氢氧化钠溶液蒸发浓缩的管道设计化工原理课程设计

化工原理课程设计氢氧化钠溶液蒸发浓缩的管道设计学院：化学与材料科学学院专业：化学工程与工艺班级：学号：姓名：指导老师：课程设计任务书课程名称化工原理课程设计课程代码设计时间2013-05-17到2013-06-20指导教师专业化学工程与工艺班级1.课程设计任务1.1设计总任务将10%的氢氧化钠溶液蒸发浓缩到50%，年产30万吨。1.2我的具体任务正常生产、停车检修及设备清洗时的管路设计；泵的选型、阀门选型、确定管径及管材；绘制带控制点的流程图并说明。2.课程设计要求及成果要求2.1课程设计要求学生应在老师指导下独立完成，题目不可更换；查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。2.2对课程设计成果的要求写出详细设计说明；写出详细计算过程、经验值的取舍依据；设计完成后提交课程设计说明书及相关设计图；设计说明书应内容充实、写作规范、项目填写正确完整、书面整洁、版面编排、图表绘制符合要求。2.3最后提交的课程设计成果课程设计说明书纸质文件及电子文件；课程设计相关设计图纸质文件及电子文件。指导教师（签名）：教研室主任（签名）：目录TOC\o"1-4"\h\z\u241001.前言 产要求，所以在设计中采用多个换热器和多个蒸发器。3.能源的合理利用多效蒸发是目前工业生产中浓缩溶液的常用装置。随着科学技术的不断发展和节能降耗的需求，前期蒸发过程中如果将产生的蒸汽直接排向外界，不仅浪费了蒸汽，造成热能损失，而且其中夹杂的不良气体又会污染空气。多效蒸发器能够很好的利用二次蒸汽，使二次蒸汽作为下一个蒸发器的热源，这不仅节经济合理、节约能源，而且减少了废气的排放，减轻了对环境的影响。蒸发器中产生的冷凝水具有很高的温度，可以合理设计管道，把生成的冷凝水用于给换热器中的料液进行加热。对于清洗管程和壳程的管道设计，我们尽量共用管道，以减少管道的成本。4.具体任务说明本次课程设计的主要任务是将10%的氢氧化钠溶液加热蒸发浓缩至50%，年产30万吨。设计任务包括管路设计、换热器设计以及蒸发器设计三个部分，而我负责的是管路设计。在主要的输送管路和铺筑管路中的计算包括管路的直径、流量和能量损失，根据计算结果选择泵的类型，根据泵的性能指标和实际生产要求得出泵的安装高度。设计管路中包括换热器的清洗，换热器包括管程和壳程，在设计清洗管路时要把清洗管程和清洗壳程的管路分开，还要考虑到一次清洗和分别清洗的情况，要求设计的管路实际可行，总长最短，清洗效果最佳。从经济的角度考虑，要求管路中尽可能的减少阀门和接头的数量。由于生产任务是连续24小时生产，所以所选管材必须内疲劳，管路必须易检修、易清洗和能替换。本次设计中的生产料液是氢氧化钠溶液，是具有腐蚀性的碱液，所以所选管材可以选用耐腐蚀的无缝不锈钢管。5.确定管径、管材及其型号从《化学化工物性数据手册》查得氢氧化钠溶液在20℃，1atm时的物性数据为：ρ=1109Kg/hμ=0.00175Pa·S年产30万吨50%的氢氧化钠溶液，一年工作330天，每天连续24小时工作，则完成液按小时算的产量是：则10%的原料液的质量流量为：换算为体积流量是：因为稀的氢氧化钠溶液与水的流速范围相差不大，可取ν=1.8m/s，之后再经过核算求取ν。则：由于输送的是稀碱液，所以输送管路都用耐腐蚀的铸铁管，其主要参数如下：表5-1所选管道参数项目参数型号公称直径/mm壁厚/mm内径/mmGB/T149762008184重新核算流速，即：6.泵的选型生产时需要将氢氧化钠溶液输送到距离液面高度为7m的第一效蒸发器入口，以储液槽的液面为1-1’面，出口管的内侧为3-3’面。草图如下：图6-1在1-1’和3-3’截面之间运用伯努利方程：式中：Z1=0 Z3=7m P1=P3=1atm ν1=0 ν3=1.78因此方程简化为： 只要算出系统的总能量损失∑hf，就可以算出泵的压头。