控制专业综合课程设计指导书(甲醇制氢)

过程装备与控制工程专业综合课程设计指导书及任务书

南京工业大学过程装备与控制工程系

过程装备与控制工程专业

综合课程设计指导书

1. 专业综合课程设计的目的

专业综合课程设计在专业教学计划中占有很重要的地位,在设计过程中将综合应用所学的专业知识和专业基础知识,同时获得一次工程设计实践的实际训练。课程设计涉及的知识领域包括化工计算、化工原理、过程设备设计、过程流体机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程，本课程设计是以甲醇制氢生产装置为模拟设计对象，进行过程装备成套设计的全面训练。

在课程设计中每个同学都要经过工艺设计计算，典型设备的工艺计算和结构设计、管道设计，单参数、单回路的自动控制设计、机器选型和技术经济评价等各个设计环节的基本训练。

2.专业综合课程设计的任务

2.1 题目：生产能力为××× Nm3/h甲醇制氢生产装置设计

为确保每位同学得到独立思考和独立解决实际问题能力的训练，原则上不允许有两个完全相同的设计。所以，各组生产能力不同，同组的同学设计不同的设备。

2.2设计内容

（1）工艺计算，主要的物料衡算和能量衡算，绘出物流图。

（2）生产装置工艺设计，按各人的工艺参数进行工艺设计，绘出管道仪表流程图，管道号中的公称直径要使用计算得出的尺寸。

（3）设备设计，分组进行。各组中，每人在换热器、汽化塔、过热器、转化器、冷凝器、吸收塔中任选1种各不相同的设备。各人独立完成设备设计。

（4）机器选型，装置中所用到的机器都要合理选定型号，并记录必要的技术参数和主要装配、安装尺寸。

（5）设备布置设计，设备尺寸按实际设计计算结果绘图（包括相同设计能力同小组其他同学的设计参数）。某些在课程设计中无人设计的设备参数自行类比确定。说明书中注明采用

某某同学的计算结果或假设数据。

（6）管道布置设计，绘出管道布置图，为使大家了解分区的方法及表示方法，一律分区画图，一般可用平面布置图表示，必要时也可配合使用立面图。

（7）绘制管道空视图，每人分工绘制2根管道空视图，其中至少有1根管道包含阀门等多种管、附件。

（8）设计一个单参数的自动控制方案。各人自由选择温度、压力、流量、液位中的一个参数进行设计。

（9）对该装置进行技术经济评价。

（10）整理设计计算说明书。

3.要求

(1)课程设计是一次综合应用所学知识的实际训练环节，每一步都要独立完成。

(2)鉴于装置设计涉及的面很广。设计内容有的相互有关联，要相互配合好，及时交流相关情况。这样可以获得某些参加大型设计工作的体验。

(3)本指南由于篇幅限制，列出的参考资料都是节录，有的可能不能完全解决设计中所需的各种资料，到时可根据指南提供文献的索引去查找。

(4)设计参考资料仅供参考，不能照抄，各个环节可比照本指南介绍的方法进行，但要理解。

(5)设计计算说明书是一个重要的设计文件，要认真整理编写，不得草率从事。内容格式和要

求按下一节的规定。

4.设计计算说明书的格式和要求

4.1设计计算说明书应包含的内容和基本要求

设计计算说明书包括封面、前言、目录、摘要、任务书、设计计算、主要设计参数确定的依据、结构说明、统计图表、经济评价、结语、致谢、参考文献等。以上各项均要独立起页。并装订成册，装订线位置在左侧，不允许在页眉装订。

说明书正文要分章、节。每一章要另起一页。章、节的多少根据个人实际情况确定，但各章的章、节编排格式和版面安排必须前后统一，并做到层次清楚。章用1位数表示，节用2位数表示，小节用3位数表示，序数可用加括弧和半括弧的数字，也可用外文字母表示。两位以上的节号数字之间都要加点号，如2.2，2.2.2等。章在页首居中排，节、小节、序数后退2格开始。

