粉体材料工程课程设计-年产2500吨球形氢氧化亚镍生产线的可行性研究

1、北 方 民 族 大 学课程设计报告院部、中心材料科学与工程学院姓名学号20210131专业材料科学与工程班级131同组人员课程名称粉体材料工程课程设计工程名称年产2500吨球形氢氧化亚镍生产线的可行性研究起止时间2021.11.17成绩指导教师北方民族大学教务处制目录概述一、电池的设计目的及意义12、 工艺参数计算2 2、1原料22、2原理22、3流程说明32、4技术指标4三、设备的选择依据43、1工艺设备流程要求43、2所需设备情况说明5四、本钱估算10 五、经济效益分析11六、环境保护及措施12七、小结12八、参考文献13九、工艺流程图14九、工厂布局图141、 镍氢电池的设计目的和意义镍

2、氢电池的特性：1. 容量大。镍氢电池容量是镍镉电池的二道三倍，是传统的镍镉电池还要多出一倍。2. 无“记忆效应【1】，指没有完全放电结束就充电。为它充电没必要做放电处理，可以随用随充，在任意一时刻充电。3. 无污染，可称为绿色电池。镍氢电池中含隔成分极低，响应绿色生活的时代号召。4. 资源丰富，原料本钱低廉。 镍氢电池所用的储氢合金是从稀土中提炼出来的，而我国是稀土资源大国，约占全球总储存量的80，所以我国开展镍氢电池具有得天独厚的优势。5.使用受命长，循环次数高。以5号镍氢电池为例，采用1000mA电流充电，可累计重复使用1000h，放电循环使用寿命超过500次。6.使充电器具有更

3、高的可靠性、更大的灵活性。镍氢电池的用途：消费性电子产品，遥控玩具，混合动力车，纯电池动力车，能源再生系统【6】。行业供求状况：镍氢电池现主要应用于混合电动车。2021年HEV市场占56%，零售市场包括遥控车、玩具、家用电器、数码摄像机占24%，无绳 占11%，其他市场为9%。 世界镍氢电池主要由中国和日本企业生产，占全球产量的95%以上。全球镍氢电池70%以上在中国生产。虽然现在我国镍氢电池增长乏力，近几年的产品产值、产量均未超过2021年的顶峰。2021年，镍氢电池的产值、产量分别为55亿元、亿只，与2021相比分别下降15.38%、26.36%，产品规模的缩小使得镍氢电池更不具

4、规模经济。但是现在能源极度耗竭情况下，混合动力车必然走上时代的舞台，不需要几年混合动力车必然是中国交通行业的主要交通工具因此镍氢电池是未来能源市场开展的潜力股。 结合目前国家对镍氢电池政策扶持方向以及全球镍氢电池开展趋势，镍氢电池市场开展方向主要为混合动力汽车电池和代替镍镉。镍氢电池由于生产制造工艺独特，该产品的主要指标性能均到达国内外同类产品的先进水平。目前，我国成为世界第一大电池生产国，国内电池制造企业对球形氢氧化亚镍的需求完全依赖进口，无法满足日益开展的电池生产需要。二、工艺参数的计算2、1原料：硫酸镍溶液35%，氢氧化钠溶液40%，氨水2、2原理：NiSO4+2NaOH+NH3+H2O

5、=Ni(OH)2+Na2SO4+ NH3+ H2OM(NiSO4)=2500/93*155=4167tM(NiSO4* H2O)=4167/155*263=7071tM(NaOH)=2500/93*40*2=2151tM(液氨)=400*2500=1000000t 消耗：400kg/吨球镍M(纯水)=2500*10=25000t 消耗：10吨水/吨球镍2、3流程说明操作步骤：1、把自来水用反渗透装置制成纯水。 将储存于阴干、枯燥、通风的库房，远离火种、热源的NiSO4*6 H2O装置为35%浓度的NiSO4溶液。 将储存于毫米厚的密封钢桶中的液膜法生产的NaOH装置为40%浓度的NaOH溶液。

