物料平衡计算的技巧和步骤.docx
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物料平衡计算的技巧和步骤
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:
(3-1)
100-d-e
Qy=Gy
100—p
式中Qy――要求的熟料年产量(t/a);
Gy――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。
Gy2
100—d2—e2
Qy2=
100-p
(3-3)
Qy=Qy1+Qy2
(3-4)
式中Qy1,Qy2――分别表示每种水泥要求的熟料年产量(t/a);
Gy1,Gy2分别表示每种水泥年产量(t/a);
d1,d2分别表示每种水泥中石膏的渗入量(%);
e1,e2——分别表示每种水泥中混合材的渗入量(%);
Qy两种熟料年产量的总和(t/a)。
2
窑的台数可按式(3-5)计算:
Qy要求的熟料年产量(t/a);
Qh.1所选窑的标定台时产量【t/(台・h)】;
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。
如n比某整数略大,取该整数值。
例如n=2.1或
2.2,而取为两台时,则必须采取提高窑的台时产量的措施,或者相应增大窑的年利用率,否则便不能达到要求的设计能力。
如确因设备系列的限制而无合适规格的窑可选,使工厂设
计能力略小于计划书规定的数值时,则应在初步设计说明书中加以说明。
当n与整数值相差
较大,例如n=1.2,1.5,1.6时,则一台窑达不到要求的设计能力,而两台窑又超过需求的设计能力太多,在此情况下,必须另行选择窑的规格,重新计算和标定窑的产量。
如因设备
选型所限,使工厂设计能力比要求的能力超过较多时(例如n=1.6,1.7,而取为两台时),
也应在初步设计说明书中加以论述。
窑的台数一般可考虑1~2台,不宜太多,故应尽可能采用效能高、规格较大的窑。
3
的要求,选择窑型和规格,标定
烧成系统的生产能力可按下列各式计算:
熟料小时产量
Qh=nQh.1
(t/h)
(3-6)
熟料日产量
Qd=24Qh
(t/d)
(3-7)
熟料年产量
Qy=8760nQh
(t/a)
(3-8)
④工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得:
水泥小时生产
G,100
—PQh
(t/h)
(3-9)
100-d-e
水泥日产量
Gd=24Gh
(t/d)
(3-10)
水泥年产量
Gy=8760n
Gh
(t/a)
(3-11)
(2)周平衡法计算步骤是:
按计划任务书对工厂规模(熟料日产量)窑的台时产量,计算窑的台数,然后再核算出烧成系统和工厂的每周生产能力。
①窑的台数可按下式计算:
(3-12)
Qd
24Qh)
式中n窑的台数;
Qd要求的熟料日产量(t/d);
24――每日小时数。
2计算烧成系统的生产能力
熟料小时产量和日产量的计算与年平衡法相同,见式(3-6)和式(3-7)。
熟料周产量:
Qw=168Qh(t/周)(3-13)
式中168――每周小时数。
3水泥厂小时产量和日产量的计算与年平衡法相同,见式(3-9)和式(3-10)。
水泥周产量:
Qw=168Qh(t/周)(3-14)
2、原料、燃料、材料消耗定额的计算
(1)原料消耗定额
1考虑煤灰掺入量时,1t熟料的干生料理论消耗量:
100-s
100—1
(3-15)
式中K干一一干生料理论消耗量(t/t熟料);
I――干生料的烧失量(%);
s――煤灰掺入量,以熟料百分数表示(%)。
2考虑煤灰掺入量时,1t熟料的干生料消耗定额:
100K干
100-P生
式中K生一一干生料消耗定额(t/t熟料);
P生一一生料的生产损失(%),一般3%~~5%。
3各种干原料消耗定额
K原=«生•x
式中K原一一某种干原料的消耗定额(t/t熟料);
x――干生料中该原料的配合比(%)。
(3-16)
(3-17)
(2)干事高消耗定额
(3)干混合材消耗定额
(3-19)
e
100_d-e
式中Ke――干混合材消耗定额(t/t熟料)。
(4)烧成用干煤消耗定额
式中Kf1――烧成用干煤消耗定额(t/t熟料);
