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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、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： 100- d - e Qy Gy 100- p 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％。 式中 （2）窑的台数可按下式计算: Qy n 8760Qh1 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。 （3）烧成系统的生产能力按下式计 算: 熟料小时产量 熟料日产量 熟料年产量 Qh = nQh.1(t/h) Qd = 24Qh(t/d) 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 Gh 100-p 100-d-e Qh 水泥日产量 Gd = 24Gh 水泥年产量 Gy = 8760ηGh 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: KT 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(%)。 式中 100 s 100 I （2）考虑煤灰掺入量时，1t 熟料的干 生料消耗定额： K生 100 KT 100 P生 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%； 式中 （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 d Kd 100 d e 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 e Ke 100 d e 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（%) 。 4）烧成用干煤消耗定额 q 100 100 q Kf1 Q 100 Pf Q(100- Pf) 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 M湿 w1 w2 q烘 100 Kf2 × × × Q烧 100 w2 Q (100- Pf) 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 100K 干 K湿 100- w0 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3—2所示（p60）。 物 料 名 称 1 天 然 水 分 生 产 损 失 2 3 物料平衡量（t） 消耗定额 t/t熟料 干 料 备 含天然水分料 干 料 含天 然水 分料 小 时 日 周 年 小 时 日 周 年 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 注 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34)。 （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）2 3 折算系数 1.5 2.0 2.5 3.0 1 4 5 6 8 10 12 4.0 5.0 6.0 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 GH Gy—物料年平衡量（t/年） 8 7 6 0 η—预定的主机年利用率（以小数 表示） 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 kk2k3 k0k1k2k3 8760 8760 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)。 2．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： Gw GH H 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。 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= GH G台时 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 = GH n G台时 式中 η0——主机的实际年利用率； η——标定的主机年利用率。 H0 = GH H n G台时 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。 （二）陶瓷厂主机设备的确定 1.理论设备台数的计算 M理 = Q / F H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 = K M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件确定设备的小时生产能 力。 标定设备生产能力的主要依据是：定型设备的技术 性能说明；经验公式（或理论公式）的推算；与同类 型同规格生产设备的实际生产数据对比。务必使标定 的设备生产能力既是先进的又是可靠的。同时还要说 明设备达到设计标定能力的具体条件和必须采取的措 施。 三．辅属设备的确定 生产流程中与主机配套的设备统称为辅属设备。 辅属设备的选型方法和主要设备大体相同。需要选择 设备的型式和规格，确定设备的台数。 辅属设备选型的基本原则是: 要保证主要设备生产的连续、均衡，不能因附属设备选型 不当而影响正常生产。 因此除了选择适当的型式以外，在确定具体规格和台数时， 应根据主机的最大生产能力，并使附属设备对主机设备具有一 定的储备能力。确定辅属设备台数时要和主要设备一样，在一 般情况下，应力求减少设备的台数。但对于某些需要经常维修 或易出故障的附属设备，要考虑备用，以保证生产连续进行。 第三节 物料储存设施的选择与计算 物料储存设施的选择与计算是工艺设计计算的 重要组成部分，是继物料平衡计算、设备选型 计算之后，工艺专业要完成的第三大平衡计算 项目。 为保证工厂生产的连续进行和产品的均衡出 厂以及满足生产过程中质量控制的需要或某种 生产工艺过程的需要，工厂必须设置各种物料 储存设施以储备物料。各种储存设施的型式及 容量，应视储存物料的性状及要求的储存期而 定。 计算时，首先确定储存期，并计算要求的储存量，而 后选择储存设施的型式、规格，并算出其数量、容积或面 积，并将计算结果汇总成储库一览表，其格式如表3—19 所示。 储库一览表 储 库 名 称 表3—19 库 容 量 规 格 数 量 单 个 总 共 储存 期 物料储存期的确定，储存设施的型式及计算方法将在第四章第 五节中详述。