二效浓缩蒸发系统设计全套（含流程图蒸发罐装配图热压泵装配图零件图）

喜欢就充值下载吧，，资源目录下展示的全都有，，下载后全都有，dwg格式的为CAD图纸，有疑问咨询QQ：414951605 或1304139763 齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计（论文） 题 目 节能型中药厂中草药蒸发系统设计 学 院 机电工程学院 专业班级 过 控 102班 学生姓名 胡加凯 指导老师 张文忠 成 绩 2010 年 06 月 10 日 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 摘 要 本设计为蒸发水量为1750Kg/h的节能型中药厂中草药浸出液蒸发系统设计。在中草药生产过程中，双效蒸发设备是常用的。在设计中对双效蒸发的工艺流程、蒸发器、分离器、离心泵等设备进行了选择和计算。在设计蒸发过程中考虑到了节能问题，本设计采用二次蒸汽对下一效进行加热，并利用末效蒸汽对物料进行预热，此外还在流程当中加入了预热器等附属设备，以便节能。和大多数工艺设计一样，双效蒸发的合理设计依赖于蒸发的基本原理和一些经验公式。按照蒸发的基本原理，计算出双效降膜蒸发器的基本参数，根据基本参数进行物料恒算、热量恒算、工艺流程计算等。在文中对双效降膜蒸发系统做了比较详细的设计和计算，引用了部分国内外先进的技术。为了使料液能均匀进入每根管并形成连续均匀成膜，把每根换热管的上端设置一个分配头的结构，也可以采用分配板，其分布孔与管子间距相同，呈等距布置方式，使分布孔与管子中心错开，避免料液落在孔中自由落下，达不到成膜的目的。 关键词：中草药浸出液；双效蒸发；冷凝器；工艺设计 Abstract The design for the evaporation of water, 1750Kg / h of energy-efficient Chinese herbal medicine in the pharmaceutical leachate evaporation system. In Chinese herbal medicine production process, double-effect evaporation equipment is commonly used. In the design of the double-effect evaporation process, evaporator, separator, centrifugal pumps and other equipment were selected and calculated. Evaporation in the design process took into account the energy problems, this design uses a secondary steam to heat the next effect, and use effectively the end of steam, preheating the material, in addition to processes which also joined the pre-heater and other auxiliary equipment for energy saving . And most of the design process, as the rational design of double-effect evaporation depends on the evaporation of the basic principles and some empirical formula. In accordance with the basic principle of evaporation