1、北 方 民 族 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告院部、中心材料科學(xué)與工程學(xué)院姓名學(xué)號(hào)20210131專業(yè)材料科學(xué)與工程班級(jí)131同組人員課程名稱粉體材料工程課程設(shè)計(jì)工程名稱年產(chǎn)2500噸球形氫氧化亞鎳生產(chǎn)線的可行性研究起止時(shí)間2021.11.17成績(jī)指導(dǎo)教師北方民族大學(xué)教務(wù)處制目錄概述一、電池的設(shè)計(jì)目的及意義12、 工藝參數(shù)計(jì)算2 2、1原料22、2原理22、3流程說(shuō)明32、4技術(shù)指標(biāo)4三、設(shè)備的選擇依據(jù)43、1工藝設(shè)備流程要求43、2所需設(shè)備情況說(shuō)明5四、本錢估算10 五、經(jīng)濟(jì)效益分析11六、環(huán)境保護(hù)及措施12七、小結(jié)12八、參考文獻(xiàn)13九、工藝流程圖14九、工廠布局圖141、 鎳氫電池的設(shè)計(jì)目的和意義鎳

2、氫電池的特性：1. 容量大。鎳氫電池容量是鎳鎘電池的二道三倍，是傳統(tǒng)的鎳鎘電池還要多出一倍。2. 無(wú)“記憶效應(yīng)【1】，指沒(méi)有完全放電結(jié)束就充電。為它充電沒(méi)必要做放電處理，可以隨用隨充，在任意一時(shí)刻充電。3. 無(wú)污染，可稱為綠色電池。鎳氫電池中含隔成分極低，響應(yīng)綠色生活的時(shí)代號(hào)召。4. 資源豐富，原料本錢低廉。 鎳氫電池所用的儲(chǔ)氫合金是從稀土中提煉出來(lái)的，而我國(guó)是稀土資源大國(guó)，約占全球總儲(chǔ)存量的80，所以我國(guó)開展鎳氫電池具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。5.使用受命長(zhǎng)，循環(huán)次數(shù)高。以5號(hào)鎳氫電池為例，采用1000mA電流充電，可累計(jì)重復(fù)使用1000h，放電循環(huán)使用壽命超過(guò)500次。6.使充電器具有更

3、高的可靠性、更大的靈活性。鎳氫電池的用途：消費(fèi)性電子產(chǎn)品，遙控玩具，混合動(dòng)力車，純電池動(dòng)力車，能源再生系統(tǒng)【6】。行業(yè)供求狀況：鎳氫電池現(xiàn)主要應(yīng)用于混合電動(dòng)車。2021年HEV市場(chǎng)占56%，零售市場(chǎng)包括遙控車、玩具、家用電器、數(shù)碼攝像機(jī)占24%，無(wú)繩 占11%，其他市場(chǎng)為9%。 世界鎳氫電池主要由中國(guó)和日本企業(yè)生產(chǎn)，占全球產(chǎn)量的95%以上。全球鎳氫電池70%以上在中國(guó)生產(chǎn)。雖然現(xiàn)在我國(guó)鎳氫電池增長(zhǎng)乏力，近幾年的產(chǎn)品產(chǎn)值、產(chǎn)量均未超過(guò)2021年的頂峰。2021年，鎳氫電池的產(chǎn)值、產(chǎn)量分別為55億元、億只，與2021相比分別下降15.38%、26.36%，產(chǎn)品規(guī)模的縮小使得鎳氫電池更不具

4、規(guī)模經(jīng)濟(jì)。但是現(xiàn)在能源極度耗竭情況下，混合動(dòng)力車必然走上時(shí)代的舞臺(tái)，不需要幾年混合動(dòng)力車必然是中國(guó)交通行業(yè)的主要交通工具因此鎳氫電池是未來(lái)能源市場(chǎng)開展的潛力股。 結(jié)合目前國(guó)家對(duì)鎳氫電池政策扶持方向以及全球鎳氫電池開展趨勢(shì)，鎳氫電池市場(chǎng)開展方向主要為混合動(dòng)力汽車電池和代替鎳鎘。鎳氫電池由于生產(chǎn)制造工藝獨(dú)特，該產(chǎn)品的主要指標(biāo)性能均到達(dá)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。目前，我國(guó)成為世界第一大電池生產(chǎn)國(guó)，國(guó)內(nèi)電池制造企業(yè)對(duì)球形氫氧化亞鎳的需求完全依賴進(jìn)口，無(wú)法滿足日益開展的電池生產(chǎn)需要。二、工藝參數(shù)的計(jì)算2、1原料：硫酸鎳溶液35%，氫氧化鈉溶液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/噸球鎳M(純水)=2500*10=25000t 消耗：10噸水/噸球鎳2、3流程說(shuō)明操作步驟：1、把自來(lái)水用反滲透裝置制成純水。 將儲(chǔ)存于陰干、枯燥、通風(fēng)的庫(kù)房，遠(yuǎn)離火種、熱源的NiSO4*6 H2O裝置為35%濃度的NiSO4溶液。 將儲(chǔ)存于毫米厚的密封鋼桶中的液膜法生產(chǎn)的NaOH裝置為40%濃度的NaOH溶液。

