物料衡算与热量衡算
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第4章物料衡算与热量衡算
4.1 物料衡算
物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。
物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。
物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。
物料衡算的意义：
（1）知道生产过程中所需的热量或冷量；
（2）实际动力消耗量；
（3）能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据；
（4）在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，能够为所需设备提供必要的基础数据。
4.1.1 年工作日的选取
（1）年工作时间365-11（法定节假日）=354×24=8496（小时）
（2）设备大修 25天/年=600小时/年
（3）特殊情况停车 15天/年=360小时/年
（4）机头清理、换网过滤 6次/年 8小时/次
[354-(25+15)]×1/6次/天×8小时/次=396小时=16.5天=17天
（5）实际开车时间
365－11－25－15－17=297天
8496－600－360－396=7140小时
（6）设备利用系数
K=实际开车时间/年工作时间=7140/8496=0.84
4.1.2 物料衡算的前提及计算
（1）挤出成型阶段
物料衡算的前提是应在已知产品规格和产量的前提下进行许多原辅材
料量、废品量及消耗量的计算。
已知：PVC片材的年生产量为28500吨，其中物料自然消耗率为0.1%，产品合格率为94%，回收率为90%。
每年生产297天，二班轮流全天24小时生产。
物料衡算如下：
年需要物料量
M1=合格产品量/合格率=28500/0.94≈30319.15t
年车间进料量
M2= M1/（1-物料自然消耗率）=30319.15t /（1-0.1%）≈30349.50t
年自然消耗量
M3=M2-M1=30349.50-30319.15=30.35t
年废品量
M4=M1-合格产品量=30319.15-28500=1819.15t
每小时车间处理物料量
M5=30319.15/297/24h≈4.25t
年回收物料量
M6=M4×回收率=1819.15×90%≈1637.23t
新料量
（2）造粒阶段
①确定各岗位物料损失率塑化造粒工段物料损耗系数
②物料平衡计算
进入本工序的物料量=出料量/（1-本工序的损失率）
进入风送物料量：
新造粒量：30319.15×（1-5%）=28803.19t（颗粒中需加入回收物料为总量的5%）
进入输送的物料量：28803.19t /(1-0.2%)=28860.91t
进入挤出造粒物料量：28860.91/(1-0.5%)=29005.94t
进入冷混机的物料量：29005.94/(1-0.1%)=29034.98t
进入高混机的物料量：29034.98/(1-0.1%)=29064.04
进入筛选输送物料量：29064.04/(1-0.5%)=29210.09t
（3）物料中各组分需求量
物料中各组分需求量计算方法：
（1）年组分需要量(t)
物料年需要量×组分占整个物料量的百分比=组分年需要量
（2）日组分需要量(t)
年组分需要量÷实际开车天数（297）=日组分需要量
（3）每小时组分需要量（kg）
年组分需要量÷实际开车时（7140）=每小时组分需要量
根据衡算，计算出实际每天需要量及日需要量和每小时需要量，见表
表每年需要量及日需要量和每小时需要量
根据计算画出物料衡算流程图
29210.09吨/年→造粒工段→28803.19吨/年→挤出成型工段→285000吨/年
↓↑↓
406.9吨/年1515.96吨/年1819.15吨/年
（总损失）（加回收料）（损失+下脚料）
4.2热量衡算
在热塑性塑料成型过程中，必须将原料进行加热至粘流态（高弹态）再成型，需要将加热量传递给塑料，成型后的冷却定型需要将热量除去。
在车间设计中进行热量衡算的目的：为保证顺利进行成型加工，确定加热所需的热量，并核算加算电功率。
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。
确定冷却需排出热量，一方面可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。
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，热力学第一定律是热量衡算的理论依据。
即若忽略机器的散热，不考虑摩擦剪切热则：加热器放出的热量（Q0）应等于物料所吸收的热量（Q1）。
热平衡方程式表示为:Q0=Q1
上式是通用公式，具体应注意以下几个问题：
1.必须弄清过程中的热量形式及热损失，从而确定所要收集的物理性
数据及数据的可靠性。
以保证计算的准确性。
2.要合理确定计算基准，计算基准是指数量上的基准和基准态，数量基准。
3.按处理每公斤物料计算，基准态一般是以25℃作为基准温度的。
在热塑性成型过程中，最常用的能量来源为电能转变成热能。
主要方法有两种：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。
所以广泛采用于塑料加工过程中，热量衡算的方法有：（1）温差法（2）焓变法
（1）温差法
q h=q m.h×c h(T1-T2)
q c=q m.c×c c(T’1-T’2)
式中：q m.h,q mc--------热流体和冷流体的质量流量kg/s
C h,cc---------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
T’1,T’2---------冷流体最初和最终的温度k
（2）焓变法
q h=q m.h×(h1-h2)
q c=q m.c×(h’1-h’2)
式中：q m.h,q m.c--------热流体和冷流体的质量流量kg/s
h1,h2--------热流体最初和最终的焓值J/k
h’1,h’2--------冷流体最初和最终的的焓值J/k
已知，CPVC树脂的比热容c=4.4kJ/(kg.k),T1=20℃,T2=185℃.q m,pvc×c ×(T2-T1)=0.097挤出机最佳生产能力为730kg/h则
Q吸=q m,pvc×c×(T2-T1)=0.097×4.4×165=70.583（kw）
小于挤出机的功率319.4kw。
第4章挤出生产线机器数量的确定
4.1挤出机规格的确定
由物料衡算知，要求车间的处理物料量为：
M1=合格产品率/合格率=28500/0.94≈30319.15t
那么，每小时车间处理物料量为：
M5=30319.15/297/24h≈4.25t
表4-1 SJ-200/30锥形单螺杆挤出机主要参数表
4.2 挤出机数量的确定
根据挤出机的最佳生产能力，【最佳生产能力=最小生产能力+（最大生产能力—最小生产能力）×2/3】初定挤出机的生产能力为730kg/h.
初定台数：
初定台数=每小时总处理物料量/挤出机生产能力=4250kg/h/7300 kg/h ≈5.8台
实际所需台数
确定是应该考虑的因素有：车间开机率（内含设备维修情况、开停车及临时性停车）；一般选择范围在85%～95%，然后计算实际台数。
其计算公式如下：
实际所需台数=初定台数/开机率=5.8/95%≈6.1台
择优分析（依据台时产量）
则6台方案：
台时产量=每小时总处理物料量/（台数×开机率）=4250kg/h/（6×0.95）=745.6kg/h
则7台方案：
台时产量=每小时总处理物料量/（台数×开机率）=4250kg/h/（7×0.95）=639.09 kg/h
择6台方案接近每小时及其产量，设备利用率高，故选用6台方案。
4.3挤出生产线的确定
为使挤出成型工艺更为高效的配合，提高车间生产效率和产品的合格率及质量，采用成套的挤出机生产线（GF250）。