（1）封面：说明书的封面应提供必要的信息，如设计类型——课程设计所属课程、设计题目、设计人姓名、指导教师、设计者所在班级名称、设计完成的时间等。

（2）前言：前言是设计说明书的概述，简要说明题目的背景、性质。简要说明课程设计的特点和在整个教学计划中的地位。

(3) 目录：目录是全书内容的纲要。一般包括绪言、章、节、小节、参考文献，附录及索引等。

（4）摘要：摘要是说明书的简要陈述，以尽量简短明确的文字将课程设计的主要内容表述清楚。字数约300～500字，字数虽不多，但要让人读了摘要就可了解设计所包括的主要内容和取得的主要成果。摘要用第三人称，不使用“本文”“作者”等主语。摘要单独一页。在摘要下面还要列出关键词。关键词是反应说明书内容的规范化单词或术语。关键词一般选3～5个，多的可达8个。

（5）设计任务书。

（6）化工工艺设计：一般工程中的工艺设计要经过调查研究和实验研究，逐步确定生产工艺过程和工艺参数，在课程设计中由于时间的关系，可参照指南提供的方法进行物料衡算和热量衡算。

通过物料衡算可以确定原料、成品、半成品、副产品及三废排放量。由此确定各机器、设备的处理能力和各管道通流量。

热量衡算得到换热设备的换热面积和流程中的其他设备、机器管道内的温度，为设备、管道的绝热设计、热补偿设计、温差应力计算提供依据。

工艺计算设计是整个设计的基础。工艺设计完成，各设备的主要参数、机器型号、管道等级都已确定。随后要画出带控制点工艺流程图，并可进行设备布置设计。

（7）典型设备设计：设备设计包括设备的工艺计算、结构设计、主要受力零件的强度计算。结构设计主要用图形表示，对某些图形表达尚不能充分表达设计思想的问题，在说明书中用文字或文字结合简图予以说明。主要是说明为什么选该种材料、某结构与类似结构的比较、新结构的原理与优点等。

（8）管道设计：绘制分区后某区的管道平面布置图、管道空视图。管道空视图要按规范的格式在统一的图纸上绘制。图纸要求填写的内容都要在相应的手册上查取、填写完整。

（9）自控设计：设计某一参数的自动控制方案并绘出设计图纸，要有实现控制目标的详细说明。

（10）技术经济评价：算出装置的投资、成本、预期效益等主要经济技术指标，并做出评价。

（11）结束语：对设计的收获、感想、某些不足和对以后改进设想做简要叙述

（12）致谢：作者在设计过程中得到了某些组织和个人的特别指导和帮助，在说明书末特意表示感谢。

(13) 参考文献：在课程设计计算过程中引用的结论、理论公式、应用的数据图表，都应以参考文献的形式表明出处，参考文献应以出现的先后顺序编号，并应在引用处用方括号注明顺序号。如某公式引自参考文献【6】，在该公式第一次出现时，在公式的右上角用

【6】注明。下面对著作和论文各举一种格式为例。

著作：作者姓名. 书名. 出版社所在城市：出版社名，出版年. 页码

×××，×××. 天体物理学〔M〕. 北京：高等教育出版社, 2000. 78论文: 作者姓名. 论文题目. 期刊名称，出版年，卷号（期号）：页码

×××. 压力管道安全技术现状〔J〕. 化工机械. 1997，17（3）：18～22

4.2说明书页码编排

说明书一律用阿拉伯数字编排页码，封面不编页码，题名页、目录用罗马字单独编排页码，页码在各页的位置必须相同。

4.3说明书的图表编号

说明书中的图表按出现的先后编号，如图表较多，还可以分章编号。若分章编号，要用两部分数字表示，前面有章编号，后面为该章图表的顺序号，中间用点或短横隔开，如第三章第12个图表示为图3-12。

