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JS243 中药厂 中药 浸出 蒸发 系统 设计

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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计 题 目： 中药厂中药浸出液蒸发系统设计 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过控1201 学生姓名： 陆坤 指导教师： 王昭春 论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日摘要 本设计是中草药行业处理2750Kg/h的中药厂中药浸出液蒸发系统设计，对系统的蒸发罐、分离器、热能压缩泵、预热器、冷凝器、离心泵、真空泵及其他附属设备进行设计，设计主要包括蒸发系统的特点及选择工艺流程、选题设计与论证、设计计算、技术经济分析、安装装备要求与安装调试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，热能压缩泵、预热器、管路、冷凝器、真空泵的设计与选择。本设备系统采用顺流进料，具有效率高、节能、物料预热温差小，有利于保证产品的质量、节能降耗、设备占地面积小、传热效果佳、运行效果、运行费用低、经济性高、便于操作，且能保证物料在蒸发过程中不变性等特点。其中有许多部分的设计借鉴了国内外的一些先进的理论和方法，以合理经济为设计准则，力争达到技术先进、质量达标、操作方便、能耗低及无污染的设计目标，此设计的优点是传热效果好、热能利用率高、生产效益高、已于制造。 由中药浸出液制浸膏的技术和装备还相当原始落后,蒸发器基本上沿用外循环升膜式蒸发器,浓缩收膏还广泛地采用带夹套敞口熬膏锅。由于中草药的成分复杂,如果蒸发加热温度过高和受热停留时间太长,易使部分热敏性成分在加热面上结焦。 以实验室蒸发装置现状看开发的要求为出发点，从确定蒸发系统的流程、实验装置中蒸发浓缩系统的组成、实验装置的开发思路三方面探讨了中药浸提液蒸发实验装置的开发设计。所以在设计过程中要特别注意保留工业用大型蒸发装置的一般特点，在此基础上按比例缩小，这样完成一次实验所需要的中药浸提液量较小，从而满足了“省钱”的要求，同时， 测量精度要求较高。 中药浸提液浓缩的原理也是如此，即通过蒸汽加热使中药浸提液中的水分达到沸点脱离，而中药浸提液中的固形物以及其它物质总量保持不变，从而使中药浸提液的浓度增加，达到浓缩的目的。由于中药浸提液属于热敏性物料，为了保持产品的品质，需要在较低的温度下蒸发浓缩。所以，在工业生产中采用真空操作以降低溶液的沸点。蒸发是一个传热过程，设备属于热交换器，因此蒸发设备与一般的传热设备并没有本质上的区别。但是，蒸发设备必须适应蒸发过程的特点，它除了具有进行传热的加热室以外，还要有足够的蒸发空间，以使二次蒸汽从溶液中分离出来，并使二次蒸汽中的液滴与雾沫尽可能完全地分离。蒸发器一般采用蒸汽作为加热介质，为提高传热效果，应使加热蒸汽均匀地分布，而冷凝液与蒸发过程产生的不凝性气体要及时排出。而且，溶液的特性（如粘滞性、发泡性、结晶性、结垢性、腐蚀性及热敏性等）对蒸发设备也提出了种种要求。 关键词；中草药； 三效； 蒸发系统； 浸出夜： 蒸发器Abstract This design is 2750 kg/h of Chinese herbal medicine industry, the traditional Chinese medicine factory of Chinese medicine leaching liquid evaporation system design of the system of evaporation cans, separator, heat compression pump, heater, condenser, centrifugal pumps, vacuum pumps and other auxiliary equipment design, the design mainly includes the characteristics of evaporation system and the selection process, subject design and demonstration, design calculations, technical and economic analysis, equipment installation requirements and installation and debugging matters needing attention and so much. Design calculation including material balance, heat balance, the compression heat pump, heater, pipe, condenser and vacuum pump design and selection. The equipment system adopts downstream feed with high efficiency, energy saving, material preheat temperature difference is small, to ensure the quality of products, saving energy and reducing consumption, equipment cover an area of an area small, good heat transfer effect, running effect, low operation cost, high efficiency, easy operation, and can guarantee invariance in the process of evaporation material, etc. Many of them part of the design of learning some advanced theories and methods of home and abroad, the design criterion of the economy as a reasonable, strive to achieve advanced technology, quality standard, convenient operation, low energy consumption and pollution-free design goals, this design has the advantage of good heat transfer effect, high heat energy utilization, high production efficiency, has been in manufacturing. By leaching liquid extract of Chinese medicine technology and equipment are quite primitive, evaporator basically used outside the loop climbing film evaporator, concentrated extract is widely used for jacketed exposure paste pot. As the Chinese herbal medicine composition is complicated, if the evaporation