物料衡算举例

二、工艺计算2.1物料衡算1、精馏塔内各物性的计算已知：X D =93%,，X F =25%，X W =1%(质量分数)乙醇的摩尔质量 46.07/M gm o l A = 水的摩尔质量 18.02/M g mol B =(1) 将浓度换算，用摩尔分数表示为：0.93/46.070.93/46.070.07/18.020.25/46.070.25/46.070.75/18.020.001/46.070.001/46.070.999/18.020.83870.11540.003937D F W X X X +++====== (2) 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量0.115446.07(10.1154)18.0221.26/0.838746.07(10.8387)18.0241.56/0.00393746.07(10.003937)18.0218.13/F D W M g molM g molM g mol=⨯+-⨯==⨯+-⨯==⨯+-⨯= (3) 根据F W D WX X DF X X -=-可得D F =0.13353/100001030.3841.5633024mol h k D ⨯=⨯⨯= 227.57/0.1335D F kmol h == 由物料衡算 F=D+W 得W=F –D=227.57-30.38=197.19kmol/h2、组分的y-x 相平衡图根据乙醇—水的平衡资料[1]，在坐标纸上描出各点，然后用一条平滑的曲线将这些点连接起来，即得出乙醇—水的相平衡图。

见附图13、计算最小回流比R min 以及实际的R在乙醇—水的相平衡图中，过点（0.8387，0.8387）作相平衡曲线的切线，此切线与相平衡线交于一点e ，既有： min 0.27481Dx R =+将x D =0.8387带入上式，可以求出R mi n =2.05又因为在实际情况中R=1.1~2R min ,此处取R=1.4R min ，计算并圆整后得：R=3,故，由操作线方程得：精馏段 V=(R+1)D=4×30.38=121.52 kmol/hL=RD=3 ×30.38=91.14 kmol/h提馏段 _V =V=121.52 kmol/h _L =L+qF=91.14+227.57=318.71 kmol/h4、计算理论塔板数N T 和全塔效率E Ta) N T 的计算：此处使用图解法求解，其具体过程为：在相平衡图上找出点a(0.8387,0.8387),再利用R=3，D X =0.8387,计算出1+R X D 从a 点出发，以1+R X D 为截距做精馏操作线，采用泡点进料，即q=1过点（W X ,W X ）即点(0.003937,0.003937)，及点d 做一条直线，即为提馏段的操作方程。