6、 將儲(chǔ)存于鋼瓶中的液氨減壓汽化后于純水經(jīng)文丘里吸收器裝置為30%濃度的氨水。2、把NiSO4溶液、NaOH溶液、氨水分別經(jīng)流量控制儀以一定較小的流速參加不銹鋼電加熱反響釜中，反響溫度控制在5560之間，反響的PH值控制在范圍內(nèi)，并采用強(qiáng)力攪拌進(jìn)行反響。3、將反響后的混合物經(jīng)管道進(jìn)入裝置陳化，陳化后經(jīng)水洗灌水洗，得到的廢水經(jīng)結(jié)晶槽低溫結(jié)晶析出副產(chǎn)物Na2SO4。4、水洗后的沉淀物經(jīng)真空加壓過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，再進(jìn)入垂直振動(dòng)枯燥機(jī)，枯燥溫度控制在105120范圍內(nèi)，烘干后得到氫氧化亞鎳粉末【2】。5、分篩、檢驗(yàn)烘干后的氫氧化亞鎳粉末，合成后包裝入庫(kù)。2、4技術(shù)指標(biāo)：球星Ni(OH)2的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)表2-1球星

7、Ni(OH)2的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)工程單位球星Ni(OH)2備注1Ni%2松裝密度g/cm33真實(shí)密度g/cm34粒徑5125101半峰寬deg6比容量mA·/g270三、設(shè)備的選擇依據(jù)3、1工藝流程設(shè)備要求【3】：1、反滲透裝置制備純水，得到電導(dǎo)率小于1西門子的高純水，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。2、所有的配料裝置、閥門都不銹鋼材質(zhì)，管道都是UPVC材質(zhì)，這防止了物料混入金屬等雜質(zhì)。3、文丘里吸收器有良好的降溫、吸氣和除霧效果，且工程費(fèi)用低。4、不銹鋼電加熱反響釜有獨(dú)特的攪拌器，可以進(jìn)行強(qiáng)力攪拌使反響更完全，電加熱對(duì)溫度的控制更準(zhǔn)確。5、陳化可以去除沉淀中包藏的雜志，讓沉淀晶體生長(zhǎng)增大晶體粒徑，并使

8、其粒徑分布比擬均勻。6、真空加壓過(guò)濾機(jī)具有體積小、生產(chǎn)率高、操作方便、工作周期短、連續(xù)自動(dòng)定量排料、物料損失少的特點(diǎn)，并可進(jìn)行屢次洗滌，且該設(shè)備可以消除傳統(tǒng)離心過(guò)濾對(duì)周圍環(huán)境的影響。7、垂直振動(dòng)枯燥機(jī)既提高了傳統(tǒng)效率，又使間歇枯燥變?yōu)檫B續(xù)枯燥，從而提高勞動(dòng)效率。3、2所需設(shè)備情況說(shuō)明【4】：1、不銹鋼電加熱反響釜其內(nèi)部設(shè)計(jì)成獨(dú)特的擋風(fēng)板機(jī)攪拌器，以形成強(qiáng)力攪拌，采用調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制不同原料的注料速度，以熱水為加熱介質(zhì)，自動(dòng)控制反響溫度可控制在4565之間。表2-2不銹鋼電加熱反響釜序號(hào)儀器參考參數(shù)參數(shù)值1型號(hào)M2N102容積305000(L)3電熱功率690(KW)4內(nèi)鍋尺寸3501800mm5

