工艺计算及工艺设备选型

工艺计算及工艺设备选型工艺计算包括物料平衡计算、工艺设备选型计算及储存设施的计算。第一节物料平衡计算一、物料平衡计算在设计中的作用物料平衡计算是以生产规模、产品方案、工艺流程、工艺参数及生产班制为基础，对工厂生产过程中各工序物料量的一种近似计算方法。物料平衡计算的作用：1．计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产任务、设备选型及人员编制的依据。2．计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图设计中确定运输量、运输设备和计算各种堆场、料仓面积的依据。3．计算水、电和劳动力的需要量，确定原材料、燃料等的单位消耗指标，作为公用设计和计算产品成本等的依据。二、物料平衡计算的基础资料1．水泥厂物料平衡计算的基础资料：——工厂规模，生料各组分配合比及生料外加物比例、水分、消耗定额；水泥各组分配合比、水分；燃料品种、水分、热值；熟料烧成热耗，物料烘干热耗和车间工作制度等。生料各组分配合比——配料计算确定；水泥各组分配合比——水泥中熟料、石膏和混合材的比例，视水泥品种和质量要求而定；车间工作制度——生产周制度，生产班制度。2．陶瓷厂主要工艺参数:1）各种原料的灼烧减量及自然含水率；坯釉料加工过程中泥浆、泥料、生坯和生坯干燥后的含水率。2）坯釉料配方、坯釉比、坯料烧失率（灼烧减量）、熔块烧失率等。3）成品和半成品单重。4）各工序损失率。5）各工序废品率。6）其它生产工艺参数。3．玻璃厂物料平衡计算的基础资料：工厂的生产规模、生产方法和产品品种，各种厚度玻璃的产品分配或百分比、玻璃原板的厚度、拉引速度、主机利用率、总成品率、搅玻璃水率、碎玻璃损失率；粉料各组分配合比、水分，燃料品种、水分、热值，熔窑热耗；年工作日等等。计算的基准——熔制车间的生产能力。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下式计算：式中Qy——要求的熟料年产量（t熟料/年);Gy——工厂规模(t水泥/年);d——水泥中石膏的掺入量（％);e——水泥中混合材的掺入量(％);p——水泥的生产损失(％)，可取为3～5％。yGp-100e-d-100Qy（2）窑的台数可按下式计算:式中n——窑的台数;Qy——要求的熟料年产量(t/年);Qh.1——所选窑的标定台时产量(t/台.h);η——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。h1yQ8760Qn（3）烧成系统的生产能力按下式计算:熟料小时产量Qh=nQh.1(t/h)熟料日产量Qd=24Qh(t/d)熟料年产量Qy=8760ηQh(t/年)（4）工厂的生产能力按下列各式由烧成车间的生产能力求得:水泥小时产量水泥日产量Gd=24Gh水泥年产量Gy=8760ηGhh100-d-e100-phQG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)的要求，选择窑型和规格，标定窑的台时产量，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。2．原、燃材料消耗定额的计算1）原料消耗定额:（1）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量:式中KT——干生料理论消耗量(t/t熟料)；I———干生料的烧失量(%)；s——煤灰掺如量，以熟料百分数表示(%)。I100s100TK（2）考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料消耗定额：式中K生——干生料消耗定额（t/t熟料）；P生——生料的生产损失（%)，一般3～5%；生生PKT100100K（3）各种干原料消耗定额K原=K生x式中:K原—某种干原料的消耗定额（t/t熟料）；P生—干生料消耗定额（t/t熟料）；x—干生料中该原料的配合比(%)。2）干石膏消耗定额式中Kd——干石膏消耗定额（t/t熟料）；d、e——水泥中石膏、混合材的掺入量（%)。eddKd1003）干混合材消耗定额式中Ke——干混合材消耗定额（t/t熟料）；d、e——水泥中石膏、混合材的掺入量（%)。edeKe1004）烧成用干煤消耗定额)P-Q(100q100P100100QqKfff1式中Kf1——烧成用干煤消耗定额（t/t熟料);q——熟料烧成熟耗(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)P-(100100Qqw100wwQMKf221f2×××烘烧湿式中Kf2——烘干用干煤消耗定额（t/t熟料)；M湿——需烘干的湿物料量，用年平衡法时以t/年表示，用周平衡法时以t/周表示；Q烧——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；w1、w2——分别表示烘干前、后物料的含水量（%）；q烘——蒸发1kg水分的耗热量(kJ/kg水)；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含天然水分的湿物料消耗定额式中K湿、K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额(kg/kg熟料)；w0——该湿物料的天然水分（%）。0-100100KKw干湿3．