举例一：冰淇淋生产的物料计算1 列出国家标准（及企业标准）配方成品中含量项目总固体（%）乳脂肪（%）非脂乳固体（%）蔗糖（%）稳定剂（%）水分（%）标准32～36 8～12 8～10 ≥16 ≤0.5 62.5～65 取值35 9 10 16 0.5 64.52 原料成分表序号名称脂肪量（%）非脂乳固体（%）1 稀奶油40 52 原乳 4 83 全蛋粉42 544 全脂乳粉27 713 计算(按每吨冰淇淋所需原料计算)（1）非乳制品的量①蔗糖：1000×16%=160kg②全蛋粉：（用量0.5～2.5%，取2%）1000×2%=20kg③明胶（稳定剂）：1000×0.5%=5kg（2）乳制品的量：设稀奶油为X，原乳为Y,全脂乳粉为Z，X＋Y＋Z=1000－(160＋20＋5)=81540X＋4Y＋27Z=1000×9－20×42=81605X＋8Y＋71Z=1000×10－20×54=8920解得：X=108.46kgY=663.28kgZ=43.26kg所以：1吨冰淇淋原料用量如下列表：序号原料名称用量（kg）1 原乳 663.282 稀奶油 108.463 全脂乳粉 43.264 全蛋粉 205 蔗糖 1606 明胶 5kg举例二：班产12.5吨原汁猪肉罐头的罐头车间物料计算1. 罐头规格=397g/罐2. 成品罐头数=(12×1000)/(397×310-)=31486罐3. 每箱装48罐罐头4. 每班纸箱总数=31486/48=656个（用以确定包装机械、纸箱仓库面积）5. 产品中次品率0.2%6. 实际产罐头数=31486/（1－0.2%）=31549个7. 次品罐头数=31549－31486=63个8. 进入杀菌锅罐头数=31549个（确定杀菌面积）9. 每罐装肉量=360g10. 洗罐时筛选出0.2%11. 所需总罐数=31549/（1－0.2%）=31612空罐（空罐车间安排生产、机械选型）12. 罐内净装肉总量=31549×360×310-=11358kg13. 装罐时，肉损失1%14. 实际需用肉量=11358/（1－1%）=11473kg15. 调味料加入量=1.087%（占肉量）16. 调味料用量=11473×1.087%=124.7kg17. 切成小块肉时的损失=1.33%18. 切块前肉量=（11473－124.7）/（1－1.33%）=11501kg19. 去淋巴、杂质等损失=0.6%20. 去杂质前的肉量=11501/（1－0.6%）=11570kg21. 切大块损失=1.31kg22. 切大块前肉量=11570/（1－1.31%）=11724kg23. 去皮率=10%24. 未去皮肉量=11724/（1－10%）=13027kg25. 去骨头率=13.3%26. 去骨前肉量=13027/（1－13.3%）=15025kg27. 冻猪肉分段损失率=2.2%28. 所需冻猪肉量=15025/（1－22%）=15363kg29. 原料消耗定额=原料量/成品量=15363/12500=1.23（即每班成品所消耗原料量）30. 出成率=12500/15363=81.4%（最后列表）举例三日处理鲜奶10吨的全脂乳粉的物料计算1 日处理鲜奶10吨2 每天班次2班3 每班生产6小时4 每小时处理鲜奶量=10×1000/2×6=833.3kg/h5 浓缩前损失率=0.2%6 蒸发前奶量=833.3×（1－0.2%）=831.6kg/h（确定浓缩设备）7 蒸发过程损失率=0.2%（以浓缩前为基准）8 蒸发过程损失量=831.6×0.2%=1.66kg/h9 浓缩终点浓度=45%（原乳浓度=11.2%）10 浓缩后奶量=（831.6－1.66）×11.2%/45%=206.94kg/h11 水分蒸发量=831.6－1.66－206.94=623kg/h（确定蒸发设备蒸汽耗量、传热面积）12 喷雾损失率=0.5%13 干燥塔损失乳量=206.94×0.5%=1.04kg/h14 进入干燥塔乳量=206.94－1.04=205.94kg/h15 乳粉含水量=2%16 干燥出水分量=205.9×（1－45%/98%）=111.36kg/h（热风量、空气预热量选择）17 奶粉量=205.9－111.36=94.54kg/h18 包装时成品损失率=0.2%19 实际包装奶粉量=94.54×（1－0.2%）=94.36kg20 每袋乳粉规格=450kg21 成品袋数（每天）=94.36×6×2/0.45=2517袋22 单位产品原料消耗定额=833.3/94.36=8.83举例四 年产3000吨饮料的车间物料计算 1 产品方案如下：2 桔子汽水配方：白砂糖 10%（ 其中3%用糖精或甜叶菊糖代替） 食用酸 0.08%（以柠檬酸汁） 防腐剂 3/万（苯甲酸钠） 桔子原汁 3% 桔子香精 0.075% 食用柠檬黄 0.0134‰ 食用胭脂红 0.0017‰3计算如下：① 成品量=1400吨/年② 产品合格率=99.5%（从贴标开始到出丁期间损失量） ③ 实际产品量=1400/99.5%=1404吨④ 实际班产量（每月按25天计） 4个月为3班，1个月为2班，1个月为1班 =1407/(4×25×3+1×25×2+1×25×1) ×0.75 =2.81吨/班 ⑤ 每小时产量=3.752/8=351kg/h ⑥ 每分钟产量=351/60=5.85kg/h ⑦ 每瓶装入量=240ml （org ）⑧ 每分钟生产瓶数=5.85×1000/240=24.4≈25瓶/分 ⑨ 工艺损失率=5%（灌水时压差破损）⑩ 每分钟实际生产瓶数=25/0.95=26.3瓶≈26瓶/分（为设备选型、灌装机选型） ⑪ 班产瓶数=27×60×8=12960瓶/班名称 年产量（t ）123456789101112桔子汽水 1400香槟 1600⑫纸箱数=12960/24=540箱/班（每箱装24瓶）⑬每班需白砂糖量=12960×240/1000×7%=217.7kg⑭每班需甜味素=(12960×240)/(1000×450)×3%=0.21kg(甜度比为1/450) ⑮每班需桔子原汁=12960×240/1000×3%=93.3kg⑯每班需防腐剂量=12960×240/1000×3/万=0.933kg⑰每班需桔子香精量=12960×0.24×0.075%=2.33kg⑱每班需柠檬黄=12960×0.24×0.0134‰=41.7g⑲每班需食用胭脂红=12960×0.24×0.0017‰⑳每班生产汽水用水量=12960×0.24－[⒀+⒁+⒂+⒃+⒄+⒅]=2795.8kg≈2.83m。