6.1总能量损失∑hf的计算表6-1阀门和弯头的个数及当量长度90ͦ标准弯头标准三通全开闸阀底阀截止阀个数410111当量长度/m1.22.50.252.82.5局部阻力系数ξ0.753.50.178.56.4总当量长度总局部阻力系数取管壁的相对粗糙度ε=0.20mm,则管壁的相对粗糙度为雷诺数查表得摩擦系数λ=0.041设管长为50m则：每一个换热器间的能量损失是20KPa，则：6.2泵的确定由以上计算的到泵的理论压头：泵的实际压头是理论压头的1.03到1.1倍，所以：最终选择耐腐蚀泵F50-30表6-2耐腐蚀泵F50-30的参数项目参数项目参数泵的型号50F-30轴功率kw3.5流量L/s50电机功率kw6.5扬程m30效率%44转速r/min6500允许吸上真空度m66.3泵的最大允许安装高度的确定如泵的工作草图6-1所示，在面1-1’和2-2’之间列伯努利方程：在20℃，10%的NaOH的饱和蒸汽压Hv=2200Pa=0.22m水柱，设当地大气压Ha=10m水柱。有一个底阀和一个90ͦ的标准弯头，则：设10%氢氧化钠溶液储液槽到泵吸入口之间的距离为10m，则：则：在实际生产中，安装高度比理论高度小0.5到1.0米，所以在我的设计中，泵的安装高度在液面上方2.4米。7.阀门及管件的选择阀门的选择要参考介质温度、工作压力和操作要求等各方面的因素，由此工艺流程设计要求，选择如下：截止阀型号：J45W-25Ti闸阀型号：Z40W-16Ti型钛合金楔式闸阀三通阀型号：1Cr18Ni9Ti90ͦ标准弯头型号：CrSMo以上所选材质均耐碱性腐蚀。8.流程说明8.1生产流程及阀门控制8.1.1正常生产流程原料液储槽阀1阀2泵阀3阀4阀5一号换热器阀6阀7二号换热器阀8阀9三号换热器阀10阀11四号换热器阀12阀13蒸发器8.1.2阀门控制首先关闭所有阀门，然后打开三通阀4、5、6、7、8、9、10、11、12、13（直进直出），再打开截止阀35、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46，再打开三通32、29、26（直进侧出），再打开三通25、28、31、34（直进直出），再打开三通30、33、36（直进直出）和27（直进侧出），再打开闸阀51，最后打开底阀1和闸阀2，在打开泵之后开启截止阀3。8.2壳程清洗流程及阀门控制8.2.1同时清洗壳程8.2.1.1同时清洗壳程的流程壳程清洗液存储器阀21阀22阀23阀24阀25 阀27阀49阀30阀48阀33阀47 阀36阀50壳程清洗液废液槽8.2.1.2同时清洗壳程的阀门控制关闭所有阀门，然后打开闸阀21，再打开三通阀22、23、24（直进直出）和25（侧进左出），再打开闸阀47、48、49，三通，再打开三通阀30、33、36（直进侧出）和27（直进直出）最后打开闸阀50。8.2.2单独清洗壳程8.2.2.1只洗一号换热器壳程的流程壳程清洗液存储器阀21阀22阀23阀24阀25阀27阀50壳程清洗液废液槽8.2.2.2只洗一号换热器壳程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀4由直进直出改为直进侧出，打开三通阀14（直进侧出），将三通阀6关闭，之后打开闸阀21，三通阀22、23、24（直进直出）、25（侧进左出），关闭闸阀49，打开三通阀27（直进直出），打开闸阀50。8.2.2.3只洗二号换热器壳程的流程壳程清洗液存储器阀21阀22阀23阀24阀28阀30阀50壳程清洗液废液槽8.2.2.4只洗二号换热器壳程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀7、8关闭，打开三通阀14（侧进右出），打开三通阀15（直进侧出），之后打开闸阀21，三通阀22、23（直进直出）、24（直进侧出）、28(侧进左出），关闭闸阀49、48，打开三通阀30（直进侧出）、闸阀508.2.2.5只洗三号换热器壳程的流程壳程清洗液存储器阀21阀22阀23阀31阀33阀50壳程清洗液废液槽8.2.2.6只洗三号换热器壳程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀9、10关闭，打开三通阀15（侧进右出），打开三通阀16（直进侧出），之后打开闸阀21，三通阀22（直进直出）、23（直进侧出）、打开三通阀31（侧进左出），关闭闸阀48、47，打开三通阀33（直进侧出）、闸阀508.2.2.7只洗四号换热器壳程的流程壳程清洗液存储器阀21阀22阀34阀36阀50壳程清洗液废液槽8.2.2.8只洗四号换热器壳程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀11、12关闭，打开三通阀16（侧进右出），打开三通阀13（侧进右出），之后打开闸阀21，三通阀22（直进侧出）、打开三通阀34（侧进左出），关闭闸阀47，打开三通阀36（直进侧出）、闸阀508.3管程清洗流程及阀门控制8.3.1同时清洗管程8.3.1.1同时清洗管程的流程管程清洗液存储器阀17阀18阀19阀20阀5 