氫氧化鈉溶液蒸發(fā)濃縮的管道設(shè)計化工原理課程設(shè)計1

1、 化工原理課程設(shè)計 氫氧化鈉溶液蒸發(fā)濃縮的管道設(shè)計 學(xué) 院：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級： 學(xué) 號 ：姓 名 ： 指導(dǎo)老師： 課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱化工原理課程設(shè)計課程代碼設(shè)計時間2013-05-17到2013-06-20指導(dǎo)教師 專業(yè)化學(xué)工程與工藝 班級 1.課程設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計總?cè)蝿?wù)將10%的氫氧化鈉溶液蒸發(fā)濃縮到50%，年產(chǎn)30萬噸。1.2我的具體任務(wù)正常生產(chǎn)、停車檢修及設(shè)備清洗時的管路設(shè)計；泵的選型、閥門選型、確定管徑及管材；繪制帶控制點的流程圖并說明。2.課程設(shè)計要求及成果要求2.1課程設(shè)計要求學(xué)生應(yīng)在老師指導(dǎo)下獨立完成，題目不可更換；查閱相關(guān)資料，自學(xué)具體課題中

2、涉及到的新知識。2.2對課程設(shè)計成果的要求寫出詳細設(shè)計說明；寫出詳細計算過程、經(jīng)驗值的取舍依據(jù)；設(shè)計完成后提交課程設(shè)計說明書及相關(guān)設(shè)計圖；設(shè)計說明書應(yīng)內(nèi)容充實、寫作規(guī)范、項目填寫正確完整、書面整潔、版面編排、圖表繪制符合要求。2.3最后提交的課程設(shè)計成果課程設(shè)計說明書紙質(zhì)文件及電子文件；課程設(shè)計相關(guān)設(shè)計圖紙質(zhì)文件及電子文件。指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：目錄1.前言12.設(shè)計思路13.能源的合理利用24.具體任務(wù)說明25.確定管徑、管材及其型號26.泵的選型36.1總能量損失hf 的計算46.2泵的確定56.3泵的最大允許安裝高度的確定57.閥門及管件的選擇68.流程說明68.1生產(chǎn)

3、流程及閥門控制68.1.1正常生產(chǎn)流程68.1.2閥門控制68.2殼程清洗流程及閥門控制78.2.1同時清洗殼程78.2.1.1同時清洗殼程的流程78.2.1.2同時清洗殼程的閥門控制78.2.2單獨清洗殼程78.2.2.1只洗一號換熱器殼程的流程78.2.2.2只洗一號換熱器殼程的閥門控制78.2.2.3只洗二號換熱器殼程的流程78.2.2.4只洗二號換熱器殼程的閥門控制78.2.2.5只洗三號換熱器殼程的流程78.2.2.6只洗三號換熱器殼程的閥門控制78.2.2.7只洗四號換熱器殼程的流程88.2.2.8只洗四號換熱器殼程的閥門控制88.3管程清洗流程及閥門控制88.3.1同時清洗管程8

4、8.3.1.1同時清洗管程的流程88.3.1.2同時清洗管程的閥門控制88.3.2單獨清洗管程88.3.2.1只洗一號換熱器管程的流程88.3.2.2只洗一號換熱器管程的閥門控制88.3.2.3只洗二號換熱器管程的流程88.3.2.4只洗二號換熱器管程的閥門控制88.3.2.5只洗三號換熱器管程的流程98.3.2.6只洗三號換熱器管程的閥門控制98.3.2.7只洗四號換熱器管程的流程98.3.2.8只洗四號換熱器管程的閥門控制9總結(jié)9致謝10參考資料10附錄101.前言化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手