3.2 物料衡算3.2.1 全年生产安排本设计年产1000t红芸豆饮料厂，生产芸豆浓浆和芸豆乳饮料两种新型营养复合蛋白饮料，两种蛋白饮料年产均为500t，年生产日为300天，每天一班，日工作8h，理论设计每种产品每班产量500÷300≈1.667t。

考虑到在生产过程中可能会出现的罐装、密封、包装不好等现象导致产品的不必要损失。

成品率为99.7%所以每种产品每班产量设计为1.67t，每班生产3.34t。

由于两种产品只是调配时配方不同，其他工艺相同，所以每种产品每天生产4h，两种产品用一条生产线。

平均每小时生产计算在本设计中每班生产8h，则有：每小时产量＝班产量（t）÷有效生产时间（h）＝3.34（t/班）÷8（h）＝0.4175（t/h）本设计预计成品年产量为：3.34×300＝1002t。

红芸豆饮料每盒250g，每天生产3340000÷250＝13360盒则每小时生产13360÷8＝1670盒3.2.2 原辅料物料衡算3.2.2.1 物料衡算全年生产300班，每种产品成品班产量为1.67t，成品总班产量3.34t。

红芸豆浸泡时豆水比例1：3，浸泡后增重2倍。

（1）芸豆浓浆生产的物料衡算成品班产量按1.67t设计计算。

250g/盒，20盒/箱。

每班生产6680盒，334箱。

原料精选清洗浸泡脱皮291.47kg 276.90kg 清洗损失0.5% 275.52kg551.04kg精选损失5% 损失1.38kg 含水275.52kg损失14.57kg蒸煮糊化磨浆过滤调配损失4% 加红芸豆529.00kg 1587.00kg 损失3%添加辅料损失22.04kg 含水264.50kg 损失47.6kg（见表）再加水1058.00kg1539.40kg红芸豆浆占总量91.8% 杀菌脱臭均质灌装1676.9kg 灌装损失0.2%损失3.4kg 检验装箱 1.67t成品入库6694盒250g/盒检验损失0.2% 20盒/箱损失14盒6680盒，334箱图3-1 芸豆浓浆物料衡算（2）芸豆乳饮料生产的物料衡算成品班产量按1.67t设计计算。

第三章物料衡算＆ 3.1流程示意图3.1.1画流程示意图3.1.2 化学反应方程式：3.1.3 确定计算任务：聚合与沉析（混料槽）均属于间歇操作，需要建立时间平衡。