阀6阀7阀8阀9阀10阀11 阀12阀52壳程清洗液废液槽8.3.1.2同时清洗管程的阀门控制关闭所有阀门，然后打开闸阀17，再打开三通阀18、19、20（直进直出）和25（侧进右出），再打开三通阀6、7、8、9、10、11、12（直进直出）和12（直进侧出）最后打开闸阀52。8.3.2单独清洗管程8.3.2.1只洗一号换热器管程的流程管程清洗液存储器阀17阀18阀19阀20阀5阀6阀52管程清洗液废液槽8.3.2.2只洗一号换热器管程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀4由直进直出改为直进侧出，打开三通阀14（直进侧出），之后打开闸阀17，三通阀18、19、20（直进直出）、5（侧进右出）、6（直进侧出），最后打开闸阀52。8.3.2.3只洗二号换热器管程的流程管程清洗液存储器阀17阀18阀19阀20阀7阀8阀52管程清洗液废液槽8.3.2.4只洗二号换热器管程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀7、8关闭，打开三通阀14（侧进右出）、15（直进侧出），之后打开闸阀17，三通阀18、19（直进直出）、20（直进侧出）、7（侧进右出）、8（直进侧出），最后打开闸阀52。8.3.2.5只洗三号换热器管程的流程管程清洗液存储器阀17阀18阀19阀9阀10阀52管程清洗液废液槽8.3.2.6只洗三号换热器管程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀9、10关闭，打开三通阀15（侧进右出）、16（直进侧出），之后打开闸阀17，三通阀18（直进直出）、19（直进侧出）、9（侧进右出）、10（直进侧出），最后打开闸阀52。8.3.2.7只洗四号换热器管程的流程管程清洗液存储器阀18阀11阀12阀52管程清洗液废液槽8.3.2.8只洗四号换热器管程的阀门控制在正常生产的基础上：将三通阀11、12关闭，打开三通阀16（侧进右出）、13（侧进右出），之后打开闸阀17，三通阀18（直进侧出）、11（侧进右出）、12（直进侧出），最后打开闸阀52。总结化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性较强的教学环节，要求学生完成某一化工设备（如精馏塔，吸收塔，干燥器，换热器等）的工艺设计和设备装置配图的绘制，以培养学生对物理化学，化工热力学，化工原理等课程知识的综合运用能力。通过课程设计，要求了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的主要程序和方法，培养分析和解决工程实际问题的能力。通过课程设计，还应培养独立工作能力，树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。我们小组主要负责设计整个流程的管路。通过课程设计，使我掌握化工设计的基本程序与基本方法，结合设计课题培养查阅有关技术资料及物性参数的能力，通过查询技术资料，选用设计计算公式，收集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强分析问题，解决问题的能力，通过编写说明书，提高学生文中表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求，了解一般化工设备图基本要求，对学生进行绘图基本技能训练。作为第一次进行课程设计，在这个过程中，出现了一系列的问题，开始感觉无从下手，对装置的设计不够完善。但是在老师耐心的指导下，设计任务慢慢完善慢慢改进。我觉得不仅巩固了化工原理及相关知识，而且增强个人对于了团队协作精神，同时也磨练了意志。相信这次课程设计会让我们更加注意理论与实践的结合，成为一次对个人很有意义的经历。总之，我们在这次课程设计中，学习到了非常重要的知识和技能，明白了光具有理论知识是远远不够的，必须联系实际情况从中培养了解决问题的能力，如何去解决实际问题，运用自己所学的知识去创造。