第4章 物料衡算

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1、PharmaceuticalEngineering第4章物料衡算4.1概述4.2物料衡算基本理論4.3物料衡算舉例1PharmaceuticalEngineering4.1概述物料衡算是最先進(jìn)行的一個(gè)計(jì)算項(xiàng)目，其結(jié)果是后續(xù)的能量衡算、設(shè)備選型或工藝設(shè)計(jì)、車間布置設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)等各單項(xiàng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此，物料衡算結(jié)果的正確與否直接關(guān)系到整個(gè)工藝設(shè)計(jì)可靠程度。2PharmaceuticalEngineering物料衡算的依據(jù)是工藝流程示意圖以及為物料衡算收集的有關(guān)資料。雖然工藝流程示意圖只是定性地給出了物料的來龍去脈，但它決定了應(yīng)對(duì)哪些過程或設(shè)備進(jìn)行物料衡算，以及這些過程或設(shè)備所涉及的物料

2、?？梢?，工藝流程示意圖對(duì)物料衡算起著重要的指導(dǎo)作用。4.1概述3PharmaceuticalEngineering制藥工業(yè)包括原料藥工業(yè)和制劑工業(yè),其中制劑工業(yè)的生產(chǎn)過程通常為物理過程,其物料衡算比較簡(jiǎn)單。原料藥的生產(chǎn)途徑很多,如化學(xué)合成、生物發(fā)酵、中草藥提取等。本章主要討論化學(xué)過程的物料衡算。4.1概述4PharmaceuticalEngineering4.2.1物料衡算平衡方程式4.2.2衡算基準(zhǔn)4.2.3衡算范圍4.2.4衡算方法和步驟4.2物料衡算基本理論5PharmaceuticalEngineering1.物理過程根據(jù)質(zhì)量守恒定律，(4-1)式中——輸入體系的總物料量；—

3、—輸出體系的總物料量；GA——物料在體系中的總累積量。上式也適用于物理過程任一組分或元素的物料衡算。4.2.1物料衡算平衡方程式6PharmaceuticalEngineering對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，物料在體系內(nèi)沒有累積，式(4-1)可簡(jiǎn)化為(4-2)式(4-2)表明，對(duì)于物理過程，若物料在體系內(nèi)沒有累積，則輸入體系的物料量等于離開體系的物料量，不僅總質(zhì)量平衡，而且對(duì)其中的任一組分或元素也平衡。4.2.1物料衡算平衡方程式7PharmaceuticalEngineering2.化學(xué)過程對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的體系，式(4-1)和(4-2)仍可用于體系的總物料衡算或任一元素的物料衡算，但不能用于組分

4、的物料衡算。(4-3)4.2.1物料衡算平衡方程式8PharmaceuticalEngineering同樣，對(duì)于穩(wěn)態(tài)過程，組分在體系內(nèi)沒有累積，則式(4-3)可簡(jiǎn)化為:4.2.1物料衡算平衡方程式9PharmaceuticalEngineering在進(jìn)行物料衡算或熱量衡算時(shí)，都必須選擇相應(yīng)的衡算基準(zhǔn)作為計(jì)算的基礎(chǔ)。(1)單位時(shí)間(2)單位質(zhì)量(3)單位體積4.2.2衡算基準(zhǔn)10PharmaceuticalEngineering對(duì)于間歇生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程，均可以單位時(shí)間間隔內(nèi)的投料量或產(chǎn)品量為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。根據(jù)計(jì)算的方便，對(duì)于間歇生產(chǎn)過程，單位時(shí)間間隔常取一批操作的生產(chǎn)周期；對(duì)

5、于連續(xù)生產(chǎn)過程，單位時(shí)間間隔可以是1秒、1小時(shí)、1天或1年。(1)衡算基準(zhǔn)——單位時(shí)間11PharmaceuticalEngineering產(chǎn)品的年產(chǎn)量、日產(chǎn)量和年生產(chǎn)日之間的關(guān)系為(4-5)式中的年產(chǎn)量由設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定；年生產(chǎn)日要視具體的生產(chǎn)情況而定。(1)衡算基準(zhǔn)——單位時(shí)間12PharmaceuticalEngineering對(duì)于間歇生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程，也可以一定質(zhì)量，如1kg、1000kg(1噸)或1mol、1kmol的原料或產(chǎn)品為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。(2)衡算基準(zhǔn)——單位質(zhì)量13PharmaceuticalEngineering若所處理的物料為氣相，則可以單位體積的原料或

6、產(chǎn)品為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。由于氣體的體積隨溫度和壓力而變化,因此,應(yīng)將操作狀態(tài)下的氣體體積全部換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,即以1m3(標(biāo)況下)的原料或產(chǎn)品為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。這樣既能消除溫度和壓力變化所帶來的影響,又能方便地將氣體體積換算成摩爾數(shù)。(3)衡算基準(zhǔn)——單位體積14PharmaceuticalEngineering在進(jìn)行物料衡算時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到比較復(fù)雜的計(jì)算。為計(jì)算方便,一般要?jiǎng)澏ㄎ锪虾馑惴秶?。根?jù)衡算目的和對(duì)象的不同,衡算范圍可以是一臺(tái)設(shè)備、一套裝置、一個(gè)工段、一個(gè)車間、一個(gè)工廠等。衡算范圍一經(jīng)劃定,即可視為一個(gè)獨(dú)立的體系。凡進(jìn)入體系的物料均為輸入項(xiàng)，離開體系的物料均為輸出項(xiàng)。

7、4.2.3衡算范圍15PharmaceuticalEngineering4.2.3衡算范圍16PharmaceuticalEngineering(1)明確衡算目的，如通過物料衡算確定生產(chǎn)能力、純度、收率等數(shù)據(jù)。(2)明確衡算對(duì)象，劃定衡算范圍，繪出物料衡算示意圖，并在圖上標(biāo)注與物料衡算有關(guān)的已知和未知的數(shù)據(jù)。(3)對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的體系，應(yīng)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式(包括主、副反應(yīng))，以確定反應(yīng)前后的物料組成及各組分之間的摩爾比。4.2.4衡算方法和步驟17Phar