毕业设计（论文）-节能型中药厂中草药蒸发系统设计1000Kgh【全套图纸】.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 中药厂蒸发工段发展现状2全套图纸，加153893706中草药（英文名：Chinese Traditonal drug）：中药主要由植物药（根、茎、叶、果）、动物药（内脏、皮、骨、器官等）和矿物药组成。因植物药占中药的大多数，所以中药也称中草药。中国各地使用的中药已达5000种左右，把各种药材相配伍而形成的方剂，更是数不胜数。经过几千年的研究，形成了一门独立的科学本草学。中药文化 底蕴丰富说到中国的药文化，由于它有着数千年的悠久历史，所以其底蕴十分丰富。然而，无论是中国人，还是外国人，对其丰富的文化内涵缺乏全面深刻的理解，故而导致某些误识。其根本原因就在于长期以来，我们对药文化的研究与宣传，力度很不够，长此以往，无疑对中药事业的继承、发展与推广是十分不利的。中药在中国古籍中通称“本草”。我国最早的一部中药学专著是汉代的神农本草经，唐代由政府颁布的新修本草是世界上最早的药典。明代李时珍的本草纲目，总结了16世纪以前的药物经验，对后世药物学的发展做出了重大的贡献。中药按加工工艺分为中成药、中药材。 目前，随着对中药资源的开发和研究，许多民间药物也归入中药的范畴。所以，中药是以中医理论为基础，用于防治疾病的植物，动物矿物及其加工品，不论产于中国，外国均称中药。中药有着独特的理论体系和应用形式，充分反映了我国自然资源及历史，文化等方面的特点。 中医药的发展有其特殊的规律，但是在现在的情况下开展中医药的科研一定要注意传统与现代的结合，一定要注意科研的实证性，尽最大可能吸取现代科学的成果来促进中医药的发展。只有一个开放的学科才是有生命里的学科。中医药想要发展和进步，必须吸取最先进的科学成果。 1.2 中药厂蒸发工段发展现状 国外的研究现状：1949年，荷兰人首先提出了“喷雾式蒸发外冷”技术。1962年，苏联基辅工学院开始研究“直接膜状蒸发冷却”。1969年，日本东芝电气公司研究试验了汽轮发电机的转子强迫循环水蒸发内冷系统。1970年，美国通用电气公司在国际大电网会议上发表的论文中提出了转子自循环蒸发冷却方案。0国内的研究现状：1958年开始从事蒸发冷却技术的研究。最早开展的是“低温冷冻强迫循环方式”。 中国科学院电工所与东方电机厂及上海电机厂等生产制造单位合作，先后将蒸发冷却技术 应用于汽轮发电机和水轮发电机上，取得了很好的工业应用效果。主要的成果包括：1975年 与北京电力设备厂联合研制了一台1200kW全蒸发冷却汽轮发电机。1983年云南大寨水电厂的 两台10MW蒸发冷却水轮发电机组安全运行至今。1992年与上海电机厂联合研制的一台50MW蒸 发冷汽轮发电机作调相机使用运行至今。1992年安康火石岩电厂的525MW蒸发冷却水轮发 电机运行至今。1999年底投入运行的李家峡400MW蒸发冷却水轮发电机已于2000年底通过国 家科技部的验收。1.3 改造思路1蒸发器的总传热系数主要取决于溶液的性质、沸腾状况、操作条件以及蒸发器的结构等。合理设计蒸发器以实现良好的溶液循环流动，及时排除加热室中不凝性气体，定期清洗蒸发器（加热室内管），均是提高和保持蒸发器在高强度下操作的重要措施。1.4 蒸发器选型随着工业技术的发展，蒸发设备不断改进发展，种类繁多，结构各异。根据中草药本身的特性选择适宜的蒸发方法和设备。 中草药适用的蒸发设备有：刮板式蒸发器降膜式蒸发器列文式蒸发器悬筐式蒸发器中央循环管式蒸发器本设计根据物料的性质悬着降膜蒸发器，降膜式蒸发器：原料液由加热室顶端加入，经分布器分布后，沿管壁成膜状向下流动，气液混合物由加热管底部排出进入分离室，完成液由分离室底部排出。设计和操作这种蒸发器的要点是：尽力使料液在加热管内壁形成均匀液膜，并且不能让二次蒸汽由管上端窜出。1.5 流程论述降膜蒸发是将料液自降膜蒸发器加热室上管箱加入，经液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，并沿换热管内壁呈均匀膜状流下。