q――熟料烧成消耗(kJ/kg熟料);Q――干煤低位热值(kJ/kg干煤);
Pf――煤的生产损失(%),一般取3%。
(5)烘干用干煤消耗定额
式中Kf2――烘干用干煤消耗定额(t/t熟料);
M湿一一需烘干的湿物料量,用年平衡法时以t/a表示,用周平衡法时以t/周表示;
Q烧一一烧成系统生产能力,用年平衡法时以熟料年产量表示,用周平衡法时以熟料
周产量表示;
31,32――分别表示烘干前、后物料的含水量;
Q烘一一蒸发1kg水分的耗热量(kJ/kg水分),可参考烘干机经验数据,而准确的数
据应通过具体烘干机的热工计算求得。
上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时,可用下式计算:
(3-22)
kg/kg熟料);
100K干
100-30
式中K湿,K干分别表示湿物料、干物料消耗定额(
Q0――该湿物料的天然水分(%)。
3•原料、燃料、材料需要量的计算和物料平衡表的编制
将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力,可求出各种物料的需要量。
例如,将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量,便得出湿石灰石每周需要量;乘以熟料年产量,便得出湿石灰石每年需要量。
将计算结果汇总成物料平衡表,其格式见表3-2。
表3-2水泥厂物料平衡表
物料名称
天然
水分
生产
损失
消耗定额(t/t熟料)
物料平衡量(t)
备注
干料
含天然水分料
干料
含天然水分料
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
石灰石
粘土
铁粉
生料
石膏
混合材
熟料
水泥
烧成用煤
烘干用煤
燃煤合计
注:
1•采用年平衡法时,可不列第8栏和第12栏;采用周平衡法时,可不列第9栏和
第13栏。
2•备注中可列:
生料组分、物料配合比、生产熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。
(二)陶瓷厂的物料平衡计算
1•衡算步骤
(1)根据生产工艺流程,选择衡算的项目。
凡具有主机设备的工序必须立项衡算,而只有辅助设备或非重要设备的工序,可以不单独列项,此外上下加工量相差不大的工序如原料
的粗碎、中碎工序,可以并项计算。
(2)确定与衡算项目密切相关的工艺参数,如损失率、废品率、回坯率和烧失率等。
(3)根据计划任务书中的设计产量及损失率、废品率,逆着生产流程的工序,计算各
工序的加工任务,一般从包装t检验(装配)t焙烧t上釉t干燥t成型t制泥,逐项进行
计算。
(4)编制物料衡算表,把计算结果列入表中。
在进行物料衡算时,要注意基准的统一。
如:
时间均以年为单位;废品率指加工100
件制品时,报废件数的百分数,以制品的件数为基准,如要换算成质量时,可将半成品按不
同加工工序中的单件制品质量乘以件数;半成品在生产过程中会产生物理、化学变化,如干
燥脱水;焙烧时,灼烧损失等,为了计算方便,物料衡算中常采用瓷坯基准及干坯基准。
2•衡算过程
以一次烧成工艺为例:
(7)年泥料破碎、粉碎加工量
年坯料需要量(干基)-废坯泥回收量(干基)(1-粗、中碎损失率)(1-球磨、过筛损失率)
(t/a)
废坯泥回收量(干基)=(年干燥量x干燥废品率+年成型量x成型废品率+年成型量
t/a)
各种原料处理量(干基)=年泥料粉碎加工量(干基)x该原料在配料中的百分
(t/a)
各种原料年进厂量(湿基)
x成型余泥率)x坯泥回收利用率
(8)比(%)
各种原料处理量(干基)
(t/a)
(9)
(1-储存损失率)(仁洗选损失率)(1-自然含水率)
釉面砖
152X152X5
10
100
100008
108.7
10870
装窑、施釉
素烧、干燥
损失率
(万m/a)
(t/a)
坯:
釉
灼减(%)
损失率(%)
(万m2/a)
(t/a)
1
109.8
10980
94:
6
8
15
129.2
13198
成型
喷雾干燥
新坏料加工量(干
基)
损失率(%)
2
(万m/a)
2
(万m/a)
(t/a)
损失率
(%)
(t/a)
成型回坯率
(%)
喷干回坯率
(%)
(t/a)
10
143.5