to calculate the double-effect falling film evaporator of the basic parameters of the basic parameters of materials under constant calculation, the heat constant calculation, process calculation. In the text of the double-effect falling film evaporation system to do a more detailed designs and calculations, cited some of the advanced technology. In order to feed liquid to evenly into each root canal and form a continuous uniform film, the heat exchange tubes of the upper part of each head of a distribution structure, distribution boards can also be used, the distribution of the same hole and tube spacing, were isometric layout to distribution center hole and staggered tubes, to avoid holes in the free feed solution falls down, not up to the purpose of film. Key words：Furfural Wastewater; Double-effect Evaporation; Condenser; Process Design 目 录 摘要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1.1 中草药及其生产现状 1 1.2 本论文研究内容及意义 1 1.3 技术与经济性 2 第 2 章 设计方案 3 2.1 多效蒸发工艺流程的确定 3 第 3 章 工艺计算 5 3.1 物料衡算 5 3.2 热量衡算 5 3.2．1 热压泵喷射系数的计算 5 3.2．2 Ⅰ效热量衡算 6 3.2．3 Ⅱ 效热量衡算 8 3.2．4 热压泵的计算 9 3.3 蒸发器的设计 10 3.3. 1 Ⅰ效传热面积 10 3.3. 2 Ⅱ效传热面积 11 3.4 蒸发器壳体内径的确定 12 3.4. 1 Ⅰ效蒸发器壳体内径 12 3.4. 2 Ⅱ 效蒸发器壳体内径 13 3.5 各效预热盘管圈数的计算 13 3.5. 1 Ⅰ效预热盘管圈数的计算 13 3.5. 2 Ⅱ效预热盘管圈数的计算 13 3.6 分离室的计算 14 3.6. 1 Ⅰ效分离室的计算 14 3.6. 2 Ⅱ效分离室的计算 14 3.7 泵的设计与选择 15 3.7．1 拉伐尔喷嘴的计算 15 3.7．2 泵体的基本尺寸 16 3.7．3 扩压室的设计计算 18 3.8预热器的设计 18 3.9 冷凝器的设计 19 3.9. 1 混合冷凝器处理的蒸汽量 19 3.9. 2 冷凝器的结构设计 20 3.9. 3 冷凝器壁厚校核 20 3.10泵的设计与选择 21 3.10.1 离心泵的设计与选择 21 3.10.2 真空泵的选择与设计 21 3.11管路设计计算 22 3.11.1 矩形管道设计 22 3.11.2 汁汽管设计 23 3.11.3 冷凝水出口管 24 结论 25 附录1 Ⅰ效蒸发罐 26 附录2 Ⅰ效分离器 27 附录3 热压泵 27 参考文献 28 致谢 29 30 第1章 绪 论 1.1 中草药及其生产现状 国外的研究现状：国外大型中药厂的蒸发设备采用的是离心式滑动沟槽转子来工作，是国外最新结构及创新型的蒸发器，在流量不是很大的情况下也能形成薄膜，在筒体蒸发段内壁表面附着处理液中的淤积物可被活动刮板迅速刮下，和固定间隙的刮板蒸发器相比，蒸发量可提高45-65%。