5、冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、帶控制點的流程圖等圖形。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟合理性。本次化工原理課程設(shè)計實際的生產(chǎn)任務(wù)是將10%的氫氧化鈉溶液通過蒸發(fā)濃縮至50%的氫氧化鈉的溶液，年產(chǎn)30萬噸。這次設(shè)計的任務(wù)包括管路的設(shè)計、換熱器的設(shè)計和蒸發(fā)器的設(shè)計,而我的任務(wù)是管路的設(shè)計。管路是由管子、管件、閥門、以及管路上的小型設(shè)備等管路組成件連接而成的輸送流體或傳遞壓力的通道。在這次課程設(shè)計中，一方面提高了自己的思維能力和自己解決實際問題的能力，另一方面讓我熟悉了化工廠在實際生產(chǎn)中使用的專用設(shè)備和相關(guān)零件

6、以及實際生產(chǎn)環(huán)境和流程。本次課程設(shè)計是以我們學(xué)生自己設(shè)計為主,老師負責(zé)解答我們所遇到的困難并指導(dǎo)我們的設(shè)計方向，所以在整個設(shè)計過程中，從對管路草圖的討論、修改，對各部分管路、管件的選擇都要靠我們自己從相關(guān)書籍和資料中尋找和查閱相關(guān)數(shù)據(jù)和公式，而我們也從這一過程中學(xué)習(xí)和熟悉了這些專業(yè)工具書的使用方法。而這一技巧對以后的工作有著非常巨大的幫助。所以說，這次課程設(shè)計對我們在以后的工作中能夠有出色表現(xiàn)打下了堅實的基礎(chǔ)，也加強了我們自己的鉆研精神和解決問題的能力。這次課程設(shè)計是我們將課堂理論知識運用到實際生產(chǎn)的一次嘗試。課程設(shè)計這一平臺給了我們獨立思考的空間和自由發(fā)揮所學(xué)知識的機會，這對加深我們所學(xué)知識

7、的理解有著很大的幫助。在這次課程設(shè)計中我們自己操作，驗證自己所學(xué)的理論知識，并在此基礎(chǔ)上靈活設(shè)計出自己的一套生產(chǎn)方案，這一過程培養(yǎng)了我們嚴謹思考的習(xí)慣和在實際工作中靈活應(yīng)變的能力?？傊舜握n程計是理論聯(lián)系實際的橋梁，讓我體會到了工程實際問題的復(fù)雜性，了解到了課程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握了課程設(shè)計的主要程序和方法，培養(yǎng)了我解決實際問題的能力，也讓我養(yǎng)成實事求是、嚴肅認真、高度負責(zé)的工作態(tài)度。2.設(shè)計思路在氫氧化鈉溶液的濃縮過程中,先把稀的堿液用較高溫度的水加熱到接近沸點,在用蒸發(fā)器將其中多余的水分蒸發(fā)掉,達到實際生產(chǎn)中所需的濃度?？紤]到在整個生產(chǎn)過程中料液都是在流動且原料液與完成液的濃度相差較大，

8、一個換熱器和一個蒸發(fā)器可能滿足不了實際生產(chǎn)要求，所以在設(shè)計中采用多個換熱器和多個蒸發(fā)器。3.能源的合理利用多效蒸發(fā)是目前工業(yè)生產(chǎn)中濃縮溶液的常用裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和節(jié)能降耗的需求，前期蒸發(fā)過程中如果將產(chǎn)生的蒸汽直接排向外界，不僅浪費了蒸汽，造成熱能損失，而且其中夾雜的不良氣體又會污染空氣。多效蒸發(fā)器能夠很好的利用二次蒸汽，使二次蒸汽作為下一個蒸發(fā)器的熱源，這不僅節(jié)經(jīng)濟合理、節(jié)約能源，而且減少了廢氣的排放，減輕了對環(huán)境的影響。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷凝水具有很高的溫度，可以合理設(shè)計管道，把生成的冷凝水用于給換熱器中的料液進行加熱。對于清洗管程和殼程的管道設(shè)計，我們盡量共用管道，以減少管道的成本

