无机非金属材料工厂设计概论-第三章课件

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1、第三章 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

2、、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

3、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：,计算的基准熔制车间的生产能力。,1、配合料中各原料组分配比。 2、工厂的生产规模、生产方法和 产品品种。 3、产品规格。 4、年工作日。 5、玻璃原板宽度（m）。 6、引上机利用率（%)。 7、玻璃引上（或拉引）速度。 8、引上率（%）。 9、切裁率（%）。,10、包装破损率（%）。 11、运输破损率（%）。 12、总成品率（%）。 13、搅玻璃水率（%）。 14、碎玻璃损失率（%）。 15、玻璃密度。,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：

4、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35。,（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);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.

5、85; 机立窑0.80.85；悬浮预热器窑、预分解窑0.85;8760全年日历小时数。,（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 = 8760Qh(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 = 8760Gh,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

6、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(%)。,（2）考虑生产损失时，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35%；,（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（%)。,3）干混合材消耗定额式中 Ke干混合材消耗

7、定额（t/t熟料）；d、e水泥中石膏、混合材的掺入量（%)。,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,式中 Kf 2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

8、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（%）。,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32所示（p60）。,水泥厂物料平衡表 表32,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

9、和烘干热耗、煤的热值等,4. 水泥厂配料计算实例,一、物料平衡式：（不考虑生产损失） 1、干石灰石+干粘土+干铁粉=干生料 2、灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉=灼烧生料=熟料 3、灼烧生料+煤灰（掺入熟料中的）=熟料 4、熟料的率值KH=(C-1.65*A-0.35F)/2.8SSM=S/(A+F) IM=A/F,4. 水泥厂配料计算实例,二、配料方法 1、尝试误差法 先按假定的原料配合比计算熟料的组成。若计算结果不符合要求，则调整原料的配合比再进行重复计算直至符合要求为止。 2、递减试凑法 从假定的熟料化学成分中依次递减假定配分比的原料组分，试凑至符合要求为止。 3、酸碱滴定法 根据已确定的

10、生料碳酸盐滴定值和实际测得石灰石、粘土的滴定值按规定的公式作简单的计算，较快地得出各种原料的配合比 4、烧失量法 水泥生料的烧失量一般为3436%。预先确定的生料烧失量数，按实测石灰石烧失量及实测粘土烧失量，计算原料的配合比。,4. 水泥厂配料计算实例,已知原料、燃料的有关分析数据如表410、411，假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三个率值为：KH0.890.02、SM2.10.1、IM1.30.1，单位熟料热耗为q=3350kj/kg熟料，试计算原料的配合比。,4. 水泥厂配料计算实例,原料与煤灰的化学成份 表410,4. 水泥厂配料计算实例,煤的工业分析 表411,4.

11、水泥厂配料计算实例,1、计算煤灰掺入量GA=(qAyS)/(Qy)*100) (S为粉尘沉降率)=(3350*28.56*100)/(20930*100)=4.57%,4. 水泥厂配料计算实例,2、计算要求的熟料化学成份 设 97.5% 则 Fe2O3=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35)=4.5%Al2O3=IM*Fe2O3=5.85%SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=21.74%CaO= -(SiO2+Al2O3+ Fe2O3)=65.41%,4. 水泥厂配料计算实例,3、以100kg熟料为基准，列表递减如下,递减试凑,4. 水泥厂配料计算实例,4、按上表

12、干原料质量比换算为百分配合比：干石灰石122/(122+20.4+6.0)*100%=82.2%干粘土20.4/ (122+20.4+6.0)*100%=13.7%干铁粉6.0 / (122+20.4+6.0)*100%=4.1%,4. 水泥厂配料计算实例,5、按干原料配合比计算生料和熟料的组成见下表,生料、熟料的化学成份,4. 水泥厂配料计算实例,6、按计算的熟料组成验算率值KH=(C-1.65*A-0.35F)/2.8S=0.895SM=S/(A+F)=2.14IM=A/F=1.27所得结果KH、SM与要求相比均略高，而铝率略低，但已十分接近要求值，可按此配料进行生产,4. 水泥厂配料计算

13、实例,7、计算湿物料的配合比设原料操作水分：石灰石为1%；粘土为0.8%；铁粉为12%，则湿物料的配合比为：湿石灰石82.2/(100-1)*100=83.03湿粘土13.7/(100-0.8)*100=13.81湿铁粉4.1/(100-12)*100=4.65 湿物料配合百分比为：81.80%：13.61%：4.59%,（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

14、、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

15、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）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。,确定玻璃配料工艺参数的方法,由于生产方法不同，指标的名称和数值各不相同地。同类型厂由于大、中、小型规模不同，工艺技术指标相差也比较大。因此要慎重考虑和分析设计中拟采用的工艺技术指标。既不能太先进，脱离国内的生产水平，使设计的工厂长期达不到设计指标；也不能太落后，使工厂生产潜力过大，设计确定的工艺技术指标应该通过国内有关工厂的调查研究，取平均值或略高于平均值。,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。,