国内的研究现状：现代中药化的大幅度提高，传统的分离方法---两段蒸发工艺面临很大危机：以中药药效物质精制为目标的分离体系而言，其原料液浓不高，组分复杂，回收率要求比较高，但现有的化工分离技术是以浓度差为传质推动力实现待分离组分，其是由高浓度向低浓度扩散的，但中药往往难以满足上述分离体系的要求。 　　从现代分离技术的研究发展趋势来看，目前现有的设备大多属于传统的提取、浓缩设备，提取液浓度低，组分复杂，效率低。针对上述问题，利用已有的和新开发的分离技术进行有效组合，或者把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术，有可能达到提高产品选择性和收率、实现过程优化的目的。 1.2 本论文研究内容及意义 蒸法是中草药工艺中必不可少的，但是以往的设计耗能较大，造成投入成本较高且资源浪费。而此设计考虑到经济效益及生产流程等多方面的因素及要求，在过去蒸发系统的基础上进行改进，使生产中草药的蒸发阶段更加的合理，利用能源达到节能的功效。降膜式蒸发器的优点：物料由蒸发器顶部经料液分配装置均匀分配于各蒸发管内，物料在重力的作用下沿着蒸发管内壁液膜状由上而下流动。在整个下降过程的同时，与蒸发管外壁加热蒸汽发生热交换而进行薄膜蒸发。物料与所发生的二次蒸汽的流向一致，故对液体物料沿蒸发管内壁向下运动及分布呈膜起到了促进作用，提高了传热系数和传热效率，节约了加热蒸汽，具有广泛的应用前景。此系统是一种新型高效节能真空蒸发浓缩设备。本文采用双效蒸发法治理中草药废水，经后处理操作回用于锅炉，达到了废水治理与资源回收的双重效果。同时本套治理工艺与生产工艺整合到一起，充分利用生产中热源，节约了能源，实现了环境效益、经济效益及社会效益的统一。 1.3 技术与经济性 中草药制造行业本次设计的设备的生产能力较大，为1750Kg/h蒸发量，所以要有充足的中草药作为原料，中药厂的选择要考虑以下几点： (1) 交通是否便利，会影响到运输成本问题。 (2) 原料产地的货源是否充足，会影响到药的产量。 (3) 要有电力支持，保证铲子能够正常生产。 (4) 药厂周围要有清洁的地下水，要有良好的环境，会影响到药的质量。 (5) 厂址要选在人少的地方，厂区要选在上风向，有一定的坡度，和地耐力，足够的面积，周围有良好的环境。 (6) 厂址周围应避免受有害气体，粉尘，传染病医院等，危害的影响。 第2章 设计方案 2.1 多效蒸发工艺流程的确定 多效蒸发工艺流程主要分为四种： 1.顺流法：被蒸发的物料与蒸汽的流动方向，即均由第一效顺序至末效。它主要用于来料温度较高，并且蒸发浓缩后的物料仍便于输送的情况下，作为多效蒸发第一效温度均较高，来料温度低，必须经过预热。再经第一效加热，水才能变成蒸汽被第二效利用，来料温度低，预热要消耗较多能源。所以不适于顺流法。 2.逆流法：被蒸发的物料与蒸汽的流动方向相反，即加热蒸汽从第一效通入，二次蒸汽顺序至末效，而被蒸发的物料从末效放入，依次用泵送入前一效，最终的浓缩液，从第一效排出。逆流法主要用于来料温度较低，要求出料温度较高的情况下。来料无须预热或少许预热即可蒸发，当然可以节约蒸汽用量，但物料需要泵来输送，用电量要增加一些。 3.平流法：平流法是把原料液向每效加入，而浓缩液自每效放出的方式进行操作，溶液在各效的浓度均相同，而加热蒸汽的流向仍由第一效顺序至末效。此法由于高温物料热量未被充分利用，所以很少采用。 4.混流法：被蒸发的物料与蒸汽的流动方向有的效间相同，有的效间相反。[ 拟采取方案： a.根据工艺条件，物系性质等确定蒸发设备的流程、效数、蒸发器的类型、蒸发操作压强和加热（生）蒸汽压强（温度）； b.