9、。4.具體任務(wù)說明本次課程設(shè)計的主要任務(wù)是將10%的氫氧化鈉溶液加熱蒸發(fā)濃縮至50%，年產(chǎn)30萬噸。設(shè)計任務(wù)包括管路設(shè)計、換熱器設(shè)計以及蒸發(fā)器設(shè)計三個部分，而我負責(zé)的是管路設(shè)計。在主要的輸送管路和鋪筑管路中的計算包括管路的直徑、流量和能量損失，根據(jù)計算結(jié)果選擇泵的類型，根據(jù)泵的性能指標和實際生產(chǎn)要求得出泵的安裝高度。設(shè)計管路中包括換熱器的清洗，換熱器包括管程和殼程，在設(shè)計清洗管路時要把清洗管程和清洗殼程的管路分開，還要考慮到一次清洗和分別清洗的情況，要求設(shè)計的管路實際可行，總長最短，清洗效果最佳。從經(jīng)濟的角度考慮，要求管路中盡可能的減少閥門和接頭的數(shù)量。由于生產(chǎn)任務(wù)是連續(xù)24小時生產(chǎn)，所以所選

10、管材必須內(nèi)疲勞，管路必須易檢修、易清洗和能替換。本次設(shè)計中的生產(chǎn)料液是氫氧化鈉溶液，是具有腐蝕性的堿液，所以所選管材可以選用耐腐蝕的無縫不銹鋼管。5.確定管徑、管材及其型號從化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊查得氫氧化鈉溶液在20，1atm時的物性數(shù)據(jù)為：=1109 kg/h=0.00175 pas年產(chǎn)30萬噸50%的氫氧化鈉溶液，一年工作330天，每天連續(xù)24小時工作，則完成液按小時算的產(chǎn)量是：則10%的原料液的質(zhì)量流量為： 換算為體積流量是：因為稀的氫氧化鈉溶液與水的流速范圍相差不大，可取=1.8m/s，之后再經(jīng)過核算求取。則：由于輸送的是稀堿液，所以輸送管路都用耐腐蝕的鑄鐵管，其主要參數(shù)如下：表5-1

11、 所選管道參數(shù)項目參數(shù)型號公稱直徑/mm壁厚/mm內(nèi)徑/mmgb/t149762008184重新核算流速，即：6.泵的選型生產(chǎn)時需要將氫氧化鈉溶液輸送到距離液面高度為7m的第一效蒸發(fā)器入口，以儲液槽的液面為1-1面，出口管的內(nèi)側(cè)為3-3面。草圖如下：圖6-1在1-1和3-3截面之間運用伯努利方程：式中：z1=0z3=7mp1=p3=1atm1=03=1.78因此方程簡化為： 只要算出系統(tǒng)的總能量損失hf ，就可以算出泵的壓頭。6.1總能量損失hf 的計算表6-1 閥門和彎頭的個數(shù)及當(dāng)量長度90 標準彎頭標準三通全開閘閥底閥截止閥個數(shù)410111當(dāng)量長度/m1.22.50.252.82.5局部阻

12、力系數(shù)0.753.50.178.56.4總當(dāng)量長度總局部阻力系數(shù)取管壁的相對粗糙度=0.20mm,則管壁的相對粗糙度為雷諾數(shù)查表得摩擦系數(shù)=0.041設(shè)管長為50m則：每一個換熱器間的能量損失是20kpa，則：6.2泵的確定由以上計算的到泵的理論壓頭：泵的實際壓頭是理論壓頭的1.03到1.1倍，所以：最終選擇耐腐蝕泵f50-30表6-2 耐腐蝕泵f50-30的參數(shù)項目參數(shù)項目參數(shù)泵的型號50f-30軸功率kw3.5流量l/s50電機功率kw6.5揚程m30效率%44轉(zhuǎn)速r/min6500允許吸上真空度m66.3泵的最大允許安裝高度的確定如泵的工作草圖6-1所示，在面1-1和2-2之間列伯努利方