由设计任务和生产现场可知生产规模、生产时间、消耗定额、各步损失以及聚合配方等工艺操作条件。

可以顺流程展开计算，并按间歇过程与连续过程分别确定基准依次计算。

间隙过程基准：kg/釜；连续过程基准：kg/h＆ 3.2生产数据3.2.1全装置生产数据1、生产规模：20000吨PVC/年2、生产时间：8000h3、聚合釜数据：1）体积：33m32）装料系数：0.93）每釜投料量：10t4）平均每釜产量：8486㎏4、生产周期1抽真空至600mmHg……………………………………………………………………………h21充氮再抽真空至600mmHg……………………………………………………………………h22加单体、助剂、水……………………………………………………………………………h31升温……………………………………………………………………………………………h26反应……………………………………………………………………………………………h2排气、清物料…………………………………………………………………………………h11清釜……………………………………………………………………………………………h612合计……………………………………………………………………………………………h5、损耗分配聚合车间总收率为94.8％。

总消耗为6.2％。

各步骤的损失分配如下（间歇过程以单体进料量为准，连续过程以聚合釜内反应生成的聚合物为准）：聚合釜：VC 0.1％；PVC 0.2%；混料槽：VC 0.8％；PVC 0.8％；汽提塔：VC 0.1%；PVC 0.2％；离心：PVC 0.5%气流干燥：PVC 0.1%；沸腾干燥：PVC 1％；包装：PVC 1.5％合计：6.2％（其中PVC占5.2％，VC占1.0％）6、聚合配方1）单体纯度：为方便起见，按100％计算新鲜料：回收料＝9：12）水油比：1.85软水/VC3）助剂：名称用量引发剂：IPP（75％）水溶液0.025％VC分散剂：HPMC（6%水溶液）0.0365％VCPV A （3％水溶液）0.0365％VC热稳定剂：有机锡0.025％VCPH调节剂：H3PO4（50％水溶液）0.046％VC铁离子螯合剂：EDTA 0.02％VC链终止剂：双酚A 0.04％VC7、操作时间与控制指标聚合温度59±0.5℃出料压力6kg/cm3（表压）转化率90％混料槽温度为75℃，操作规定加42％液碱14L，加碱量为0.05％～1％（母液中含NaOH量）。

三、物料平衡计算的方法和步骤 （一）水泥厂的物料平衡计算1.烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 （1）年平衡法计算步骤是：按计划任务书对工厂规模（水泥年产量的要求），先计算要求的熟料年产量，然后选择窑型、规格，标定窑的台时产量，选取窑的年利用率，计算窑的台数，最后再核算出烧成系统和工厂的生产能力。

①要求的熟料年产量可按式（3-1）计算： Q y =ped ---100100G y （3-1)式中 Q y ——要求的熟料年产量（t/a ）；G y ——工厂规模（t/a ）；d ——水泥重视高的掺入量（%）；e ——水泥中混合材的掺入量（%）； p ——水泥的生产损失（%），可取为3%~~5%。

当计划书任务书规定的产品品种有两种或两种以上，但所用的熟料相同时，可按下式分别求出每种水泥要求的熟料年产量，然后计算熟料年产量的总和。

Q y1=pe d ---10010011G y1（3-2）Q y2=pe d ---10010022G y2(3-3)Qy=Q y1+Q y2(3-4)式中 Q y1，Q y2——分别表示每种水泥要求的熟料年产量（t/a ）；G y1，G y2——分别表示每种水泥年产量（t/a ）； d 1，d 2——分别表示每种水泥中石膏的渗入量（%）； e 1，e 2——分别表示每种水泥中混合材的渗入量（%）； Q y ——两种熟料年产量的总和（t/a ）。

②窑的台数可按式（3-5）计算：n=1.8760h QQyη (3-5)式中 n ——窑的台数；Q y ——要求的熟料年产量（t/a ）;Q h.1——所选窑的标定台时产量【t/(台·h)】；η——窑的年利用率，以小数表示。