6314
14665
5
15437
8
3
13800
注:
1•素烧、干燥量计算已考虑灼烧减量,故后部分计算为干基;
2•年新坯加工率=年喷雾干燥量-年回坯量=年喷雾干燥量-年成型量X成型回坯率+年喷雾干燥量X喷干回坯率;
3•干燥、素烧采用一次码烧工艺,故二工序合并计算;
4•年釉料需要量=10980X6%=658.8t,釉用原料加工量计算方法同坯料计算;
5.规格152mmX152mmX5mm的釉面砖,以44片/m2计算成型产量(万片/a)。
表3-4坯用原料加工量计算表
原料名称
石英
长石
砂石
石灰石
滑石
苏州
土3#
紫木节
东湖泥
废素坯
合计
配方
23
3
28
10
4
5
7
11
9
100
新坏料加工量
(t/a)
3174
414
3864
1380
552
690
966
1518
1242
13800
球磨、过筛、吸铁
损失率(%)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
(t/a)
3206
418
3903
1394
558
697
976
1533
1255
13940
轮碾
损失率(%)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
(t/a)
3271
427
3983
1422
569
711
996
1565
1280
14224
粗碎
损失率(%)
2
2
2
2
2
2
(t/a)
3338
436
4064
1451
581
1306
11176
洗选
损失率(%)
10
10
10
5
10
5
15
10
5
(t/a)
3709
484
4516
1528
645
749
1171
1738
1375
15915
原料进厂量
运输损失率(%)
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
含水量(%)
5
7
14
(t/a)
3824
499
4655
1575
665
812
1299
2084
15413
(三)玻璃厂的物料平衡计算
1•总工艺计算(亦称产量计算)
平板玻璃生产方法分为有槽垂直引上法、无槽垂直引上法、对辊法、平拉法、压延法、
浮法等。
目前主要是浮法生产工艺。
不同的生产方法,对工艺的产量计算影响很大。
平板玻璃的品种,主要以玻璃厚度分类,常用的平板玻璃厚度为2mm,3mm,5mm,
6mm,根据使用要求不同,也可以生产小于2mm的薄玻璃和10mm以上的厚平板玻璃。
我国平板玻璃现行的计量单位是重量箱(简称重箱)。
1重量箱等于2mm厚的平板玻璃
10m2.其他不同厚度的玻璃,按表3-5所列的重量箱折算系数折算重量箱。
重量箱折算系数
是根据平板玻璃不同厚度重量情况规定的。
1重量箱玻璃质量是50kg。
表3-5重量箱折算系数
玻璃厚度(mm)
2
3
4
5
6
8
10
12
折算系数
1
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
例如,3mm厚10m2玻璃折算为1.5重量箱。
各种厚度玻璃的产品分配或百分比,在计划任务书中已规定。
根据这个产品分配比例进
行产量计算和其他工艺计算。
在进行产量计算和其他工艺计算之前,首先要确定各项技术经济指标。
由于生产方法不同,指标的名称和指标的数值也各不相同,技术经济指标相差也比较大。
因此设计采用的技术经济指标要慎重考虑和分析比较,设计采用的技术经济指标应该通过有关工厂的调查研究,取平均水平值或略高于平均值。
技术经济指标选定后,即可进行计算。
2.实际计算
下面以有槽垂直引上法和浮法两种生产类型具体介绍产量计算。
(1)有槽垂直引上法
1)选定有槽垂直引上法的主要技术经济指标
1对年工作日设计的意见,可取330~350d,目前平板玻璃熔窑使用周期为7~8a。
随着
耐火材料质量的提高和操作技术水平的提高,窑龄还会有所延长。
2引上速度:
是指单位时间内,引上机引上原片玻璃长度,单位是m/h。
影响引上速度的因素,如:
熔窑作业的稳定性;作业室玻璃液温度、作业室玻璃冷却强度;槽子砖压入深度、槽子口形状和大小;玻璃成分;炉龄长短;引上机的宽度和玻璃板厚薄公差,引上机配置位置等。
对引上速度,设计指标的意见见表3-6.