插图编号和名称放在图形的下面；表格编号和名称放在表格的上方。

表格的左右边框不要，表格内同一栏的数值，上下行的小数点和数字必须对齐。

表格要跨页时，在第二页的表格上方要标出“续表”字样，续表的表头不能省略。

4.4 说明书计算内容的编写格式

说明书计算内容的编写格式一律为三行，第一行公式，第二行填入与公式中符号相对应的数值，第三行结果。

代入公式的数据不带单位符号；有单位的结果，在计算结果的后面加单位符号，并用括弧。

4.5 计量单位的使用

计量单位一律使用中华人民共和国法定计量单位，在本文中与数字连用的单位和明确表示单位时才使用符号。例如122kg，长度单位为m等。

文字中列有多个相同单位的数字时，可只在最后一个数字的后面标出单位符号。如3根管子的长度分别为1.30m、2.51m、5.45m可表示为1.30、2.51、5.45m。

图表中用符号表示的物理量所带的单位，应符合GB3101的规定。一般将单位列在符号后面并用斜杠隔开，如p/MPa、m/kg，l/mm等。

4.6数字书写应注意的事项

数字的书写要注意有效位数的表示，标明量的数值必须反映出所需的精度。如级差为0.25的数列，其中的每一个数均精确到小数点后两位.如:1.50、1.75、2.00;不能写成:1.5、1.75、2。

数值的位数较多,且尾数含多个“0”或纯小数的小数点后含有多个”0”时,可应用10n表示，但必须将有效位数全部写出。如250000、0.0000317,当有效位数确定为2位时写成25×104,0.32×10-4。

5.考核与评分

学生在答辩前必须完成全部预定设计任务，所有文件装订成册、图纸按规定折叠，并全部装入资料袋。

考核评分的重要依据是设计计算说明书和图纸的质量。同时参照设计的进度和独立工作能力。

设计结束要组织答辩,时间每人约15min, 答辩时能否正确回答问题是评分的重要依据。

评分为优、良、中、及格、不及格5级。

过程装备与控制工程专业

综合课程设计任务书

1、设计任务

各班分为5组，每组5～6人，各组设计一套甲醇制氢生产装置。各组装置的生产能力见下表：

具体分组由各班指导老师安排。

设备设计阶段每人分配装置中的一个位号设备，如换热器、反应器、吸收塔做设备设计，按指导老师确定的任务进行，同小组的同学不能选相同位号的设备。

2、课程设计必须完成的项目：

2.1 工艺设计计算

1) 物流图，参考“指南”图1-2、管道仪表流程图参考“指南” 122页图7-3。

2) 工艺计算包括系统的物料衡算和能量衡算。确定各主要机器设备的主要技术参数。如进出口温度、流量、压力、换热器的型式及换热面积等。

2.2 主要设备的工艺设计计算和结构设计

1) 设备的工艺设计计算, 设计的参数按工艺设计计算的结果进行。

2) 设备的结构设计

2.3 绘出管道仪表流程图，管道编号中的管径要按流量进行计算，管径算法和选材参考指南第9章。

2.4 机器选型: 表述清楚选型的依据和所选的型号、规格。

2.5 系统设计

1) 设备布置设计(同组的同学按学号由小到大，按下表次序用不同的布置方式)

2) 管道布置设计，可分区，也可不分区，但不能有两人相同的图纸。

3) 管道空视图不少于2张。图上阀门、管件等要在指南图表中查出具体尺寸。

2.6 自动控制方案设计。

参照教材画出控制系统流程图、方框图, 还要对如何达到预定控制目标作具体说明。

2.7 装置经济评价

2.8 最后缴的文字、图纸资料包括：

1) 设计计算说明书 1本,用统一封面装订成册；

2) 管道仪表流程图 2号;

3) 设备总图， 1号, 有条件的同学再绘成CAD图，主要零部件图2张(2号或3号);

4) 设备平面布置图 2号;