9、外徑尺寸718*19002370*4000(mm)6電機(jī)功率15kw7攪拌轉(zhuǎn)速85(轉(zhuǎn)/分)8結(jié)構(gòu)類型開式9連接形式平蓋式10密封形式填料密封2、真空加壓過(guò)濾機(jī)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、 過(guò)濾效率高2、 操作方便、工作周期短。3、 連續(xù)定量自動(dòng)排料4、 全密封作業(yè)5、 極少產(chǎn)品流失或滯留6、 物料可屢次調(diào)漿、洗滌7、 拆卸濾布方便，對(duì)濾布可實(shí)現(xiàn)正、逆清洗。表2-3真空加壓過(guò)濾機(jī)序號(hào)儀器參考參數(shù)參數(shù)值1樣式筒式2自動(dòng)化程度自動(dòng)3濾料類型無(wú)紡織4型號(hào)ZG5005性能精密、高效過(guò)濾6有效容積2000L7外行尺寸25*0.5(m)8處理能力3t /h9進(jìn)料含水量70(%)10濾餅含水量1%11設(shè)備重量3000k

10、g3、垂直振動(dòng)枯燥機(jī)：此款枯燥劑產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量均勻，且連續(xù)操作，傳熱效率高，有利于提高勞動(dòng)效率。表2-4垂直振動(dòng)枯燥機(jī)序號(hào)儀器參考參數(shù)參數(shù)值1振槽尺寸長(zhǎng)*寬mm9420*2502振動(dòng)方向角度30°60°3振幅mm034電動(dòng)機(jī)型號(hào)ZDS316 5電動(dòng)機(jī)功率kw0.8*26振動(dòng)頻率次/分9307整機(jī)重量公斤7308外形尺寸長(zhǎng)*寬*高1370*1100*2040(1840)9生產(chǎn)能力公斤/小時(shí)20010004、定值配料攪拌系統(tǒng)表2-5定值配料攪拌系統(tǒng)序號(hào)儀器參考參數(shù)參數(shù)值1型號(hào)HN-20212規(guī)格200kg20000kg3最小控制精度100g10000gHN-2021型定值配料預(yù)

11、混系統(tǒng)以電子稱重臺(tái)、混料罐、自動(dòng)控制、循環(huán)輸送等系統(tǒng)裝置組成，具有響應(yīng)速度快、性能平安可靠、控制數(shù)據(jù)處理精確穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)?？蛇x配人機(jī)界面與控制儀表連接，更方便直接的操控系統(tǒng)。根本功能：按原料配比顯示設(shè)定配比值和實(shí)際配比值；自動(dòng)定值控制、定值比例控制自動(dòng)置零、去皮；自動(dòng)空秤處理、料位異常處理；自動(dòng)循環(huán)攪拌；按設(shè)定值進(jìn)行混合后的原料輸送；混料罐和儲(chǔ)料罐的料溫控制；先進(jìn)抗振動(dòng)及判穩(wěn)技術(shù)，使重量顯示更穩(wěn)定，判穩(wěn)速度快，精度高；5、反滲透裝置反滲透設(shè)備是圍繞反滲膜而組織成的一套水處理系統(tǒng)，一套完整的反滲透系統(tǒng)分別由預(yù)處理局部、反滲透主機(jī)膜過(guò)濾局部、后處理局部和系統(tǒng)清洗局部共同組成。表2-6反滲透裝置序號(hào)儀

12、器參考參數(shù)參數(shù)值1型號(hào)HQ-5002操作壓力Mpa3水電阻率104出水量500L/H5外形尺寸1800x1500x2000cm6電壓380vV6、陳化裝置自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)由PLC控制，在界面上操作及顯示各單元運(yùn)行狀態(tài)，具有直觀的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單、方便。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，有故障時(shí)相關(guān)設(shè)備會(huì)自動(dòng)按要求停止。采用螺旋給料器投加粉體，速度閉環(huán)控制，保證投料均勻、分散、精度在1以內(nèi)。在規(guī)定的生產(chǎn)量及連續(xù)投液條件下，所配制溶液的熟化時(shí)間保證在2小時(shí)以上。其配制濃度為。箱體采用304不銹鋼、PVC材質(zhì)。采用三槽溢流式溶液操作系統(tǒng)，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便。適用于連續(xù)溶解和連續(xù)添加藥劑的環(huán)境。攪拌器采