致谢首先，我要感谢我的指导老师陈胜慧教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我生活、学习中的榜样，给了起到了指路明灯的作用；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。谢谢!参考资料[1]贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社,2002年6月.[2]刘光启,马连湘,刘杰.化学化工物性数据手册.化学工业出版社,2002年3月.[3]中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册.化学工业出版社.2009年8月.[4]刘启光,马连湘,邢志有.化工物性算图手册.化学工业出版社.2002年1月.[5]贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计.天津大学出版社.2002年8月.附录氢氧化钠溶液蒸发浓缩--流程图.dwg(文库里有)化工原理课程设计成绩评定表学院化学与材料科学学院专业化学工程与工艺学生姓名黄文伟学号10081004年级2010级一班设计题目10%NaOH蒸发浓缩到50%，年产30万吨评阅意见及成绩评定成绩：等级：导师签名： 年月日审定意见专业负责人签名：年月日目录第1章项目建设背景与意义 11.1项目建设背景 11.1.1项目所在资源型城市基本情况 11.1.2项目所属产业发展现状与走势 41.2项目建设必要性 71.2.1是市场形势和资源开发的需要 71.2.2是安置和带动就业的需要 81.2.3是调整农村和城市产业结构的需要 91.3申请投资补助的政策依据及申请原因 91.3.1政策依据 91.3.2申请理由 111.4项目建设对资源型城市可持续发展的意义 121.4.1用再生资源产业调整不可再生资源城市的产业结构 121.2.2吸纳就业，放大资源型城市就业口径 13第2章项目单位基本情况和财务状况 142.1项目单位基本情况 142.1近三年经营及财务状况 15第3章项目基本情况 163.1项目简介 163.2建设规模与产品方案 173.3技术设备与工程方案 173.3.1采用的工艺路线与技术特点 173.3.2设备选型 203.3.3主要技术经济指标 213.3.4土建工程方案 223.4公用、辅助工程 233.4.1给排水工程 233.4.2供电 253.4.3供汽 273.4.4化验室 283.5总图运输 283.5.1总平面布置 283.5.2竖向布置 293.5.3工厂运输 293.5.4厂区道路 303.5.5厂区防护及绿化 303.6产品市场预测 303.7建设地点、工期和进度安排 323.7.1宗地位置、面积 323.7.2项目建设工期 323.7.3进度安排 323.8建设期管理 333.8.1管理组织 333.8.2管理方法 333.9项目建设各项条件落实情况 343.9.1主要原材料供应 343.9.2能源动力供应 343.9.3技术力量准备 353.9.4环境保护条件落实情况 353.9.5项目立项审批情况 373.9.6规划选址与建设用地审批情况 37第4章项目投资估算与资金筹措 394.1估算依据 394.1.1建筑、构筑物详表 394.1.2设备详表 394.1.3其它费用、预备费 404.2总投资及投资使用方案 404.2.1建设投资 414.2.2建设期利息 414.2.3流动资金 414.3资金筹措方案 41第5章财务分析与评价 435.1基础数据说明 435.2成本估算 435.2.1原辅材料 435.2.2燃料、动力 445.2.3工资及福利费 445.2.4折旧及摊销费用 445.2.5修理费用 455.2.6其他制造费用 455.2.7管理费用 455.3销售收入、税金及利润 465.3.1产品价格表 465.3.2销售收入 465.3.2税金及利润 465.4盈利能力分析 475.5不确定性分析 485.5.1盈亏平衡分析（BEP） 485.6项目社会效益分析 505.6.1项目对当地社会的影响分析 505.6.2项目与所在地互适性分析 515.6.3社会风险分析 51附表