小吸收剂用量：
Lmin
V
Y1 Y2
Y1 m
X
2
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X 2/17 0.0212 100/18
V YL1 X V1Y LX
B
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选矿工艺物料衡算法
选矿工艺之物料性质的衡算法一、摩擦角和堆积角的测定（一）摩擦角的测定摩擦角的测定可在摩擦角测定器上进行（如图1）.其构造是将平板一端铰接固定，而另一端则可借细绳牵引自由升降。
测定时将被测物料置于板的固定端的中心部分，并将板缓慢的下降，直至物料开始滑动时为止（不准滚动），此时测出的倾角即为摩擦角。
测定时应重复3~5次，取其平均值。
应该指出：摩擦角测定器的倾斜平板（有木板、钢板或其他材质的板）形状以长方形为适宜，其宽度不应小于被测物料最大粒度的5~10倍，板的长:宽=2:1或3:1均可，由于倾斜平板的材质不同，因而测得的摩擦角也不同，故选择倾斜平板的材质时，应力求接近生产实际。
（二）堆积角的测定测定方法：可在比较平坦的地面或地板上进行测定，将欲测物料通过漏斗落到地面或地板上自然堆积成锥体，直至试验物料沿料堆的各边都同等的下滑为止。
然后将一长木板放在锥体的斜面上，再将倾斜仪置于木板上，此时测出的角度即为被测试料的堆积角（或称安息角）。
如各种粒度铁矿石的堆积角一般为38°~40°.为使测得数据准确需重复测3~5次，取其平均值。
也可用如图2所示装置，预测定的物料由漏斗落至圆台上，形成料堆，直至物为从圆台周围滑下为止。
转动一根活动的直尺，即可测出堆积角。
二、比重的测定（一）粉状试样比重的测定粉状（1~0毫米）试样比重可根据精确度的要求一般常用比重瓶法进行。
比重瓶的容积一般为25，50，100毫升，瓶口上有带毛细孔的玻璃塞子，表示装满水时之容积。
根据试样的多少可采用不同容积的比重瓶。
比重瓶法。
包括煮沸法、抽真空法及抽真空同煮沸相结合的方法，三者的差别仅仅是除去气泡的方法不同，其他操作程序一样。
现将常用的煮沸法介绍如下：为使测得数据准确，通常将比重瓶先用洗液（用重铬酸钾20克，加40毫升水稀释，加热溶解，待冷却后再加浓硫酸350毫升）洗涤，然后用蒸馏水或自来水清洗。
烘干称重为B（称重时一般常用千分之一天平）；再用滴管把蒸馏水注入经重瓶内至有水自瓶塞毛细管中溢出为止，称重为C；把纾缓重瓶内的水倒出重新烘干后，再往瓶内加被测试样（约占瓶容积1/3），称重为A，向比重瓶内注入约占瓶容积2/3的蒸馏水后，一般在水浴中进行煮沸或用抽真空法排净瓶内气泡，使其冷却到室温，然后用滴管把蒸馏水注入比重瓶内仍至有水自瓶塞毛细管中洋车出为止，称重为D。
食品工厂设计工艺计算课件
三、 计算结果的表示
物料计算结果通常用物料平衡图或物料平衡表来表示。
1.物料平衡图
物料平衡图是根据任何一种物料的重量与经过加工处理后所得的成 品及少量损耗之和在数值上是相等的原理来绘制的，平衡图的内容包 括：物料名称、质量、成品质量、物料的流向、投料顺序等项。绘制 物料平衡图时，实线箭头表示物料主流向，必要时用细实线表示物料 支流向。
每班耗用原料量(kg/班)=单位产品耗用原料量(kg/t)×班产量(t/ 班)；
每班耗用各种辅料量(kg/斑)=单位产品耗用各种辅料量(kg/t)× 班产量(t/班)；
每班耗用包装容器量(只/班)=单位产品耗用包装容器量(只/t)× 班产量(t/班)×(1十0.1％损耗)。