5) 管道平面布置图 2号;

6) 管道空视图 3号2张,至少有一根管道与泵相连;

7) 单参数控制方案图3号1张。

全部资料装入学校统一印制的课程设计资料袋。

3、注意事项：

1) 绘制管道仪表流程图时，管道尺寸要按管内物料流量和该物料一般流速范围计算，并圆整为管道标准尺寸系列中的规格。材料选取可参照指南，也可按所学知识或比照其他技术资料自选。管径计算独立完成。

2) 设备布置图中设备尺寸要按同组同学设计结果绘制,不能随意确定。个别没有设计的设备，方可比照相邻设备尺寸确定尺寸。设备总图可用1号图纸绘制。

3) 管道布置图可画分区图，但所画图纸不能小于2号。分区图不能相同。

4) 管道布置图和管道空视图中涉及的阀门、管件尺寸均要查表，按实际尺寸绘制。

5) 所有图纸不得与指南上的图相同，如有发现作不及格处理。

6) 设计说明书严格按指导书中规定的格式和要求编写装订。

7) 设计说明书和图纸在答辩中发现不合格要修改合格后才记分。答辩结束后还要组织抽查，发现问题还要修改,在达到要求前原评定成绩不正式记入成绩册，不及时修改的作补考处理。

4、考核与评分

4.1 考核用逐个答辩的方式进行。答辩分两次，第二周末,设备设计结束后答辩一次，并评定一次成绩；最后答辩一次，评定一次成绩；各占总成绩一半。成绩评定依据：说明书与图纸质量占70%；答辩的成绩和指导老师平时抽查、质疑、记录的各人的进度情况占总成绩30%。

4.2 成绩分优、良、中、及格、不及格五等。

5、参考进度表

课程设计时间分配参考表(表中项目顺序为第2条的顺序)

6、主要参考文献:

1. 黄振仁，魏新利.过程装备成套技术设计指南〔M〕.北京：化学工业出版社,2001

2. 黄振仁，魏新利.过程装备成套技术〔M〕.北京：化学工业出版社,2000

3. 国家医药管理局上海医药设计院〔M〕.化工工艺设计手册（下册）.北京：化学工业出版社,1996

4. 石油化学工业部化工设计院.氮肥工艺设计手册（理化数据分册）〔M〕.北京：石油化学工业出版社,1996

5. 时钧等.化学工程手册（1.化工基础数据）〔M〕.北京：化学工业出版社,1989

6.石油和化学工业设备设计手册。标准零部件。全国化工设备设计技术中心站

7. GB150－2011《压力容器》

8. GB151－1999《管壳式换热器》

9. JB/T4710－2005《钢制塔式容器》

10 . JB/T4731－2005《钢制卧式容器》

11. NB/T47020～47027－2012《压力容器法兰、垫片、紧固件》

12. HG/T20592～20635－2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》

13.GB/T25198－2010《压力容器封头》

14. JB/T4736－2002《补强圈》

15. JB/T4712.1－2007《鞍式支座》

16. JB/T4712.2－2007《腿式支座》

17. JB/T4712.4－2007《支承式支座》

18. JB/T4712.3－2007《耳式支座》

19. GB16749－1997《波形膨胀节》

20. HG/T20668－2000《化工设备设计文件编制规定》

21. TCED41002-2012《化工设备图样技术要求》

22.NB/T47014－2011《钢制压力容器焊接工艺评定》

23. NB/T47015－2011《钢制压力容器焊接规程》

24. JB/T4730-2005《承压设备无损检测》

25. JB/T4711－2003《压力容器涂敷与运输包装》

26. HG/T20580－2011《钢制化工容器设计基础规定》

27. HG/T20581－2011《钢制化工容器材料选用规定》

28. HG/T20582－2011《钢制化工容器强度计算规定》

29. HG/T20583－2011《钢制化工容器结构设计规定》

30. HG/T20584－2011《钢制化工容器制造技术要求》

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