在流下过程中，被壳程加热介质加热汽化，产生的蒸汽与液相共同进入蒸发器的分离室，汽液经充分分离，蒸汽进入冷凝器冷凝（单效操作）或进入下一效蒸发器作为加热介质，从而实现多效操作，液相则由分离室排出。原料液预热后由蒸发器底部进入加热器管内，加热蒸汽在管外冷凝。当原料液受热后沸腾汽化，生成二次蒸汽在管内高速上升，带动料液沿管内壁成膜状向上流动，并不断地蒸发汽化，加速流动，气液混合物进入分离器后分离，浓缩后的完成液由分离器底部放出。这种蒸发器需要精心设计与操作，即加热管内的二次蒸汽应具有较高速度，并获较高的传热系数，使料液一次通过加热管即达到预定的浓缩要求。升膜蒸发器适宜处理蒸发量较大，热敏性，粘度不大及易起沫的溶液，但不适于高粘度、有晶体析出和易结垢的溶液。1.6 设备的选择和设计1.6.1 设备生产工艺要求2设备的生产能力符合生产规模要求，生产效率高，耗能少，生产出来的产品符合要求，坚固耐用，易于清洗检修，操作方便，运行安全可靠。1.6.2 设备生产材料要求本设备凡和物料接触均用优质不锈钢制作。选择设备的材料必须了解材料的机械性能，化学性质和加工工艺，以及材料价格的合理性。所选择的材料应易于清洗、消毒、符合食品卫生，同时应不含有害或超过中药卫生标准中规定数量而有害人体健康的物质，材料与产品接触，不应因相互作用而产生有害或超过药品卫生标准中规定数量而有害于人体健康的物质，不应因相互作用而产生对产品形成污染、影响产品的气味、色泽和质量的物质或对产品加工的工艺过程产生不良影响。第2章 技术经济基础3采用了简单、高效的多级流量分配和布膜装置，保证进入每根加热管的流量均衡，并均匀成膜，做到控制好膜的厚度。保持布膜器内所有流体通道简洁流畅，允许流体中带有一定的固体结晶物质，带晶循环但不结垢。保证溶液进入加热管时液膜流速1m秒，从加热管出来时，流速2050m秒。布膜器无需任何额外的维护、清洗。蒸发管：蒸发管是蒸发器最重要的热负荷元件，直接决定了蒸发器的热效率和使用寿命。 蒸汽采用多流道进入加热室，公司自行设计的特殊装置，有效避免了高速蒸气流对加热管的冲击。 蒸发管束在管板上的排列均匀分布，提高蒸汽的热效率。加热室内设置特殊化的装置，有效克服蒸发管的振动并延长蒸汽停留时间有利于传热。 可排放加热室内不凝性气体。在分离室的设计上，掌握了二次蒸汽从介质液面蒸发逸出的最佳参数，确定最佳高径比。对分离室内部构造的特殊设计，可使其在高浓效溶液里析出的结晶固体大部分在分离室内析出，有效避免在加热管内析出后形成管内结垢，影响传热效率。除沫器：特殊构造的除沫器，使二次蒸汽从液面上逸出时夹带量最小。使在有限的流动空间里对二次蒸汽进行充分分离和过滤，同时保持其流畅的通道，使二次蒸汽冷凝水十分洁净。热泵: 生蒸汽由蒸汽喷射泵将蒸发器中产生的二次蒸汽抽吸并压缩，与生蒸汽混合（或用机械式压缩机将二次蒸汽压缩），从而使低品位的二次蒸汽变为高品位的加热蒸汽再次利用，使生蒸汽消耗大大降低，例如单效热泵蒸发的蒸汽消耗可达到三效甚至四效的水平。热泵蒸发尤其适用于热敏性物料、沸点升高值小的物料和能够提供高压蒸汽的场合。喷射式热泵稍加变化还可用作过热蒸汽变为饱和蒸汽的装置。第3章 专题设计与论证3.1 设计论述 本设计为热液泵的二效降膜中草药提取液蒸发系统。蒸发水量1000。初始固形物含量由0.05浓缩到35。本设计采用较为先进的理论和技术，使完成液浓度基本恒定。且抽取一效汁汽进行压缩升温后再次送入一效蒸发罐作为加热蒸汽作用。一效产生的二次蒸汽部分引入第二效蒸发器作为二效蒸发水分的热源，其余部分进入热压泵增压后再作为第一小的热源，第二效产生的二次蒸汽则导入冷凝器后由排液泵排出。各壳程中产生的不凝气体，分别由上下不凝气管引入混合冷凝器，连同二效二次蒸汽一起排出。3.2 重点设备选择4降膜蒸发器由蒸发器罐体、分离器、热液泵及冷凝器等组成。3.2.1 蒸发罐 蒸发罐采用降膜式蒸发罐，用不锈钢制造，内外表面抛光，本设计应力及温度差不大，不需要用不易清洗的焊接形式固定管与板管，可采用胀接形式。3.2.2 热压泵 把二次蒸气经压缩后提高其温度及压力达到加热蒸汽的程度而加以利用，这样既回收了二次蒸汽的热能又节省了冷却水，这种方法称之为二次蒸汽再压缩。如果用高压工作蒸汽对二次蒸汽进行压缩则称之为热力压缩式，所用设备为热力压缩式热泵即热压泵也叫蒸汽喷射泵。