由物料衡算和热量衡算确定加热蒸汽消耗量及各效蒸发器的（二次蒸汽）蒸发量； 求出各效蒸发器的传热量、传热系数、有效传热温差和传热面积，有时为了加工方便，设计时常常规定各效蒸发器的传热面积相等； c.确定加热室的结构和尺寸； d.确定蒸发器的结构和尺寸，包括接管、连接方式、法兰、人孔和视镜的标准； e.确定二次蒸汽冷凝器的结构并计算冷凝器的尺寸。 图2-1 双效蒸发流程图 第3章 工艺计算 3.1 物料衡算 物料衡算：为了弄清生产过程中原料成品及损失的物料数量，必须进行物料衡算。本设计蒸发水量为1750Kg/h,初始固形物的含量是0.05%，终了时的含量是35%，总蒸发水量（裕量取0.1）为： W′=1750×1.1=1925 Kg/h 查文献[2]得公式 ： （3-1） 代入数值得： 式中： —— 初始入料浓度，0.05％ —— 终止出料浓度，35% —— 原料液流量(Kg/h) W′ —— 总蒸发量(Kg/h) 总蒸发量W应等于各效蒸发量总和： W=W1+W2 式中： —— Ⅰ效蒸发量(Kg/h) —— Ⅱ效蒸发量(Kg/h) 3.2 热量衡算 3.2.1 热压泵喷射系数的计算 取表压，查文献[2]P554： ,查表得： ,查表得： 由图查得：. 计算热压泵喷射系数: 查文献[9] （3-2） 式中: —— 高压引射蒸汽与其绝压绝热膨胀到吸入低压汁汽压力时的焓值差 —— 低压吸入汁汽由其绝压绝热浓缩到混合蒸汽的绝压时的焓值差 代入数值得 3.2，2 Ⅰ效热量衡算 查文献[2]焓值表得： 表3-1 Ⅰ效各温度下汽/液焓值 温度 H（Kj/Kg） h（Kj/Kg） 80℃ 2642.3 334.94 70℃ 2624.3 293.08 65℃ 2615.5 272.14 60℃ 2606.3 251.21 表中： H—— 相应温度气体的焓值 h—— 相应温度液体的焓值 图3-1 Ⅰ效蒸发示意图 由能量守恒得： 代入数值得： 整理化简得： （1）式 —— Ⅰ效加热量(Kg/h) —— Ⅰ效蒸发量(Kg/h) 3.2，3 Ⅱ效热量衡算 图3-2 Ⅱ效蒸发示意图 查焓值表得： 表3-2 Ⅱ效各温度下汽/液焓值 温度 H（Kj/Kg） h（Kj/Kg） 65℃ 2615.5 272.14 60℃ 2606.3 251.21 50℃ 2587.4 209.34 45℃ 2577.8 181.41 表中： H—— 相应温度气体的焓值 h—— 相应温度液体的焓值 由能量守恒得： 代入焓值得： 整理得： (2)式 —— Ⅱ效加热量(Kg/h) —— Ⅱ效蒸发量(Kg/h) 3.2.4 热压泵的计算 图3-3 热压泵结构示意图 （3-3） 又因=0.94，所以 联立（1），（2）式得： 又有 整理得： 满足要求 将该值代入（1），（2）式得： 3.3 蒸发器的设计 Ⅰ效加热蒸汽温度80℃ Ⅰ效蒸发器中料液的沸点为70℃ Ⅱ效蒸发器中料液的沸点问50℃ 80℃-65℃=15℃ 65℃-50℃=15℃ 3.3.1 Ⅰ效传热面积 = 初估传热面积： 由 （3-4） 查文献[9]：取传热系数W/(m℃) 取安全系数20%： 采用，长为6m的不锈钢管为加热管，则管数为： 根 按正三角形排列， 图3-4 Ⅰ效排管示意图 3.3.2 Ⅱ效传热面积 初估传热面积： 由 （3-5） 取传热系数W/(m℃) [6] （文献[2]蒸发器的总传热系数表） 取安全系数20%： 采用，长为6m的不锈钢管为加热管，则管数为： 按正三角形排列： 图3-5 Ⅱ效排管示意图 3.4 蒸发器壳体内径的确定 公式 （3-6） 式中： D—壳体内径，m； —管中心距，m； —横过管束中心线的管数； —管束中心线上最外层的中心到壳体内壁的距离。 3.4.1 Ⅰ效蒸发器壳体内径 由装配图得： D′=D+4d （3-7） D′----蒸发罐大端内径 d ----预热盘管外径，取￠32×1.5mm的管子 将数据代入公式： D′=426+4×32=554 圆整得：=600mm。 