第3章_物料衡算

第三章 物料衡算

第一节 概述

一、物料衡算的作用和任务

物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗(生产1Kg产品所需要消耗的原料的Kg数)、副产品量以及输出过程中物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。

在制药过程中经常遇到有关物料的各种数量和质量指标，如“量”(产量、流量、消耗量、排出量、投料量、损失量、循环量等)；“度”(纯度、浓度、分离度等)，“比”(配料比、循环比、固液比、气液比、回流比等)；“率”(转化率、单程收率、产率、回收率、利用率等)等。这些量都与物料衡算有关，都影响到实际上的物料平衡。

因此，物料衡算是制药生产(及设计)的基本依据，是衡量制药生产(以及任何生产)经济效果的基础，对改进生产和指导设计具有重大意义。

二、物料衡算的类型

在医药生产中，我们按照物质的变化过程来分，可以将物料衡算分为两类：

一类是物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化，这类物理过程在医药工业中主要体现在混合过程和分离过程。如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。

图3-1 盐酸林可霉素结晶过程物料衡算

另一类是化学过程的物料衡算，即由于化学反应，原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决(如非那西丁酰化反应见图3-2)。同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。

图3-2 非那西丁酰化工段物料衡算

此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同，可以分为两类：

一类是连续操作。如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变的。如物料在进口的温度和出口的温度是不随时间变化的，且始终是一个定值，如图3-3。

第三章 物料衡算

3.1 概述

1.概念：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。

2.意义：通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，并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。

3.2 物料衡算的基础

物料衡算的基础是物质的守恒定律，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。亦即：

∑m1＝∑m2＋∑m3＋∑m4

式中 ∑m1—输入物料量总和，kg；

∑m2—输出物料总量和，kg；

∑m3—物料损失量总和，kg；

∑m4—物料积累量总和，kg；

当系统内物料积累量为零时，上式可写成：

∑m1＝∑m2＋∑m3

3.3 物料衡算的基准

1. 间歇式操作过程：常采用一批原料为基准进行计算

2. 连续式操作过程：可采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。

3. 本设计的生产方式为间歇式生产。

4. 包装形式：纸板桶，25kg/桶。

3.4 物料衡算的过程

3.4.1 生产规程

本次设计内容为化学原料药多功能生产车间工程项目，该车间拟生产阿齐沙坦〔产品年产量为 25t/a〕。

该工厂每年根据节假日、设备维护与工艺验证时间，全年生产时间为250天。

生产组织根据车间工艺要求可采用以下倒班方式：

倒班方式一：3 班制／天，每天生产时间 24 h〔0:00-24:00〕，每周工作 5 天；

倒班方式二：2 班制／天，每天工作 16 h〔7:00-23:00〕，每周工作 7

天;

注：倒班方式任选其中 1 种或 2 种组合；结晶釜日常连续运行不纳入倒班时间。

化工设计第3章物料衡算与能量衡算

在化工设计中，物料衡算与能量衡算是非常重要的步骤。物料衡算主要是指对化工过程中所使用的各种原材料的进出量进行计算，能够帮助工程师了解原料的使用情况，为后续的工艺设计提供依据。而能量衡算则是对化工过程中的能量转化进行计算，可以获得能量消耗和产生的数据，有助于优化能源利用，提高生产效益。

物料衡算的主要步骤包括：确定物料流程图、编制原料清单、计算物料进出量和考虑损失。首先，需要根据工艺流程确定物料的流向，画出物料流程图，明确物料的进出口。然后，根据物料流程图编制原料清单，列出每种原料及其使用量。接下来，根据反应方程式和化学平衡计算物料的进出量。最后，要考虑到物料的损失情况，例如挥发、流失和反应损失等，并对损失量进行合理估计。

能量衡算的主要步骤包括：确定能量流程图、计算能量损失和能量转化。首先，需要根据工艺流程确定能量的流向，画出能量流程图，明确能量的进出口。然后，根据各个过程单元的热平衡计算能量的损失，例如由于传热而损失的热量。接着，需要计算能量的转化，例如燃料的燃烧、蒸汽的产生等。最后，通过能量衡算可以得到能量的消耗和产生数据，为能源优化提供依据。

物料衡算和能量衡算的结果可以互相影响。例如，在物料衡算中，如果其中一种原料的进出量大幅增加，会导致能量的消耗也增加。而在能量衡算中，如果能源的利用率提高，能够减少原料的消耗。因此，在进行物料衡算和能量衡算时，需要综合考虑两者的关系，以达到优化生产效益的目的。 总之，物料衡算和能量衡算是化工设计过程中非常重要的环节。通过对物料和能量的计算和衡算，可以获得关键数据，为后续的工艺设计和能源优化提供依据，提高生产效益，降低成本。因此，对于化工工程师来说，掌握物料衡算和能量衡算的方法和技巧非常重要。

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的内容，本文将从物料衡算和能量衡算两个方面进行介绍。

一、物料衡算

物料衡算是指在化工生产过程中，对各种原料、中间体和产品的质量、数量和成分进行准确计算的过程。物料衡算的目的是确定生产过程中各种物料的需求量，确保生产过程稳定和产品质量符合要求。

物料衡算的方法主要有质量衡算和量衡衡算两种。质量衡算是以物料的质量为基础进行计算，通过分析反应进入和离开反应器的质量，计算物料的损失和转化率等。量衡衡算是以物料的容积或重量为基础进行计算，通过对物料流动的速度、压力、体积和化学反应速率等参数的测量，来计算物料的数量和流动性。

物料衡算的具体步骤包括：确定物料流程图，定义物料的属性和流动参数，编写物料表，进行物料平衡方程的建立，计算各物料的需求量和产量等。

二、能量衡算

能量衡算是指在化工生产过程中，对能量的输入、输出和损失进行准确计算和分析的过程。能量衡算的目的是确保生产过程中的能量平衡和能源利用效率的提高。

能量衡算的方法主要有热平衡法和能量流平衡法两种。热平衡法是基于热力学原理，通过测量和计算热量的流入和流出来进行能量衡算。能量流平衡法是基于能量守恒原理，通过对能量流动的速度、温度和压力等参数的测量，来计算能量的输入和输出。

能量衡算的具体步骤包括：确定能量流程图，定义能量的属性和流动参数，编写能量表，进行能量平衡方程的建立，计算各能量的输入量和输出量等。

三、物料衡算和能量衡算的关系

在进行物料衡算和能量衡算时，需要考虑以下几个方面：

1.反应进程的热力学和动力学特性对物料和能量衡算有重要影响。在确定衡算方法和参数时，需考虑反应的热效应和速率等因素。

2.物料的组成和性质对衡算结果有重要影响。不同物料具有不同的热容量、蒸发潜热和燃烧热等参数，这些参数直接影响到能量衡算的结果。

3.流程设计和设备选择对衡算结果也有影响。不同的流程和设备对物料流动的速度、压力和温度等参数有不同的要求，这些参数直接影响到物料和能量衡算的结果。