蒸汽热压泵在降膜式蒸发设备中作为一种给热装置， 它利用工作蒸汽抽吸使二次蒸的温度、压力提高后作为加热热源， 从而回收利用了二次蒸汽，这是蒸发浓缩设备比较常采用的方法。合理的热泵设计使蒸汽得到有效的利用并能减小噪声。3.2.3 冷凝器5 末效蒸发罐排出的蒸汽进入冷凝器凝结，形成真空使这些设备获得足够低的压力和沸点，在蒸发中，还可使首效和末效之间的温度差增大，提高蒸发效能。本设计采用间壁式冷凝器立式冷凝器的主要特点是： 1.由于冷却流量大流速高，故传热系数较高。2.垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。 3.冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水4.管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。5.但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有24，对数平均温差一般在56左右，故耗水量较大。且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现.第4章 设计的计算4.1 物料衡算7总蒸发水量：则：蒸发水量： 为保证设备可靠，将物料量扩大到10。总蒸发水量：初始温度=0.05：终止浓度 =35总蒸发量W等于各效蒸发量之和： 且 =2:14.2热量衡算,绝压为0.040312；,绝压为0.021956=0.8Mpa=8.164.2.1计算热压泵喷射系数查焓熵图得：152 34，则4.2.2 一效蒸发罐的热量衡算8查表得焓值 45时浸出液的焓值，188.41 40时浸出液的焓值，167.47 44时浸出液的焓值，184.21 60时浸出液的焓值，251.21 60时不凝汽的焓值，2606.3 74时浸出液的焓值，301.45274时蒸汽的焓值，2632 65时浸出液的焓值，272.1444时蒸汽的焓值，2575.96图4-1 一效热量衡算式中：整理得： (1)4.2.3 二效蒸发罐的热量衡算图4-2 二效热量衡算代入数值得：整理得67+2391.75+ 2224.764+50758.12 4.2.4 总热量衡算热压泵相关计算：=+G/G=由：=0.8=1.8G=0.45=1000把分别代入 1 2 中 解得： =749.12 =350.36 =687.464 =312.536 4.3蒸发罐设计计算9一效蒸发温度74 汽化潜热二效蒸发温度60 汽化潜热 =2355.1 4.3.1传热量的计算各效传热量为：各效传热系数： 各效温差均为：则各效换热面积为：各效蒸发罐设计一效蒸发罐传热面积，选用的不锈钢管，管长5m。则管数：根二效蒸发罐传热面积，选用的不锈钢管，管长5m。则管数：根 周边流量较核：一效：，需要分程分为两程：第一程21根，第二程21根4.3.2 一效蒸发罐设计一效管子排列如图所示：图4-3 一效排管4.3.3二效蒸发罐设计二效：，需要分程分为两程：第一程11根，第二程10根第一程：第二程：二效管子排列如图所示：图4-4 二效排管4.3.4 蒸发罐校核蒸发罐筒体内径（1）小端内径：373+70=443； 圆整450到 大端内径：373+70+64+64=571；圆整到600（2）小端内径：278+70=348； 圆整到350 大端内径：278+70+64+64=476；圆整到500蒸发罐壁厚较核（1）大端：假设厚度取。m临界长度：故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体外径：筒体计算长度： 根据图算法，由过程设备设计页图46上查得则所以所取壁厚满足要求。（2）小端：m临界长度：故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体外径：筒体计算长度： 根据图算法，由过程设备设计页图46上查得则所以所取壁厚满足要求。同理：二效为5。各效预热盘管的设计计算已知各效预热器传热系数：1.