单位产品耗用的各种包装材料、包装容器也可仿照上述方法 计算。若一种原料生产两种以上产品，则需分别求出各产品的 用量，再汇总求得。另外，在物料计算的时候，也有用原料利 用率作为计算基础。
第二节 热量平衡计算
一、热量衡算的意义、方法和步骤
（一）热量衡算的意义
（1）计算生产过程能耗定额指标。可对工艺设计的多种方案进行比较，以选定 先进的生产工艺；或对已投产的生产系统的生产过程的经济合理性、过程的先 进性进行分析，并找出存在的问题，提出改造或革新的措施。 （2）热量衡算的数据是设备选型、确定台数的依据。 （3）热量衡算是组织和管理、生产、经济核算和最优化的基础。
（二）热量衡算的方法和步骤
热量衡算也可作全过程的单元设备的热量衡算。 以单元设备的衡算为例具体的方法和步骤如下：
1. 画出单元设备的物料流向及变化的∑示意图。
2. 分析物料流向及变化，写出热量衡算式：
-输入的热量总和（KJ） -损失的热量总和（kJ）
-输出的热量总和（kJ）
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一、物料衡算的意义
在发酵生产中，物料衡算是根据质量守 恒定律来进行的，即凡引入某一系统或 设备的物料质量m，必等于所得到的产 物质量mp和物料损失量md之和，即m＝ mp十md。 这个运算法则，既适用于每一个单元操 作过程，也适合于整个生产过程，既可 进行总物料衡算，也可对混合物中某— 组分作部分物料衡算。
二、物料衡算的步骤
(3)收集有关设计基础数据和物化常数，一般包 括生产规模，年生产天数，原料、辅料和产品 的规格、组成及质量等，以及密度、比热等物 化常数。 (4)确定上艺指标及消耗定额等。设计所用的工 艺指标，原材料清耗定额及其他经验数据，可 根据所用的生产方法、工艺流程和设备，对照 同类型生产工厂的实际水平来确定，这必须是 先进而又可行的量衡算的步骤
(4)收集数据。 主要收集已知物理量，工艺条件和有关物性的数 据等，这些可以从专门的手册中查阅，或依工厂 的实际数据选定。 (5)热量计算。 具体计算热量应运用的公式和程序，可参阅物理 化学的化学反应热计算及化工原理的传热计算等 相关内容。
二、热量衡算的步骤
(6)计算设备热负荷与冷却剂消耗量。 (7)将热量衡算结果汇总，列成表格，对
二、物料衡算的步骤
(5)选定计算基准。计算基准是工艺计算的 出发点，选择正确能使计算结果合理，而 且可使计算大为简化。 在工业生产上，常用的基准有：以单位时 间产品量或单位时间原料量作为计算基准， 以单位质量、单位体积或单位物质的量的 产品或原料量为计算基准，以加入设备的 一批次物料量为计算基准。
一、物料衡算的意义
工厂设计进行物料衡算时有两种情 况：一种是在给定生产规模下，算 出生产过程所需要的原料量，以及 副产品和“三废”生成量；另一种 是在已知原料量的情况下，算出产 品、副产品和“三废”生成量，从 而确定原料消耗定额。
二、物料衡算的步骤
各类型发酵工厂设计中，其物料衡算各有特点， 要求也不尽相同，但都大同小异，其原理是相 同的，通常按下列步骤来进行： (1)弄清题意，并充分了解具体项目对物料衡算 的要求。 (2)画出物料衡算流程示意图。对规定物料衡算 的系统应绘出物料流程示意图，并用箭头标示 各股物料的进出方向、数量、组成，以及温度 和压力等条件，并用恰当符号标明待求的未知 量。
含量为80％，含水14％。 (3)二级种子培养基(g/L) 配方如下。