6、 将储存于钢瓶中的液氨减压汽化后于纯水经文丘里吸收器装置为30%浓度的氨水。2、把NiSO4溶液、NaOH溶液、氨水分别经流量控制仪以一定较小的流速参加不锈钢电加热反响釜中，反响温度控制在5560之间，反响的PH值控制在范围内，并采用强力搅拌进行反响。3、将反响后的混合物经管道进入装置陈化，陈化后经水洗灌水洗，得到的废水经结晶槽低温结晶析出副产物Na2SO4。4、水洗后的沉淀物经真空加压过滤机过滤，再进入垂直振动枯燥机，枯燥温度控制在105120范围内，烘干后得到氢氧化亚镍粉末【2】。5、分筛、检验烘干后的氢氧化亚镍粉末，合成后包装入库。2、4技术指标：球星Ni(OH)2的产品标准表2-1球星

7、Ni(OH)2的产品标准序号工程单位球星Ni(OH)2备注1Ni%2松装密度g/cm33真实密度g/cm34粒径5125101半峰宽deg6比容量mA·/g270三、设备的选择依据3、1工艺流程设备要求【3】：1、反渗透装置制备纯水，得到电导率小于1西门子的高纯水，保证了产品质量。2、所有的配料装置、阀门都不锈钢材质，管道都是UPVC材质，这防止了物料混入金属等杂质。3、文丘里吸收器有良好的降温、吸气和除雾效果，且工程费用低。4、不锈钢电加热反响釜有独特的搅拌器，可以进行强力搅拌使反响更完全，电加热对温度的控制更准确。5、陈化可以去除沉淀中包藏的杂志，让沉淀晶体生长增大晶体粒径，并使

8、其粒径分布比拟均匀。6、真空加压过滤机具有体积小、生产率高、操作方便、工作周期短、连续自动定量排料、物料损失少的特点，并可进行屡次洗涤，且该设备可以消除传统离心过滤对周围环境的影响。7、垂直振动枯燥机既提高了传统效率，又使间歇枯燥变为连续枯燥，从而提高劳动效率。3、2所需设备情况说明【4】：1、不锈钢电加热反响釜其内部设计成独特的挡风板机搅拌器，以形成强力搅拌，采用调节阀自动控制不同原料的注料速度，以热水为加热介质，自动控制反响温度可控制在4565之间。表2-2不锈钢电加热反响釜序号仪器参考参数参数值1型号M2N102容积305000(L)3电热功率690(KW)4内锅尺寸3501800mm5

9、外径尺寸718*19002370*4000(mm)6电机功率15kw7搅拌转速85(转/分)8结构类型开式9连接形式平盖式10密封形式填料密封2、真空加压过滤机：结构特点：1、 过滤效率高2、 操作方便、工作周期短。3、 连续定量自动排料4、 全密封作业5、 极少产品流失或滞留6、 物料可屡次调浆、洗涤7、 拆卸滤布方便，对滤布可实现正、逆清洗。表2-3真空加压过滤机序号仪器参考参数参数值1样式筒式2自动化程度自动3滤料类型无纺织4型号ZG5005性能精密、高效过滤6有效容积2000L7外行尺寸25*0.5(m)8处理能力3t /h9进料含水量70(%)10滤饼含水量1%11设备重量3000k

10、g3、垂直振动枯燥机：此款枯燥剂产出的产品质量均匀，且连续操作，传热效率高，有利于提高劳动效率。表2-4垂直振动枯燥机序号仪器参考参数参数值1振槽尺寸长*宽mm9420*2502振动方向角度30°60°3振幅mm034电动机型号ZDS316 5电动机功率kw0.8*26振动频率次/分9307整机重量公斤7308外形尺寸长*宽*高1370*1100*2040(1840)9生产能力公斤/小时20010004、定值配料搅拌系统表2-5定值配料搅拌系统序号仪器参考参数参数值1型号HN-20212规格200kg20000kg3最小控制精度100g10000gHN-2021型定值配料预

11、混系统以电子称重台、混料罐、自动控制、循环输送等系统装置组成，具有响应速度快、性能平安可靠、控制数据处理精确稳定等优点。可选配人机界面与控制仪表连接，更方便直接的操控系统。根本功能：按原料配比显示设定配比值和实际配比值；自动定值控制、定值比例控制自动置零、去皮；自动空秤处理、料位异常处理；自动循环搅拌；按设定值进行混合后的原料输送；混料罐和储料罐的料温控制；先进抗振动及判稳技术，使重量显示更稳定，判稳速度快，精度高；5、反渗透装置反渗透设备是围绕反渗膜而组织成的一套水处理系统，一套完整的反渗透系统分别由预处理局部、反渗透主机膜过滤局部、后处理局部和系统清洗局部共同组成。表2-6反渗透装置序号仪