一效预热盘管： 传热量：对数平均温差： 传热面积：选用不锈钢管，则预热盘管长为：一效预热盘管内径为：，则盘管圈数为：圈 取圈2.二效预热盘管： 传热量：对数平均温差： 传热面积：选用不锈钢管，则预热盘管长为：二效预热盘管内径为：，则盘管圈数为：圈 取圈6.各效预热盘管的高度 一效蒸发罐示意图44图45 一效蒸发罐4.4 分离器设计与计算104.4.1分离器直径和高度的设计(一) 分离器直径：式中：=0.44一效蒸发温度为68，查表得：（二） 分离室高度当高径比为1.4时， 取(三) 分离器壁厚设计假设厚度取。m临界长度：故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体外径：筒体计算长度： 根据图算法，由过程设备设计页图46上查得则所以所取壁厚满足要求。图45 一效分离器4.5热能压缩泵的设计热压泵如图4.6.1所示 图46 热压泵4.5.1 拉伐尔喷嘴的计算1.喉部直径式中： 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（）一效汁汽温度为，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。4.5.2 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：式中 ： 吸入低压汁汽 混合汽的背压因为泵体喉部直径，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。4.5.2.3喉部直径，因为喉部为圆柱形，长度为，取 4.5.3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：时，正汽管直径：4.6泵的设计与选择4.6.1离心泵的设计与选择（1）选用ZW（2）选用ZW4.6.2 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：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 由查表得44时饱和蒸汽压为标准状况下选用真空泵为ZW4.7管路设计计算4.7.1 蒸汽矩形管道设计根据实践经验，此矩形通道之高径比为21最好，即：，取汽速为1 一效矩形管道设计其中 解得 2. 二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136mm，高均为272mm。4.7.2 汁汽管设计1 一效至二效汁汽管 汽速：蒸汽量：蒸汽密度： 管子直径2 二效至三效汁汽管 汽速：蒸汽量：蒸汽密度： 管子直径3预热器至冷凝器汁汽管 汽速：蒸汽量：蒸汽密度： 管子直径4.7.3 物料管设计汽速：1 进一效蒸发罐的物料管的设计物料流量： 选取的不锈钢管2一效至二效蒸发罐的物料管的设计物料流量： 选取的不锈钢管3 . 二效出料管的设计物料流量： 选取的不锈钢管4.7.4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4.7.5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。4.8 预热器的设计拟定将的中草药经预热器预热至，使用的二效汁汽提供热源，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。圈取预热器直径为，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952mm。4.9 冷凝器的设计4.9.1混合冷凝器处理的蒸汽量1.热量进入冷凝器后的蒸汽量为2. 冷凝器所需冷却的热量进入冷凝器的蒸汽的温度44，出去的水的温度温度为40，进入冷凝器的冷却水的温度15，出去的水的温度温度为40。 K=1300W/()冷凝管的传热面积：选用不锈钢管，其管长为3m：管子根数： 4.9.2冷凝器的结构设计12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20、20根，按正三角形排列，排管得冷凝器的内径：圆整后为440。