13、程： 在20，10%的naoh的飽和蒸汽壓hv=2200pa=0.22m水柱，設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮篽a=10m水柱。 有一個底閥和一個90 的標準彎頭，則： 設(shè)10%氫氧化鈉溶液儲液槽到泵吸入口之間的距離為10m，則：則： 在實際生產(chǎn)中，安裝高度比理論高度小0.5到1.0米，所以在我的設(shè)計中，泵的安裝高度在液面上方2.4米。7.閥門及管件的選擇閥門的選擇要參考介質(zhì)溫度、工作壓力和操作要求等各方面的因素，由此工藝流程設(shè)計要求，選擇如下：截止閥型號：j45w-25ti閘閥型號：z40w-16ti型鈦合金楔式閘閥三通閥型號：1cr18ni9ti90 標準彎頭型號：crsmo以上所選材質(zhì)均耐堿性腐蝕。8.流程

14、說明8.1生產(chǎn)流程及閥門控制8.1.1正常生產(chǎn)流程原料液儲槽 閥1 閥2 泵 閥3 閥4 閥5 一號換熱器 閥6 閥7 二號換熱器 閥8 閥9 三號換熱器 閥10 閥11 四號換熱器 閥12 閥13 蒸發(fā)器8.1.2閥門控制首先關(guān)閉所有閥門，然后打開三通閥4、5、6、7、8、9、10、11、12、13（直進直出），再打開截止閥35、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46，再打開三通32、29、26（直進側(cè)出），再打開三通25、28、31、34（直進直出），再打開三通30、33、36（直進直出）和27（直進側(cè)出），再打開閘閥51，最后打開底閥1和閘閥2，在打開泵之后開啟截止閥

15、3。8.2殼程清洗流程及閥門控制8.2.1同時清洗殼程8.2.1.1同時清洗殼程的流程殼程清洗液存儲器 閥21 閥22 閥23 閥24 閥25閥27 閥49 閥30 閥48 閥33 閥47閥36 閥50 殼程清洗液廢液槽8.2.1.2同時清洗殼程的閥門控制關(guān)閉所有閥門，然后打開閘閥21，再打開三通閥22、23、24（直進直出）和25（側(cè)進左出），再打開閘閥47、48、49，三通，再打開三通閥30、33、36（直進側(cè)出）和27（直進直出）最后打開閘閥50。8.2.2單獨清洗殼程8.2.2.1只洗一號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器 閥21 閥22 閥23 閥24 閥25 閥27 閥50 殼程清洗

16、液廢液槽8.2.2.2只洗一號換熱器殼程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥4由直進直出改為直進側(cè)出，打開三通閥14（直進側(cè)出），將三通閥6關(guān)閉，之后打開閘閥21，三通閥22、23、24（直進直出）、25（側(cè)進左出），關(guān)閉閘閥49，打開三通閥27（直進直出），打開閘閥50。8.2.2.3只洗二號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器 閥21 閥22 閥23 閥24 閥28 閥30 閥50 殼程清洗液廢液槽8.2.2.4只洗二號換熱器殼程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥7、8關(guān)閉，打開三通閥14（側(cè)進右出），打開三通閥15（直進側(cè)出），之后打開閘閥21，三通閥22、23（直進直出）、24（直進

17、側(cè)出）、28(側(cè)進左出），關(guān)閉閘閥49、48，打開三通閥30（直進側(cè)出）、閘閥508.2.2.5只洗三號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器 閥21 閥22 閥23 閥31 閥33 閥50 殼程清洗液廢液槽8.2.2.6只洗三號換熱器殼程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥9、10關(guān)閉，打開三通閥15（側(cè)進右出），打開三通閥16（直進側(cè)出），之后打開閘閥21，三通閥22（直進直出）、23（直進側(cè)出）、打開三通閥31（側(cè)進左出），關(guān)閉閘閥48、47，打開三通閥33（直進側(cè)出）、閘閥508.2.2.7只洗四號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器 閥21 閥22 閥34 閥36 閥50 殼程清洗液廢液槽8