不同窑的年利用率可参考下列数值：湿法窑0.90，传统干法窑0.85，机立窑0.8~0.85，悬浮预热器窑、预分解窑0.85；8760——全年日历小时数。

算出窑的台数n 等于或略小于整数并取整数值。

例如，n=1.9，取为两台，此时窑的能力稍有富余，这是允许的，也是合理的。

10吨发酵罐物料衡算10吨发酵罐产山东链霉素物料衡算一、发酵罐底料的物料用量：=2%×10000=200kg (7400/吨)淀粉： m01豆粉： m=0.4%×10000=40kg (3100/吨)02=0.05%×10000=5kg (3100/吨)硫酸镁: m03氯化钠： m=0.05%×10000=5kg (10000/吨)04=0.128%×10000=12.8kg (18000/吨)磷酸氢二钾： m05=0.001%×10000=0.1kg (15000/吨)硫酸亚铁： m06物料总价格= 200×7.4+40×3.1+5×3.1+5×10+12.8×18+0.1×15=1901.4元二、培养液连续灭菌用蒸汽量：灭菌加热过程中用0.4MPa，I=2748.5KJ/kg，加热至120°C，冷却水由20°C 升到45°C。

消毒灭菌用蒸汽量（D）：D=[10×2.01×（120-20）×1.07]/(2748.5-120×4.18)=0.95t考虑到1吨种子罐用量约为0.1t因此总蒸汽用量为1.05吨2.01是糖液的比热容[kJ/(kg?K)]因此总的耗煤量=（1050 ×2748.5 ）/29307.6≈100kg1公斤标煤＝29307.6kJ/k三、发酵罐空罐灭菌蒸汽量：1、发酵罐体加热用蒸汽量发酵罐公称容积10m3，材料为碳钢，发酵罐罐体重2.36t，比热容0.5kJ/(kg·℃)，使用0.4MPa蒸汽(表压)灭菌，发酵罐罐压保持在0.15MPa(表压)下，由20℃升至127℃，维持1h。

其蒸气用量为：D=[2.36×1000×0.5×(127-20)]/(2748.5-535.4)=57.02kg式中2748.5 ——0.4MPa(表压)蒸汽热焓，kJ/kg535.4——0.15MPa，127℃时蒸汽凝结水热焓，kJ/kg2、填充发酵罐空间所需蒸汽量公称容积10m 3发酵罐的全容积为12m 3，其蒸气用量为：D=12×1.39=16.68kg式中ρ——加热蒸汽的密度，ρ=1.39kg/m 3发酵罐灭菌 (0.15MPa ，表压) 1h 。

干燥器的物料衡算：在干燥任务给定后，通过物料衡算可算出需除去的水分量和需要消耗多少空气量，从而为系统风机大小，动力消耗等问题的确定提供可靠依据。

此外，利用物料衡算可确定出干燥产品量。

1）水分蒸发量对于下图所示喷雾干燥流程中的干燥塔作物料衡算，若在干燥塔内无物料损失，那么可写出：（喷雾干燥流程）（单击可看图片）式中：W——单位时间内水分的蒸发量，kg水/s；Gc——单位时间内绝干物料的流量，kg绝干料/s；L——单位时间内绝干空气的流量，kg绝干气/s；X1、X2——分别为物料进、出干燥塔时的干基含水量，kg水/kg绝干料；H1、H2——分别为空气进、出干燥塔时的湿含量，kg水/kg绝干气。

湿物料和产品中的含水量通常都以湿基含水率ω与干基含水率X表示，两者之间的关系为：或式中：X——物料的干基含水量，kg水/kg绝干料；ω——物料（或产品）的湿基含水量，kg水/kg湿物料。

2）空气消耗量将上式改写，绝干空气消耗量可表示出：或式中：L——绝干空气消耗量，kg绝干气/s；l——单位水分汽化所需绝干空气消耗量，kg干空气/kg水；H0、H1、H2——空气进、出预热器及离开干燥器时的湿含量，kg水/ kg干空气。