13、用特殊設(shè)計(jì)的多級(jí)漿葉結(jié)構(gòu)。預(yù)混器加速粉料的水化作用，水流狀態(tài)可以調(diào)節(jié)。表2-7陳化裝置序號(hào)儀器參考參數(shù)參數(shù)值1處理污水量1-20m3/hm3/h2型號(hào)LNJY3臭氧用量22g/h4流量計(jì)規(guī)格00m3/h 5出水管口徑50mm6進(jìn)水管口徑50mm7外形尺寸3cm8曝氣機(jī)功率22kw9規(guī)格150010布局形式立式11每次出料處理量范圍300-2500L12攪拌方式自落式攪拌7、文丘里吸收裝置1、文丘里吸收裝置采用分節(jié)組裝，具有占地面積小、運(yùn)輸、安裝方便的特點(diǎn)。2、該裝置采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的復(fù)合材料和耐高溫玻璃鋼樹脂，使其增加了耐磨、耐高溫程度，大大延長(zhǎng)了使用壽命。表2-8文丘里吸收裝置序號(hào)儀器參考參數(shù)參

14、數(shù)值1類型文丘里管除塵器2林格曼黑度1級(jí)3型號(hào)齊全4脫硫率85以上% 5除塵率98以上%6阻力損失Pa7液氣比68出口含塵濃度g/Nm39使用溫度范圍300以下10處理風(fēng)量1000m3/h11過(guò)濾速度100m/min四、本錢核算1 、本錢估算表4-1本錢估算序號(hào)工程年耗量單價(jià)(元)總價(jià)(元)單位1六水合硫酸鎳42056002352000噸2氫氧化鈉3000646200噸3液氨1003000300000噸4水2580018464400噸5電20000058000千瓦時(shí)6煤7包裝8折舊費(fèi)137830年9維修費(fèi)275660年10稅收6000年11合

15、計(jì)4372090年2、設(shè)備費(fèi)用表4-2 設(shè)備費(fèi)用序號(hào)設(shè)備費(fèi)用元1不銹鋼加熱反響釜5800002真空加壓過(guò)濾機(jī)3500003垂直震動(dòng)枯燥機(jī)4000004反滲透裝置16000 5配料裝置200006文丘里吸收器88007陳化反響釜35008合計(jì)13748003、管理費(fèi)用：表4-3 管理費(fèi)用序號(hào)崗位人數(shù)工資數(shù)額元年工資元備注1財(cái)會(huì)人員23800912002銷售人員33000108000加提成3總經(jīng)間主產(chǎn)調(diào)度24000960006檢驗(yàn)23500840007純水成工23000720009鍋爐工3300010800010配料工1

16、30003600011水洗工3280010080012烘干工228006720013包裝工32800100800總計(jì)2684000546000五、經(jīng)濟(jì)效益分析年稅收=年銷售收入*0.5%=7200000*0.5%=3.6 (萬(wàn)元)年效益=年銷售收入-原料費(fèi)用-稅收-員工費(fèi)用=720-437.2090-3.6-54.6=224.591(萬(wàn)元)利潤(rùn)率=年效益/年銷售收入原料價(jià)格變動(dòng)【5】437萬(wàn)元到500萬(wàn)元 而利潤(rùn)率下限為25%，因此對(duì)鎳氫電池進(jìn)行生產(chǎn)在能源行業(yè)投資是一項(xiàng)很好的開展?jié)摿?。六、環(huán)境保護(hù)及措施1對(duì)產(chǎn)房的選擇，應(yīng)到達(dá)規(guī)定的要求，保證其通風(fēng)，廢水處理等合理化。實(shí)現(xiàn)廢氣廢水的循環(huán)利用。例如

17、：廢氣的熱量可以供應(yīng)員工洗浴等。2廢水中的硫酸鈉達(dá)標(biāo)處理：硫酸鈉水溶液對(duì)眼睛和皮膚有著刺激作用，根本無(wú)毒，對(duì)材料有著腐蝕作用。處理方法:將含有氨水和硫酸鈉的母液冷凍10時(shí)，析出：Na2SO4*10H2O晶體可以進(jìn)行回收。3廢水中的氨水：氨水又稱氫氧化銨，無(wú)色透明，有刺激性氣味。十分容易揮發(fā)。濃氨水對(duì)呼吸道和皮膚都有極強(qiáng)的刺激性作用。并且能損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)，且具有弱堿性。氨水對(duì)同銅的腐蝕性較大，對(duì)鋼的腐蝕次之，對(duì)水泥的腐蝕最弱。七 、小結(jié)八、參考文獻(xiàn)【1】【2】鄭水林。2005超細(xì)粉體加工技術(shù)與應(yīng)用：北京化工出版社【3】陸厚根。1998.粉體技術(shù)導(dǎo)論。上海：同濟(jì)大學(xué)出版社【4】)【5】)【6】周仕學(xué)，譚琦，馬懷營(yíng)等。1990儲(chǔ)氫材料67Mg29C3Ni1