制药工程学第04章选编.ppt

CHAPTER 4 MATERIAL BALANCE;Chapter 4 Material Balance;4.1 Introduction ; 物料衡算的依据是工艺流程示意图以及为物料衡算收集的有关资料。 工艺流程示意图对物料衡算起着重要的指导作用。虽然工艺流程示意图只是定性地给出了物料的来龙去脉，但它决定了应对哪些过程或设备进行物料衡算，以及这些过程或设备所涉及的物料，使之既不遗漏，也不重复。; 根据物料衡算结果，将工艺流程示意图进一步深化，可绘制出物料流程图。在物料衡算的基础上，可进行能量衡算、设备的选型或工艺设计，以确定设备的容积、台数和主要工艺尺寸，进而可进行车间布置设计和管道设计等项目。 ; 在实际应用中，根据需要，也可对已经投产的一台设备、一套装置、一个车间或整个工厂进行物料衡算，以寻找生产中的薄弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据，并可作为判断工程项目是否达到设计要求以及检查原料利用率和三废处理完善程度的一种手段。 ; 制药工业包括原料药工业和制剂工业,其中制剂工业的生产过程通常为物理过程,其物料衡算比较简单。原料药的生产途径很多,如化学合成、生物发酵、中草药提取等。 本章主要讨论化学过程的物料衡算。 ;4.2.1 Material Balance Equations ; 物料衡算的理论基础是质量守恒定律，运用该定律可以得出各种过程的物料平衡方程式。 1.物理过程 根据质量守恒定律， (4-1) 式中 ∑GI ——输入体系的总物料量； ∑GO ——输出体系的总物料量； GA——物料在体系中的总累积量。 上式也适用于物理过程任一组分或元素的物料衡算。 ; 对于稳态过程，物料在体系内没有累积，式(4-1)可简化为 (4-2) 式(4-2)表明，对于物理过程，若物料在体系内没有累积，则输入体系的物料量等于离开体系的物料量，不仅总质量平衡，而且对其中的任一组分或元素也平衡。; 2.化学过程 对于有化学反应的体系，式(4-1)和(4-2)仍可用于体系的总物??衡算或任一元素的物料衡算，但不能用于组分的物料衡算。; 对于化学过程，某组分的物料平衡方程式可表示为 ∑GIi—输入体系的i组分的量； ∑GOi—输出体系的i组分的量； ∑GPi—体系中因化学反应而产生的i组分的量； ∑GRi —因化学反应而消耗的i组分的量； GAi—i组分的累积量。; 同样，对于稳态过程，组分在体系内没有累积，则式(4-3)可简化为: ; 在进行物料衡算或热量衡算时，都必须选择相应的衡算基准作为计算的基础。根据过程特点合理地选择衡算基准，不仅可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差。; 无论间歇生产过程还是连续生产过程，均可以单位时间间隔内的投料量或产品量为基准进行物料衡算。 对于间歇生产过程，单位时间间隔常取一批操作的生产周期； 对于连续生产过程，单位时间间隔可以是1秒、1小时、1天或1年。 ; 以单位时间为基准进行物料衡算可直接联系到生产规模和设备的设计计算。 例如，对于给定的生产规模，以时间天为基准就是根据产品的年产量和年生产日计算出产品的日产量，再根据产品的总收率折算出1天操作所需的投料量,并以此为基础进行物料衡算。; 产品的年产量、日产量和年生产日之间的关系为 (4-5) 式中的年产量由设计任务所规定；年生产日要视具体的生产情况而定。; 制药厂尤其是化学制药厂在生产过程中大多具有腐蚀性，设备需要定期检修或更换。因此，每年一般要安排一次大修和次数不定的小修，年生产日常按10个月即300天来计算，腐蚀较轻或较重的，年生产日可根据具体情况适当增加或缩短。; 对于间歇生产过程和连续生产过程，也可以一定质量，如1kg、1000kg(1吨)或1m