冷凝器封头，采用标准椭圆封头K=0.9 4.9.3 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，由过程设备设计页图46上查得则所以所取壁厚满足要求。 第5章 CIP局部清洗系统6CIP 设备一般包括洗液储罐，清洗喷头，送液泵管路管件以及程序控制装置，连同清洗的全套设备，组成一个清循环系统。有预先设计的程序，输入计算机，根据工艺条件，进行全自动操作。由于CIP系统工作效率高，工人劳动强度低，且操作过程全在密闭的管路中进行，符合药品卫生和环境卫生，所以在设计中采用CIP自动清洗系统。清洗方法：5.1冷管路及设备的清洗方法：（1） 用水冲洗三分钟；（2） 用75度碱性洗涤液循环十分钟；（3） 用热水90度冲洗三分钟5.2热管路及设备的清洗方法：（1） 用热水冲洗三到五分钟；（2） 用75度到80度碱性洗涤液循环十五到二十分钟；（3） 用温水冲洗五到八分钟；（4） 用65度到70度酸液循环十五到二十分钟；（5） 用热水冲洗约五分钟；（6） 在早晨开工前，通常用对巴斯消毒液剂进行一次消毒： 用热水冲洗约五分钟； 用90度热水循环约八分钟； 把设备冷却到工作温度；5.3浓缩设备清洗：（1） 用热水冲洗十五分钟；（2） 用85度的碱性洗涤液循环十到十五分钟；（3） 用温水冲洗到中性；（4） 用75度的酸液循环十到十五分钟；（5） 用热水冲洗到中性；第6章 安装前的准备要求与安装注意事项1. 安装箱单、总图材料表、检查设备的零件是否齐全完整；有无运输和卸车中的丢失；2. 根据现场的实际情况确定吊装方案，准备吊装工具；3. 设备在楼板上安装时，用根据设备的重量校核楼板的荷重强度是否安全；4. 按基础图的要求，打支架、支柱、多级水泵的基础；5. 清洗部件，零部件内的泥沙、焊渣等杂物，避免堵塞管路或进入泵内，损害零件；6. 校核温度表、真空泵等仪表的准备性及灵活性；7. 一效、二效蒸发器安装前时应保证垂直，最终以保证一效、二效管板的水平偏差在一到四点五毫米；8. 热压泵的水平蒸汽管路应向分气缸方向有百分之一坡度；9. 各泵安装时应注意其入口连接的严密性。再锁紧之前的状态下泵的入口平面与连接平面同心；10. 连接设备的压力表，真空表接管时，在于设备各接头端用弯子向上的弯或一周圆盘；11. 温度表常为尾线安装避免挤压，弯曲部分的半径不小于五厘米；12. 有保护管的温度表在测温包装之前应灌入水或传热性较好的液体然后封严，保证灵活性；13. 分汽缸的进气管和水箱应选择受其他设备影响的水的部分和主管道连接，最好具有单独的管道以保证汽、水的供给稳定。第7章 技术经济分析中药提取液蒸发设备仍采用传统的两段蒸发及夹层锅蒸发、真空浓缩蒸发，他们的缺点是能耗大。为了节约能耗，减少运行投资资本设计对蒸发系统做了一系列改造。根据我们所学习的只是蒸发的节能途径主要有多效蒸发、额为蒸汽的引出、二次蒸汽的在压缩、冷凝水的回收再利用。根据以上几点我们在系统中采用了双效降膜蒸发器并设置了预热器、冷凝器、热压泵。蒸发器的总传热系数主要取决于溶液的性质、沸腾状况、操作条件以及蒸发器的结构等。这些已在前面论述，因此，合理设计蒸发器以实现良好的溶液循环流动，及时排除加热室中不凝性气体，定期清洗蒸发器（加热室内管），均是提高和保持蒸发器在高强度下操作的重要措施。同时，在系统中设置了温度及浓度控制节点，对生产中的温度和浓度随时进行控制以便节能。经改造以后与原蒸发系统相比节约了水与电，投资减少。 结 论在本次课程设计中主要充分实践基础上进行的依次综合毕业设计。经过繁忙而又充实的十几周努力，我圆满的完成了毕业设计的课题。在设计主要包括升膜蒸发器的特点及选择工艺流程、设备的要求及技术经济基础、专题设计与论证、设计计算、安装前的准备要求与安装注意事项等几大部分。其中设计计算包括物料衡算，热量衡算，效间加热器，热能压缩泵、管路、冷凝器、真空泵的设计与选择。本次设计本着全面、合理、经济的原则，应尽量减少损失，减低成本，充分的考虑到了经济效益，因地制宜的进行选材和设计，努力达到经济合理、技术先进、质量达标、操作方便、能耗低、无污染的设计