3．味精发酵车间的物料衡算 以生产1000kg纯度100％的味精，需耗用的原 辅材料及其他物料量为例。
(1)发酵液量
4．6000t／a味精厂发酵车间的物料衡算表
由上述生产1000kg味精(100％纯度)的物 料衡算结果，可求得6000t／a味精厂发 酵车间的物料平衡计算，具体计算结果 如表4—2。
二、物料衡算的步骤
(6)计算。由已知数据进行物料衔算。根据 物料衡算式和待求项的数目列出数学关系 式。关系式数目应等于未知项数目，当关 系式数目少于未知项数时，可用试差法求 解。
二、物料衡算的步骤
(7)整理计算结果。将物料衡算的结果加以整理， 列成物料衡算表，或绘制成物料流程图。物料流 程图是物料衡算结果的一种简单表示方法，它能 清楚地表示出各种物料在流程中的位置、相互关 系以及物料变化情况等。 通过上述物料衡算，可对所设计的工厂、车间或 工段的生产状况进行分析，也可为确定实际生产 能力，衡量操作水平，寻找薄弱环节，挖掘生产 潜力，开展技术革新，改进生产提供依据。
二、热量衡算的步骤
二、热量衡算的步骤
(3)合理确定计算基准。 取不同的基准温度，计算出的数据就不同； 一般 选择—个设计温度，而且每一物料的进出口基堆 必须一致。通常取0℃为基准温度进行计算，这样 可以简化计算。 基准也可视计算需要任意确定，主要考虑尽量减 少计算工作量而选择恰当的基堆。例如可按100kg 或1000kg原料，单位时间、每批进料量等为基准。
衡算结果进行检查和分析。
三、计算实例
30000t／a啤酒厂糖化车间热量衡算 下面就以二次煮出糖化法的糖化工艺为 基准来进行糖化车间的热量衡算。其 工艺流程示意图如图4—6所示，其中 的投料量为糖化一次的用料量。
三、计算实例
第三节 供水衡算
一、概 述
第二节 热量衡算
一、热量衡算的意义
热量衡算的目的是在于定量研究生产，为过程设 计和操作最佳化提供依据。 (1)通过对发酵过程的热量衡算，计算生产过程能 耗定额指标。应用蒸汽等能量消耗的指标，可对 工艺设计的多种方案进行比较，选定先进的生产 工艺；或对已投产的生产系统提出改造或革新方 案，根据少产过程的经验，分析过程的合理性和 先进什，并找出生产上存在的问题。
第四章 工艺衡算
第一节 物料衡算
一、物料衡算的意义
发酵工厂设计中的物料衡算是对整个发 酵生产过程(即由原料至成品)物料变化的 汁算。它包括产品的原辅材料、半成品 和成品等的平衡计算，可以确定各种主 要物料的需要量、采购运输量和仓库储 存量，并对生产过程所需设备和劳动定 员及包装材料用量等提供依据。物料衡 算就是我们通常说的“收人＝支出”的 关系。
一、热量衡算的意义
(2)热量衡算的数据是设备类型选择及确定其 尺寸和台数的依据。 (3)热量衡算是组织管理生产，进行经济核算 和实行最优化的基础。热量衡算的结果有 助于工艺流程和设备的改进，达到节约能 源、降低生产成本的目的。
二、热量衡算的步骤
对工厂的热量街算，一般都把整个生产流 程分开逐个计算，以便简化计算过程，有 利于指导工作和进行生产控制。通常按下 列步骤进行： (1)画出单元设备的物料流向和变化示意图。
三、计算实例
(一)6000t／a味精工厂发酵车间的物料衡算 1．味精发酵工艺流程示意图
味精发酵采用淀粉原料，双酶法或水解法 制糖，中糖发酵，一次等电点提取的工艺， 其工艺流程示意图如图4—l所示。
2．工艺技术指标及基础数据 (1)主要技术指标 如表4—l所示。 (2)主要原材料质量指标 淀粉原料中淀粉