由上式表明：干空气消耗量仅与空气的最初湿含量（预热前）和离开干燥器时的湿含量有关，与所经历的路径无关。

在相同条件下，干空气消耗量L随H0的增加而增加，也就是说，干空气消耗量随设备安装地点及季节不同而不同，必须按设备安装地最高相对湿度来进行计算。

温度为t0、湿度为H0的湿空气消耗量，即实际空气消耗量由下式计算：或式中：L′——湿空气的质量流量，kg湿空气/h；LV′——湿空气的体积流量，m3/h；L——干空气的质量流量，kg绝干气/h；H0——湿空气的湿度，kg湿空气/kg干空气t0——湿空气的温度，℃。

3）干燥产品量进入干燥器的湿物料，根据干燥任务要求除去水分而获得产品，由物料衡算可写出：或式中：G1——进入干燥器的湿物料量，kg湿物料/h；G2——干燥产品量，kg/h；W——水分蒸发量，kg/h；ω1——湿物料的湿基含水量，kg水/kg湿物料；ω2——干燥产品的湿基含水量，kg水/kg（产品）。

精心整理物料平衡计算公式:每片主药含量理论片重=测得颗粒主药百分含量1.原辅料粉碎、过筛的物料平衡物料平衡范围：97.0%〜100%物料平衡=丄，100%aa-粉筛前重量(kg)b-粉筛后重量(kg)c-不可利用物料量(kg)2.制粒工序的物料平衡物料平衡范围:98.0%〜104.0%制粒工序的物料平衡=b c d X 100%a,z/x '£~"i t-.z / -hi制粒工序的收率=b X 100%aa-制粒前所有原辅料总重(kg)b-干颗粒总重(kg)c-尾料总重(kg)d-取样量(kg)3.压片工序的物料平衡范围:97.0%〜100.0%压片工序的物料平衡=b+c+ d X 100%a压片工序的收率=-X 100%aa-接收颗粒重量(kg)b-片子重量(kg)c-取样重量(kg)d-尾料重量(kg)4.包衣工序的物料平衡包衣工序的物料平衡范围:98.0%〜100.0%包衣工序的物料平衡=c d ea +b包衣工序的收率=—Ja +ba-素片重量(kg)b-包衣剂重量(kg)c-糖衣片重量(kg)d-尾料重量(kg)e-取样量(kg)精心整理5.内包装工序物料平衡内包装工序物料平衡范围：99.5%〜100.0%包材物料平衡=B b C d I。

％a + Aa-PTP领用量(kg)b-PTP剩余量(kg)A-PVC领用量(kg)B-PVC剩余量(kg)c-使用量(kg)d-废料量(kg)片剂物料平衡=b C d 100%aa：领用量(Kg)b :产出量(Kg)c:取样量(Kg)d :废料量(Kg)6.外包装工序的物料平衡包装材料的物料平衡范围：100%'ir I包装材料物料平衡=b——d 100%a +ee-上批结存a-领用量b-使用量c-剩余量d-残损量7.生产成品率成品率范围：90%〜102%片剂收率=b +c+d乂100%aa-计划产量b-入库量c-留样量d-取样量1.粉碎过筛和称配岗位物料平衡检查：配料量--------------------- X100%粉碎过筛后原辅料总重(物料平衡范围应控制在99.8〜100.2%)2.制粒干燥、整粒总混岗位物料平衡检查：总混后重量+不良品X100%干颗粒净重+润滑剂+崩解剂(物料平衡范围应控制在99.0〜100.0%)精心整理3.充填抛光岗位物料平衡检查：胶囊总重+ 细粉+不良品+废胶囊壳重量--------------------------------------- X100%颗粒总重+胶囊壳重量（物料平衡范围应控制在96.0〜101.0%）4.铝塑内包岗位物料平衡检查：（成品板总重/平均每板重量+不良品）x规格（粒/板）--------------------------------------- 0%胶囊领用量/平均胶囊重# 4F •:■- （物料平衡范围应控制在98.0〜101.0%）5.总物料平衡检查：成品产量X100%理论产量（物料平衡范围应控制在97〜100%）。