表3-6引上速度设计指标
原板玻璃厚度(mm)
2
3
5
6
印上速度(m/h)
90~110
55~65
27~30
20~25
3玻璃原板的宽度:
是指引上机拉出玻璃的实际宽度,单位是m。
在设计中,是指以拉
出的玻璃原板去掉两边自然边后的有效板宽为设计依据。
定型的YY22有槽引上机的有效板
宽为2.2m,YY26有槽引上机的有效板宽为2.6m,YY28的有效板宽为2.8m。
因此,玻璃
原板的有效宽度设计时可取2.2m,2.6m,2.8m。
4
引上机利用率:
是指引上机有效开动时间与平均每年有效生产时间之比(单位为%)。
影响引上机利用率的因素:
打炉周期及打炉所需要时间;更换槽子砖的周期及需要时间;掉炉次数;因检修引上机、热修熔窑、断料、断燃料等事故需要打炉所占时间等。
对引上机利用率设计的意见取90%~96%。
5平板玻璃总成品率:
是平板玻璃自引上到办完入库手续为止的综合性技术质量指标。
其计算公式为:
平板玻璃总成品率(%)=引上率(%)[1-包装破损率(%)][1-运输破损率(%)]
(3-24)
引上率是引上机的合格原板玻璃占全部引上玻璃总量的比例,是引上工序工作质量指标。
其
计算公式为:
式(3-25)中的分子,是实际引上的合格原板玻璃,不包括自然边(有槽生产的企业每边扣50mm,超过50mm的算扣尺)、引上过程中炸裂破损和运送到切裁工序以前的破损、不符合质量的扣尺部分。
式(3-25)中的分母,是全部引上玻璃总量(简称“引上总量”)。
可按式(3-26)计算出各种厚度玻璃的引上总量,各种厚度折算为2mm的标准引上总量之和,即全部引上总量。
引上玻璃总量(重箱)
引上速度(m/h)引上机作业台时数原板平均板宽(m)
—10(m2)重箱折算系数
(3-26)
平板玻璃切裁率:
是切裁合格的玻璃占切裁使用的合格原板玻璃的比例。
裁技术水平的指标。
其计算公式为:
它可以反应切
切裁合格玻璃(重箱或m2)
合格原板玻璃使用量(重箱或m2)
式(3-27)的分子是指用合格原板玻璃按照不同规格要求切裁的合格品数量。
式(3-27)的分母是指合格原板玻璃使用量(合格玻璃使用量等于合格原板收入量加期初结存,减期末结存)。
使用量中包括切裁和切裁搬运中的破损量在内。
运输破损率是指原片、半成品、成品在搬运过程中的破损总量与拉出合格原板总量之比。
运输破损率一般取0.3%~0.5%。
包装破损率是指切出的合格玻璃原板在检验、选品、装箱过程中的破损总量与切出合格
玻璃量之比。
包装破损率一般取0.3%~0.5%。
影响总成品率的因素很多,包括熔窑玻璃液的质量;原料、燃料、熔化、引上作业的稳定;拉出玻璃原板的速度、厚度与宽度;引上机设备的制造质量和操作情况;玻璃成分与退
火制度;产品质量要求的高低;切裁设备型式与切手技术熟练程度;搬运装备情况、搬运形式、维护情况等。
特别在自动化程度很低的情况下,熔化工人、引上工人的操作水平直接影响产量、质量,因此,提高企业管理水平和工人技艺是至关重要的。
对总成品率设计的参考值:
总成品率为70%~80%。
其中:
弓I上率取78%~85%;切裁率
取90%~95%;运输破损率取0.3%~0.5%;包装破损率取0.3%~0.5%。
6碎玻璃损失率:
是指碎玻璃损失量与碎玻璃生产总量之比。
碎玻璃损失率设计时可在
0.3%~0.5%范围内选取。
设计推荐值汇总列于表3-7.