原燃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，将湿石灰百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，其格式如表3—2所示（p60）。水泥厂物料平衡表表3—2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小时日周年小时日周年1234567891011121314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和第12栏；采用周平衡法时，可不列第9和第13栏。2．备注中可列出：生料组分、物料配比、生熟料消耗定额，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→检验(装配）→焙烧→上釉→干燥→成型→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(参见表3-3、表3-4)。（三）玻璃厂的物料平衡计算1．总工艺计算(亦称产量计算)平板玻璃的品种，主要以玻璃厚度分类，常用的平板破璃厚度为2、3、5、6mm，根据使用要求不同，也可以生产小于2mm的薄玻璃和8、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。玻璃厚度（mm）2345681012折算系数11.52.02.53.04.05.06.0例如，3mm厚10m2玻璃折算为1.5重量箱。第二节工艺设备的选型与计算工艺设备的选型和计算也是工厂设计的重要组成部分之一，在确定生产工艺流程并完成物料平衡计算后进行。工艺设备，按照性质可分机械设备和热工设备；按照用途又可分主要设备和辅助设备。主要设备——用以实现生产过程的设备。辅助设备——指对所加工的材料在性质和形状方面不发生任何影响，仅在生产流程中和主机配套，起辅助作用的设备。工艺设备选型和计算的任务是:根据配方、生产性质、产量大小和工艺流程选择设备的型式，然后确定设备的规格大小，最后根据各工序的加工量和设备的生产能力进行计算，确定所需设备台数。设计的顺序是先选定主要设备，辅助设备的选择往往要结合工艺布置来进行。一、设备选型应考虑的因素1.满足生产工艺要求2.机械化和自动化水平3.设备性能良好4.管理、维修方便，工艺布置合理5.节约能源6.使用场合及设备来源7.技术经济比较二、主机设备的确定（一）水泥厂主机设备的确定1．年平衡法计算步骤——根据车间工作制度，选取主机的年利用率，并根据物料年平衡量，求出该主机要求的小时产量：GH—主机要求小时产量（t/h）Gy—物料年平衡量（t/年）η—预定的主机年利用率（以小数表示）8760yHGG预定的主机年利用率可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出：或式中k0──每年工作周数（周/年）k1──每周工作日数（日/周）k2──每日工作班数（班/日）k3──每班主机运转小时数（小时/班）k──每年工作日数（日/年）水泥厂主机年利用率可参考表3—13(p70)。8760kkkk3210kkk8760232．周平衡法计算步骤是：根据车间工作制度，定出主机每周运转小时数，并根据物料周平衡量，求出该主机要求的小时产量：式中GH——要求主机小时产量（t/h）；Gw——物料周平衡量（t/周）；H——主机每周运转小时数，可参考表3-14。HGGwH将计算结果汇总成主机要求生产能力平衡表，其格式如表3—15和3—16所示(p72)。根据年平衡法或周平衡法算出的要求主机小时产量，并考虑整个工艺流程和工艺布置后，即可进行主机选型计算，确定主机的型式、规格和台数，最后可汇总成主机平衡表，其格式如表3—17所示(p72)。3．计算主机的数量主机的数量可按下式计算n=式中n——主机台数；GH——要求主机小时产量（t/h）；G台时——主机标定台时产量（t/h）。4．核算主机的实际利用率η0=式中η0——主机的实际年利用率；η——标定的主机年利用率。GGH台时GnGH台时H0=式中H0——主机每周实际运转小时数；H——主机平衡计算时的每周运转小时数。GnGHH台时（二）陶瓷厂主机设备的确定1.理论设备台数的计算M理=Q/FH台（台）式中:M理——设备的理论台数，台;Q——制品的加工数量，吨或件/年;F——设备的生产能力，吨或件/时;H台——设备的年时基数，小时。2．实际设备台数的计算M实=M理/（台）式中:M实——实际设备台数，台;——设备负荷率（或设备利用系数）,%。在工艺设计中，计算实际设备台数时，还常采用设备不平衡系数（或储备系数)，计算方法如下:M实=KM理式中:K——设备不平衡系数(或储备系数)。（三）玻璃厂主机设备的确定确定车间主机的步骤是，根据所选的车间工艺流程、主机的形式和规格，先计算主机的生产能力（小时产量），然后根据要求主机的小时产量（由总工艺计算得到）计算主机的台数。主机的数量可按下式计算n=GH/G台时×1.2式中n——主机台数；1.2——储备系数；GH——要求主机小时产量（t/h），由总工艺计算得到；G台时——主机标定台时产量（t/h）。上式算出的n应等于或略小于整数，取整数值。如果算出的n不接近于整数时，则应采取相应措施，或者另行选择主机规格，标定主机产量，进行重新计算。主机设备台数不宜过多，否则将会使工艺布置和生产管理复杂化，亦将影响到各项技术经济指标。（四）主机生产能力的标定同类型同规格的设备，在不同的生产条件下（如物料的易磨性、易烧性、产品质量要求以及具体操作条件等），其产量可以有很大的差异。所以在确定了主机的型式和规格后，应对主机的小时生产能力进行标定，即根据设计中的具体技术条