3.4.2 Ⅱ效蒸发器壳体内径 同上可得：D′=326+4×32=454mm 圆整得：=500mm。 3.5 各效预热盘管圈数的计算 3.5.1 Ⅰ效预热盘管圈数的计算 单圈预热盘管面积为 ： （3-8） —— 预热盘管的内径，mm 代入数值得: 由公式 （3-9） 得： 代入数值： 从而可得盘管圈数为： ,取整11圈 3.5.2 Ⅱ效预热盘管圈数的计算 同理： 由公式 得： 代入数值： 从而可得盘管圈数为： ,取整14圈 3.6 分离室的计算 一般根据经验决定分离室的高度，常采用高径比，分离室直径，可按蒸发体积强度法计算。 3.6.1 Ⅰ效分离室的计算 由文献[2]附录查得0.5MPa压强蒸汽密度为1.962，所以二次蒸汽的体积流量为： 取允许的蒸发体积强度为1.1，取 因为： （3-10） 圆整得=1200 mm 所以：=1.51200=1800mm。 3.6.2 Ⅱ效分离室的计算 由文献[2]附录查得0.4MPa压强蒸汽密度为1.962 所以二次蒸汽的体积流量为： 取允许的蒸发体积强度为1.1，取 因为: 所以：= 1.51200=1800。 3.7 泵的设计与选择 3.7.1 拉伐尔喷嘴的计算 1.喉部直径 （3-11） 式中： —— 工作蒸汽量（高压引射蒸汽）（） —— 工作蒸汽的绝压（） —— 计算到小数点后二位 所以： 2.喉部长度 喉部长度一般取，本次设计为了降低磨损，取。 3.出口直径 （3-12） 式中 ： —— 工作蒸汽量（高压引射蒸汽）（） —— 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的比容（） —— 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的焓差（） Ⅰ效汁汽温度为，所以汁汽密度为： 4.入口直径： 5.入口段长度：入口角度为 6.出口段长度： 喷嘴出口角一般取，角度过大时易产生涡汽，角度过小时，过长产生摩擦损失，故本次设计取出口角为。 3.7.2 泵体的基本尺寸 1.混合室长度 泵体混合室长度是指从喷嘴出口到泵体喉部的距离，此长度直接影响值和混合汽的背压。当过长时射流面积增加，混合室汽量增多，容易引起汁汽倒灌入热压泵中，不能正常工作，背压不能满足要求，当过短时，蒸汽射流短，造成混合汽量不足，影响到蒸汽量的消耗。 时 喉部直径： （3-13） 式中 ： —— 吸入低压汁汽 —— 混合汽的背压 因为泵体喉部直径， （3-14） 式中： —— 混合室锥形母线与水平线的夹角， 2.混合室入口直径： 混合室锥角为，其入口直径按其与拉伐尔喷嘴所构成的环形空间截面积应等于汁汽吸入管的截面积，从而使汽速变化不大，依此确定混 合室入口直径。 3.喉部直径 ，因为喉部为圆柱形，长度为， 取 3.7.3 扩压室的设计计算 扩压角为，出口直径 扩压室长度： 按汽速为来决定正汽管直径： （3-15） 时， 正汽管直径： 3.8 预热器的设计 拟定将的中草药经预热器预热至，使用的双效汁汽提供热源，以充分利用热能。 传热量： 对数平均温差： 传热面积： 选用不锈钢管，则管长为： 采用单层盘管，内径取。 取预热器直径为，壁厚取为。选取，的标准椭圆形封头作为上下封头，其曲面高度为，直边高度为，封头以焊接方式与预热器的筒体连接。 预热器的高度： 则有： 所以： 取预热器高为1270mm。 3.9 冷凝器的设计 3.9.1 混合冷凝器处理的蒸汽量 （一）热量 进入冷凝器后的蒸汽量为： (二)冷凝器所需冷却的热量： 进入冷凝器的蒸汽的温度50℃，出去的水的温度温度为45℃， 进入冷凝器的冷却水的温度15℃，出去的水的温度温度为45℃。 K=1200W/(㎡·℃) 冷凝管的传热面积： 选用不锈钢管，其管长为3m： 管子根数：圈 3.9.2 冷凝器的结构设计 采用隔板式列管换热器，隔板厚度为4㎜ 查的管内径为32㎜时管间距为40㎜，隔板两侧的管间距为52㎜，隔板两侧的管子数为23、23根，按正三角形排列，排管得冷凝器的内径：圆整后为400㎜。 （四）冷凝器封头，采用标准椭圆封头 K=0.9 3.9.3 冷凝器壁厚校核 假设厚度取。 筒体外径： 临界长度： 故该圆筒属于短圆筒。 根据图算法，由文献[1]页图4－6上查得 则 所以所取壁厚满足要求。 3.10 泵的设计与选择 3.10.1 离心泵的设计与选择 （1） 选用ZW （2） 选用ZW 3.10.2 真空泵的选择与设计 冷凝器的蒸汽量没有完全被冷却，有一部分不凝气量，有冷凝器设计计算中的不凝气量计算： 则： （3-16） 式中： —— 被冷凝蒸汽量（）， —— 不凝气量（） 以上所示为抽出蒸汽在标准状况下的体积 由： （3-17） 查表得45℃时饱和蒸汽压为 标准状况下 选用真空泵为ZW。 3.11 管路设计计算 3.11.1 矩形管道设计 根据实践经验，此矩形通道之高径比为2∶1最好，即：，取汽速为 1. Ⅰ效矩形管道设计 （3-18） 其中 解得： 2. Ⅱ效矩形管道设计 其中 解得 为制造方便，取每一效的矩形通道的宽均为185mm，高均为370mm。 3.11.2 汁汽管设计 1. Ⅰ效至Ⅱ效汁汽管 汽速： 蒸汽量： 蒸汽密度： 管子直径 2 . 预热器至冷凝器汁汽管 汽速： 蒸汽量： 蒸汽密度： 管子直径 3物料管设计 汽速： a. 进Ⅰ效蒸发罐的物料管的设计 物料流量： 选取的不锈钢管 b. Ⅰ效至Ⅱ效蒸发罐的物料管的设计 物料流量： 选取的不锈钢管 3. 上、下不凝气管 上、下不凝气管出口的位置距筒体上管板边缘30mm处，下不凝气管出口位置在距筒体下管板200mm处。 选取的不锈钢管 3.11.3 冷凝水出口管 冷凝水总量 汽速： 选取的不锈钢管，位置距筒体下管板边缘30mm处，且符合化工设备焊接设计要求。 结 论 本次设计的主要目的就是为了节能，提高经济性，减少蒸汽的浪费，以往中药厂的蒸发设备，蒸发1Kg水所需要的生蒸汽大约也要1Kg。对于蒸发水量1750Kg/h的中药厂的蒸发，采用双效蒸发，蒸发1Kg水所需要的生蒸汽大约为： G/F=755.72/1927.75=0.392，和以前的蒸发设备相比较，节省了生蒸汽的消耗量，在蒸发设备还采用了热能压缩泵，预热器，冷凝器等设备，这些设备都能起到节能作用，本次设计采用的间壁式冷凝器也可以起到节能效果： 1. 节省电力，若用水利喷射器实现真空所用的泵需要提供一个大功率的电机。 2. 节约水资源，我国的水资源，在一些地方已经很短缺了，采用间壁式冷凝器能减少水资源的浪费。 3. 减少了污水的排放，有助于环保。 采用热能压缩器节能的途径是利用二次蒸汽去给下一效进行加热，这样可以减少生蒸汽的消耗，实现了节约能源的效果。 附录 1 Ⅰ效蒸发罐 附录 2 Ⅰ效分离器 附录 3 热压泵 参 考 文 献 [1] 郑津洋，董其伍，桑芝富主编.过程设备设计[M].第2版.北京化学出版社教材出版中心发行，2005.7 [2] 夏清等主编.化工原理[M].天津大学出版社，2005.1 [3] 刘道德等主编.化工设备的选择与工业设计[M].湖南。中南工业大学出版社.1996.6 [4] 贺匡国主编.华工容器及设备简明设计手册[M].化学工业出版社。2002.1 [5]齐齐哈尔大学轻工学院编.乳品工厂设计及设备设计计算[M]。 [6] 夏清，陈常贵.化工原理 [M].天津大学出版社.天津,2005:310.319-322. [7] 周志安，尹华杰，魏新利.化工设备设计基础 [M].化学工业出版社.北京,1996.137-140. [8] 天津大学等院校.化工容器及设备.化学工业出版社[M].北京，1985.237-241. [9] 张淑荣，王守发．化工制图[M].延边大学出版社.延吉，1995.41-43. 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