12、器参考参数参数值1型号HQ-5002操作压力Mpa3水电阻率104出水量500L/H5外形尺寸1800x1500x2000cm6电压380vV6、陈化装置自动化程度高，系统由PLC控制，在界面上操作及显示各单元运行状态，具有直观的人机界面，操作简单、方便。系统稳定可靠，有故障时相关设备会自动按要求停止。采用螺旋给料器投加粉体，速度闭环控制，保证投料均匀、分散、精度在1以内。在规定的生产量及连续投液条件下，所配制溶液的熟化时间保证在2小时以上。其配制浓度为。箱体采用304不锈钢、PVC材质。采用三槽溢流式溶液操作系统，使设备结构简单、体积小、安装方便。适用于连续溶解和连续添加药剂的环境。搅拌器采

13、用特殊设计的多级浆叶结构。预混器加速粉料的水化作用，水流状态可以调节。表2-7陈化装置序号仪器参考参数参数值1处理污水量1-20m3/hm3/h2型号LNJY3臭氧用量22g/h4流量计规格00m3/h 5出水管口径50mm6进水管口径50mm7外形尺寸3cm8曝气机功率22kw9规格150010布局形式立式11每次出料处理量范围300-2500L12搅拌方式自落式搅拌7、文丘里吸收装置1、文丘里吸收装置采用分节组装，具有占地面积小、运输、安装方便的特点。2、该装置采用国内先进的复合材料和耐高温玻璃钢树脂，使其增加了耐磨、耐高温程度，大大延长了使用寿命。表2-8文丘里吸收装置序号仪器参考参数参

14、数值1类型文丘里管除尘器2林格曼黑度1级3型号齐全4脱硫率85以上% 5除尘率98以上%6阻力损失Pa7液气比68出口含尘浓度g/Nm39使用温度范围300以下10处理风量1000m3/h11过滤速度100m/min四、本钱核算1 、本钱估算表4-1本钱估算序号工程年耗量单价(元)总价(元)单位1六水合硫酸镍42056002352000吨2氢氧化钠3000646200吨3液氨1003000300000吨4水2580018464400吨5电20000058000千瓦时6煤7包装8折旧费137830年9维修费275660年10税收6000年11合

15、计4372090年2、设备费用表4-2 设备费用序号设备费用元1不锈钢加热反响釜5800002真空加压过滤机3500003垂直震动枯燥机4000004反渗透装置16000 5配料装置200006文丘里吸收器88007陈化反响釜35008合计13748003、管理费用：表4-3 管理费用序号岗位人数工资数额元年工资元备注1财会人员23800912002销售人员33000108000加提成3总经间主产调度24000960006检验23500840007纯水成工23000720009锅炉工3300010800010配料工1

16、30003600011水洗工3280010080012烘干工228006720013包装工32800100800总计2684000546000五、经济效益分析年税收=年销售收入*0.5%=7200000*0.5%=3.6 (万元)年效益=年销售收入-原料费用-税收-员工费用=720-437.2090-3.6-54.6=224.591(万元)利润率=年效益/年销售收入原料价格变动【5】437万元到500万元 而利润率下限为25%，因此对镍氢电池进行生产在能源行业投资是一项很好的开展潜力。六、环境保护及措施1对产房的选择，应到达规定的要求，保证其通风，废水处理等合理化。实现废气废水的循环利用。例如

17、：废气的热量可以供应员工洗浴等。2废水中的硫酸钠达标处理：硫酸钠水溶液对眼睛和皮肤有着刺激作用，根本无毒，对材料有着腐蚀作用。处理方法:将含有氨水和硫酸钠的母液冷冻10时，析出：Na2SO4*10H2O晶体可以进行回收。3废水中的氨水：氨水又称氢氧化铵，无色透明，有刺激性气味。十分容易挥发。浓氨水对呼吸道和皮肤都有极强的刺激性作用。并且能损伤中枢神经系统，且具有弱碱性。氨水对同铜的腐蚀性较大，对钢的腐蚀次之，对水泥的腐蚀最弱。七 、小结八、参考文献【1】【2】郑水林。2005超细粉体加工技术与应用：北京化工出版社【3】陆厚根。1998.粉体技术导论。上海：同济大学出版社【4】)【5】)【6】周仕学，谭琦，马怀营等。1990储氢材料67Mg29C3Ni1