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88830200001

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 至U 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%勺氫氧化鈉溶液蒸發(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)在老帥指導(dǎo)下獨立完成，題目不可更換；查閱相關(guān)資料，自學(xué)具體課題中涉及到的新知識。2.2對課程設(shè)計成果的要求寫出詳細(xì)設(shè)計說明；寫出詳細(xì)計算過程、經(jīng)驗值的取舍依據(jù)；設(shè)計

2、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總能量損失刀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)流程及閥門控制 68.1.1 正常生產(chǎn)流程 68.1.2閥門控制

3、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 88.

4、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

5、的基礎(chǔ)知識、 設(shè)計原則及方法； 學(xué)會各種手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(jì)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

6、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(fù)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(qiáng)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

7、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(jī)會， 這對加深我們所學(xué)知識的理解有著很大 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(yán)謹(jǐn)思考的習(xí)慣和在實際工作中靈活應(yīng)變的 能力?？傊?此次課程計是理論聯(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(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)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

8、用蒸發(fā)器將其中多余的水分蒸發(fā)掉 ,達(dá)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， 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?xì)怏w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(jì)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

9、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(jìn)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。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(fù)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(biāo)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

10、管路實際可行，總長最短，清洗效果最佳。從經(jīng)濟(jì)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20C, 1atm時的物性數(shù)據(jù)為：p =1109 Kg/h卩=0.00175 Pa S年產(chǎn)30萬噸50%勺氫氧化鈉溶液，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：= 37878.79Kg /h330 243 108則10%的

11、原料液的質(zhì)量流量為:37878.79 50%189393.95Kg /h10%換算為體積流量是：189393.9530.0474m /s 1109 3600因為稀的氫氧化鈉溶液與水的流速范圍相差不大，可取V =1.8m/s，之后再經(jīng)過核算求取v。則：,|4漢 0.0474二 1.8=0.183m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所選管道參數(shù)項目參數(shù)型號GB/T14976公稱直徑/mm200壁厚/mm8內(nèi)徑/mm184重新核算流速，即：4 0.0474, ” ，2 = 1.78m/s 兀 x0.18426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

12、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:2g -g2 3 3hf式中：Z|=o Z3=7mPi=P3=1atmV 1=0V 3=1.78因此方程簡化為:2 - 3He = Z3*2ghf =72 9.8hf =7.16 hf每一個換熱器間的能量損失是20KPa,則:只要算出系統(tǒng)的總能量損失刀 hf，就可以算出泵的壓頭。6.1總能量損失刀hf的計算hf2VX2g個數(shù)當(dāng)量長度/m局部阻力系數(shù) E標(biāo)準(zhǔn)彎頭41.20.75標(biāo)準(zhǔn)三通102.53.5全開閘閥10.250.17底閥12.88.5截止閥12.56

13、.4表6-1閥門和彎頭的個數(shù)及當(dāng)量長度總當(dāng)量長度 le=4 1.2 10 2.5 1 0.25 1 2.8 1 2.5 =35.35m總局部阻力系數(shù)a4 0.75 10 3.5 1 0.17 1 8.5 1 6.4 =53.07取管壁的相對粗糙度s 0 20& =0.20mm,則管壁的相對粗糙度為0.001d 200278 1109 二 2256020.00175查表得摩擦系數(shù)入=0.041設(shè)管長為50m則：hf =(0.04150 35.35X.0.253.07)1.7822 9.8=11.41m4 20000 hf7.36m1109 9.86.2泵的確定由以上計算的到泵的理論壓頭：罠=7.

14、16 11.41 7.36 =25.93m泵的實際壓頭是理論壓頭的1.03到1.1倍，所以：He =25.93 1.1 = 28.52m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(jī)功率kw6.5揚程m30效率%44轉(zhuǎn)速r/mi n6500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之間列伯努利方程:U2Hg 二Hs Hzg2g在20C, 10%的NaOH的飽和蒸汽壓 Hv=2200Pa=0.22m 水柱，設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮?Ha=10m水柱。Hs 二 Hs (H

15、a -10.33) ( Hv 0.24)=6 (10 -10.33)-(0.22 0.24)=5.21m有一個底閥和一個 90的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，則：、le =1 2.8 1 1.2 =4m送:=仔6.4十仔0.75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:H fi /I 、Ted則:(0.041= 1.62m10 40.27.15)1.7822 9.822 h2g心廠1.782“cc= 5.211.622x9.8=3.43m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

16、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(biāo)準(zhǔn)彎頭型號：CrSMo以上所選材質(zhì)均耐堿性腐蝕。8流程說明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 U泵閥3匚閥4 閥5一號換熱器二 閥6閥7 0二號換熱器 匚二 閥8 0閥9三號換熱器= 閥10 閥11四號換熱器 U閥12 =閥13呂蒸發(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、& 9、10、11、12、13 （直進(jìn)直出），再打開截止閥 35、37、38、39、40、41、4