18、.2.2.8只洗四號換熱器殼程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥11、12關(guān)閉，打開三通閥16（側(cè)進右出），打開三通閥13（側(cè)進右出），之后打開閘閥21，三通閥22（直進側(cè)出）、打開三通閥34（側(cè)進左出），關(guān)閉閘閥47，打開三通閥36（直進側(cè)出）、閘閥508.3管程清洗流程及閥門控制8.3.1同時清洗管程8.3.1.1同時清洗管程的流程管程清洗液存儲器 閥17 閥18 閥19 閥20 閥5閥6 閥7 閥8 閥9 閥10 閥11閥12 閥52 殼程清洗液廢液槽8.3.1.2同時清洗管程的閥門控制關(guān)閉所有閥門，然后打開閘閥17，再打開三通閥18、19、20（直進直出）和25（側(cè)進右出），再打開

19、三通閥6、7、8、9、10、11、12（直進直出）和12（直進側(cè)出）最后打開閘閥52。8.3.2單獨清洗管程8.3.2.1只洗一號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器 閥17 閥18 閥19 閥20 閥5 閥6 閥52 管程清洗液廢液槽8.3.2.2只洗一號換熱器管程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥4由直進直出改為直進側(cè)出，打開三通閥14（直進側(cè)出），之后打開閘閥17，三通閥18、19、20（直進直出）、5（側(cè)進右出）、6（直進側(cè)出），最后打開閘閥52。8.3.2.3只洗二號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器 閥17 閥18 閥19 閥20 閥7 閥8 閥52管程清洗液廢液槽8.3.2.4只洗

20、二號換熱器管程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥7、8關(guān)閉，打開三通閥14（側(cè)進右出）、15（直進側(cè)出），之后打開閘閥17，三通閥18、19（直進直出）、20（直進側(cè)出）、7（側(cè)進右出）、8（直進側(cè)出），最后打開閘閥52。8.3.2.5只洗三號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器 閥17 閥18 閥19 閥9 閥10 閥52 管程清洗液廢液槽8.3.2.6只洗三號換熱器管程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥9、10關(guān)閉，打開三通閥15（側(cè)進右出）、16（直進側(cè)出），之后打開閘閥17，三通閥18（直進直出）、19（直進側(cè)出）、9（側(cè)進右出）、10（直進側(cè)出），最后打開閘閥52。8.3.2.7

21、只洗四號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器 閥18 閥11 閥12 閥52 管程清洗液廢液槽8.3.2.8只洗四號換熱器管程的閥門控制在正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上：將三通閥11、12關(guān)閉，打開三通閥16（側(cè)進右出）、13（側(cè)進右出），之后打開閘閥17，三通閥18（直進側(cè)出）、11（側(cè)進右出）、12（直進側(cè)出），最后打開閘閥52?？偨Y(jié)化工原理課程設(shè)計是化工原理課程教學(xué)中綜合性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成某一化工設(shè)備（如精餾塔，吸收塔，干燥器，換熱器等）的工藝設(shè)計和設(shè)備裝置配圖的繪制，以培養(yǎng)學(xué)生對物理化學(xué)，化工熱力學(xué)，化工原理等課程知識的綜合運用能力。通過課程設(shè)計，要求了解工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的主

22、要程序和方法，培養(yǎng)分析和解決工程實際問題的能力。通過課程設(shè)計，還應(yīng)培養(yǎng)獨立工作能力，樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是，嚴肅認真，高度負責(zé)的工作作風(fēng)。我們小組主要負責(zé)設(shè)計整個流程的管路。通過課程設(shè)計，使我掌握化工設(shè)計的基本程序與基本方法，結(jié)合設(shè)計課題培養(yǎng)查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的能力，通過查詢技術(shù)資料，選用設(shè)計計算公式，收集數(shù)據(jù)，分析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強分析問題，解決問題的能力，通過編寫說明書，提高學(xué)生文中表達能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求，了解一般化工設(shè)備圖基本要求，對學(xué)生進行繪圖基本技能訓(xùn)練。作為第一次進行課程設(shè)計，在這個過程中，出現(xiàn)了一系列的問題，開始感覺無從下手，對裝置的設(shè)計不夠完善。但是在老師耐心的指導(dǎo)下，設(shè)計任