表3-7设计推荐汇总
序号
设计值名称
单位
推荐值
1
年工作日
d/a
330~350
2
引上速度
m/h
2mm
90~110
3mm
55~65
5mm
27~30
6mm
20~25
3
玻璃原板有效板宽度
m
2.2,2.6,2.8
4
引上机利用率
%
90~96
5
总成品率
%
70~80
其中:
引上率
%
78~85
切裁率
%
90~95
运输破损率
%
0.3~0.5
包装破损率
%
0.3~0.5
6
碎玻璃损失率
%
0.3~0.5
2)举例
【例】某地区拟建有槽垂直引上法平板玻璃厂,设计计划任务规定:
年产量60万重箱,年
工作日345d。
各种厚度玻璃的分配比例,见表3-8.
表3-8各种厚度玻璃的分配比例
玻璃厚度(mm)
2
3
5
6
所占比例(%)
10
60
20
10
选定的指标:
弓I上机利用率95%。
四台引上机选用YY28,有效宽度2.8m。
引上速度
见表3-9。
表3-9引上速度
玻璃厚度(mm)
2
3
5
6
引上速度(m/h)
95
63
30
25
总成品率78%。
玻璃损失率0.5%。
玻璃密度2.5t/m3.配合含水率(干基)4%。
料熔成
表3-10重量箱折算系数
玻璃厚度(mm)
2
3
5
6
重量箱折算系数
1
1.5
2.5
3
根据以上数据即可进行产量计算。
①按设计计划任务书规定各种厚度玻璃的产量:
玻璃品种
百分率(%)
年产重箱
年产平方米
2mm
10
60000
600000
3mm
60
360000
2400000
5mm
20
120000
4800000
6mm
10
60000
20000
②完成年产量(
m2)所需台日:
年产量x个品种百分率
=各品种年产重箱
=各品种年产量(m2)。
年产量/有效板宽引上速度总成品率24=该品种台日数
2mm
600000/2.8汉95^78%^24=120.4935
台日
台日比例:
0.0923
3mm
2400000/2.8沢63^78%汉24=726.7864台日
台日比例:
0.5569
5mm
480000/2.8沃30沃78%沃24=305.2503
台日
台日比例:
0.2339
6mm
200000/2.8x25x78%^24=152.6252
台日
台日比例:
0.1169
合计:
1305.1554台日
100%
10
各品种重箱折算系数
③台日分配:
有效总台日:
引上机台数年工作日引上机利用率
434595%=1131台日/a
完成产品需要台日1305〈有效总台日1131,而且相当,说明能完成生产,所取指标恰当。
台日分配:
2mm13110.0923=121.0053
3mm13110.5569=730.0959
5mm13110.2339=306.6429
6mm13110.1169=153.2559
④实际产量:
板宽(m)引上速度(m/h)24(h)台日/a总成品率%
2mm2.82478%95121.0053=602548.3m2,(1/10)为605=254.83重箱
2
3mm2.82478%63730.0959=2410928.5m,(1.5/10)为361639.27重箱
5mm2.82478%30306.6429=482189.8m2,(2.5/10)为120547.45重箱
6mm2.82478%25153.2559=200826.5m2,(3/10)为60247095重箱
实际产量汇总见表3-11.
表3-11实际产量汇总
产品厚度(mm)
2
3
5
6
年产重箱数
年产平方米
602548.3
2410928.5
482189.8
200826.5
年产重箱
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