17、2、43、44、45、46,再打開三通 32、29、26 （直進(jìn)側(cè)出），再打開三通 25、28、31、34 （直進(jìn)直出），再打開三通 30、33、36 （直進(jìn)直出）和27 （直進(jìn)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匚二 閥21 閥22 0 閥23 =閥24 U閥25匚二 閥27 閥49 1=閥30 1=閥48 U閥33 =閥47閥36 0 閥50 U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、2

18、4 （直進(jìn)直出）和25 （側(cè)進(jìn) 左出），再打開閘閥47、48、49,三通，再打開三通閥 30、33、36 （直進(jìn)側(cè)出）和 27 （直 進(jìn)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口 閥21 閥22二閥23 閥24 =閥25 閥27 閥50 殼程清洗液廢液槽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(jìn)直出改為直進(jìn)側(cè)出，打開三通閥14 （直進(jìn)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(jìn)直出）、25 （側(cè)進(jìn)左出）， 關(guān)閉閘閥49，打開三通閥27 （直進(jìn)直出），打開閘閥50。8.

19、2.2.3只洗二號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器uA閥21 =閥22 閥23 閥24 閥28 閥30 0閥50 U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(jìn)右出），打開三通閥 15 （直進(jìn)側(cè)出），之后打開閘閥 21,三通閥22、23 （直進(jìn)直出）、24 （直進(jìn)側(cè)出）、28（側(cè)進(jìn) 左出），關(guān)閉閘閥49、48，打開三通閥30 （直進(jìn)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U閥21匚二閥22匚*閥23 閥31 閥33 閥50 U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

20、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(jìn)右出），打開三通閥16 （直進(jìn)側(cè)出），之后打開閘閥 21，三通閥22 （直進(jìn)直出）、23 （直進(jìn)側(cè)出）、打開三通閥31 （側(cè)進(jìn)左出），關(guān)閉閘閥48、47,打開三通閥33 （直進(jìn)側(cè)出）、閘閥50822.7只洗四號換熱器殼程的流程殼程清洗液存儲器 U閥21匚二閥22 閥34二 閥36匚二:閥50匚二殼程清洗液 廢液槽8.2.2.8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(jìn)右出），打開三通 閥13 （側(cè)進(jìn)右出），之后打開閘閥21,三通閥22 （直進(jìn)側(cè)出）、打開三通閥34 （側(cè)進(jìn)左出），

21、 關(guān)閉閘閥47,打開三通閥36 （直進(jìn)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匚n閥17匚= 閥18匸=閥19匚n閥20匚= 閥5 =閥6 閥7閥8 閥9 =閥10二 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(jìn)直出）和25 （側(cè)進(jìn)右出），再打開三通閥 6、7、8、9、10、11、12 （直進(jìn)直出）和 12 （直進(jìn)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二 閥17

22、 閥18匚= 閥19 閥20匚n閥5 0 閥6匚二閥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(jìn)直出改為直進(jìn)側(cè)出，打開三通閥14 （直進(jìn)側(cè)出），之后打開閘閥17,三通閥18、19、20 （直進(jìn)直出）、5 （側(cè)進(jìn)右出）、6 （直進(jìn)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 匚= 閥17匚二 閥18匚n閥19匚二閥20 H 閥7匚二 閥8 0閥520 管程清洗液廢液槽8.3.2.4只洗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(jìn)右出）、15 （直進(jìn)側(cè) 出），

23、之后打開閘閥17,三通閥18、19 （直進(jìn)直出）、20 （直進(jìn)側(cè)出）、7 （側(cè)進(jìn)右出）、8 （直 進(jìn)側(cè)出），最后打開閘閥52。8.325只洗三號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器閥17 =閥18匚=閥19 =閥9 =閥10匚= 閥52 n 管程清洗液廢液槽8.326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(jìn)右出）、16 （直進(jìn)側(cè) 出），之后打開閘閥 17,三通閥18 （直進(jìn)直出）、19 （直進(jìn)側(cè)出）、9 （側(cè)進(jìn)右出）、10 （直 進(jìn)側(cè)出），最后打開閘閥52。8.3.2.7只洗四號換熱器管程的流程管程清洗液存儲器 =閥18二 閥11 閥12匚n閥

24、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(jìn)右出）、13 （側(cè)進(jìn) 右出），之后打開閘閥17,三通閥18 （直進(jìn)側(cè)出）、11 （側(cè)進(jìn)右出）、12 （直進(jìn)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(qiáng)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(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。我們小組主要負(fù)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(qiáng)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(dá)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(jìn)行繪圖基本技能訓(xùn)練。作為第一次進(jìn)行課程設(shè)計，在這個過程中，出