物料衡算

三.工艺设计计算

3.1 物料横算

3.1.1物料衡算的意义

物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出：

(1) 实际动力消耗量

(2) 生产过程所需热量或冷量

(3) 为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据

(4) 在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。

综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法

塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下：

(1) 确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。物料衡算示意图如下：

(2) 说明计算任务。如：年产量、年工时数等。

(3) 选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4) 由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：

ΣG1=ΣG1+ΣG3

式中：ΣG1——进入设备的物料量总和

ΣG2——离开设备的正品量和次品量总和 ΣG3——加工过程中物料损失量总和 (5) 收集数据资料。一般包括以下方面： ①年生产时间：连续生产300~350 d 间歇生产200~250 d

连续生产时，年生产的天数较多，在300d左右，其他时间将考虑全长检修，车间检修或5%~10%意外停机。当间歇生产时，就要减去全年的休息日，目前为双休日加上法定假日全年约为110d，所以间歇生产比连续生产少110个工作日。

总之，确定了每年有效地工作时数后就能正确定出物料衡算的时间基准，算出每小时的生产任务，进而在以后的计算中选定设备的规格。具体的选择天数要通过分析得出。

②有关定额、合格率、废品率、消耗率、回收率等。在任何一个产品加工过程中，合格产品都不是百分之百。由于设备原因、原材料原因以及人为原因都可能造成废品的出现。加工不同的产品出现废品的几率有差异，要具体情况具体分析。才外还应考虑车间管理水平、设备先进水平等，取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现：塑料制品合格率为85%~95%、自然损耗率为0.1%~0.15%，这主要是贮存、运输、

加工前的消耗。回收率则应根据具体情况（如：原料品种或制品情况等）考虑，但又不可能百分之百的回收再利用，所以，回收率一般在80%~90%而回收利用率小于原料的10%。

(6) 物料衡算结果应列成物料衡算汇总表，必要时画出物料衡算图。 3.1.3物料衡算的计算

已知年产量为4000t的塑料制品，已确定合格率为90%,自然损耗率为0.15%，，求年消耗原料量。

合格产品量

年进机料量m1= ————— =4000t/90%=4444.45t

合格率

取输送，混合两步中损耗率均为0.05%，则进入混合机的料量m2=m1/（1-0.05%）=4446.67t

则进入输送段物料量m3=m2/(1-0.05%)=4448.90t，即年进车间料量为m3 则废料量m4=m1-4000=4444.45-4000=444.45t

回收物料量m5=m4*95%=444.45*95%=422.23t

考虑回收，则年进机新物料量m6==m1-m5=4444.45-422.23=4022.22t 则小时车间处理量m7=年进车间料量为m3/年生产时间=4448.90/（300*24）=0.618t/h=618kg/h

则自然损耗量m8=m3-m1=4448.90t-4444.45t=4.45t

列表4（有回收情况） 合格率 废品率 自然损耗率 年进车间料量 年进机料量

90% 10% 0.1% 4448.90t 4444.45t 合格产品 废品 自然损耗量 小时车间处理量 年进机新物料量 4000t 444.45t 4.45t 618kg/h 4022.22t 配方中各组分的投料量，损耗量，总料量及每小时处理物料量列表5如下： 序号 组分配份数 方 质量分年进机料量损耗量 数 （t/a） (t/a) 总物料量 (t/a) 1 2 PPR 100 98.81% 4391.56 0.20% 8.89 4.40 0.01 每小时处理物料量(kg/h) 4395.96 609.94 8.90 1.23 成核剂0.2 TMB-4 3 抗氧剂0.5 1010 0.50% 22.22 0.02 22.24 3.09 4 5 DLTP 总计 0.5 0.50% 22.22 4444.89 0.02 4.45 22.24 3.09 101.2 100% 4449.34 617.35 注：表中数据计算说明

（1） 各组分进机料量=总进机料量*质量分数 （2） 各组分损耗量=总损耗量*质量分数 （3） 各组分总料量=进机料量+损耗量

（4） 各组分每小时处理物料量=每组分进机料量/年生产时间（7200h）

3.2.热量恒算

3.2.1热量恒算的意义

在车间设计中进行物料衡算的目的：为保证顺利进行成型加工，确定加

热所需的热量，并核算加热电功率，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，确定冷却需排出的热量，一方面可以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。

3.2.2热量恒算的方法

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，热量学第一定律是热量衡算的理论依据，即若忽略机器的散热，不考虑摩擦剪切生热，则加热器放出的热量(Qv)应该等于物料所吸收热量(Qi)。 热平衡公式为：Qv= Qi

上式是通用公式，具体应用时应注意以下几个问题： (1) 正确建立热量之间平衡关系。

(2) 必须弄清过程中存在的热量形式，及热损失。从而确定所要收集的物性

数据集数据的可靠性，以保证计算的准确性。

(3) 要合理划定计算范围。一般可以和设备的进口和出口一致。

(4) 合理确定计算基准。计算基准是指数量上的基准和基准态。数量基准按

处理每公斤物料计算；基准态一般是以25℃作基准温度。

在热塑性塑料成型过程中，最常用的热量来源为电能转变成热能，主要有两种方法：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，所以广泛用于塑料成型加工过程中。热量衡算的方法有：①温差法；②焓差法；③潜热法。设计中常涉及前两种，故重点介绍温差法和焓差法。

①温差法

qh=qm,h·ch(T1-T2)

qc=qm,h·cc(T4-T3)

式中 qm,h 、qm,c——热流体和冷流体的质量流量，kg/s

ch 、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

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