heating temperature and heating time is too long, easy to make some heat-sensitive ingredients coking on the surface of the heat. In laboratory evaporation device status see the demand of development as a starting point, from the process of evaporation system, the composition of evaporation and concentration system experiment device, the real thinking on the development of the test rig three aspects discusses the development of Chinese medicine leaching liquid evaporation experiment device is designed. So in the design process to pay special attention to keep the general characteristics of large evaporation devices used in industry, on the basis of the scale, so need to complete a experiments of traditional Chinese medicine extract quantity is small, so as to meet the requirements of the save, at the same time, the measuring accuracy is higher. So is a Chinese traditional medicine the principle of leaching solution concentration, namely by steam heating water reached the boiling point in the leaching solution from Chinese medicine, and traditional Chinese medicine extraction liquid solids and other material from the total amount remains the same, thus increase the concentration of extract of traditional Chinese medicine, to achieve the purpose of enrichment. Because Chinese medicine extract are heat-sensitive materials, in order to maintain the quality of products, need to evaporation concentration at lower temperatures. So, the vacuum operation is applied in the industrial production to reduce the boiling point of the solution. Evaporation is a heat transfer process, equipment belong to the heat exchanger, thus evaporation equipment and general there is essentially no difference between heat transfer equipment. Evaporation equipment, however, must adapt to the characteristics of evaporation process, it besides has on heat transfer of the heating chamber, evaporation have enough space, separated from a solution to make the secondary steam, and the secondary droplets in steam and entrainment separation as completely as possible. Evaporator generally using steam as a heating medium, to improve the heat transfer effect, should be evenly distributed, make the heating steam and condensate and evaporation process of no non-condensable gas discharge in time. And the characteristics of the solution (such as viscosity, foaming, crystalline, scaling, corrosion and heat sensitive, etc.) of evaporation equipment are also put forward various demands.Keywords: Chinese herbal medicine; Three way; Evaporation system; Leaching night: evaporator 目 录第一章绪论 11.1 中药产业的发展现状 11.2 设计内容及采取方法 2 1.2.1设计内容 2 1.2.2采取方法 2第二章蒸发技术 3 2.1蒸发技术 32.2降膜蒸发器 32.3三效降膜蒸发器的特点 42.4多效降膜式蒸发器的特点 5第三章工艺计算 63.1物料衡算 6 3.1.1蒸发水量 6 3.1.2热压泵的喷射系数 63.2热量衡算 7 3.2.1一效蒸发罐的热量衡算 7 3.2.2二效蒸发罐的热量衡算 8 3.2.3三效蒸发罐的热量衡算 9 3.2.4总热量衡算 103.3蒸发罐设计计算 11 3.3.1各效蒸发罐设计 11 3.3.2周边流量校核 12 3.3.3.蒸发罐筒体内径 14 3.3.4蒸发罐壁厚校核 153.4各效预热盘管的设计计算19 3.4.1一效预热盘管 19 3.4.2二效预热盘管 20 3.4.3三效预热盘管 21 3.4.4筒体封头的设计 223.5分离器直径和高度的设计 23 3.5.1分离器直径 23 3.5.2分离室高度 24 3.5.3分离器壁厚设计 24 3.5.4分离器封头的设计 253.6热能压缩泵的设计 26 3.6.1拉伐尔喷嘴的计算 26 3.6.2泵体的基本尺寸 27 3.6.3扩压室的设计计算 283.7预热器的设计 293.8冷凝器的设计 30 3.8.1热量 30 3.8.2冷凝器所需冷却的热量 31 3.8.3冷凝器的结构设计 31 3.8.4冷凝器封头 31 3.8.5冷凝器壁厚校核 313.9管路设计计算 32 3.9.1蒸汽矩形管道设计 32 3.9.2物料管设计 33 3.9.3上、下不凝气管 34 3.9.4冷凝水出口管 343.10泵的设计与选择 35 3.10.1离心泵的设计与选择 35 3.10.2真空泵的选择与设计 353.11 CIP局部清洗系统 36第四章安装前的准备要求与安装注意事项 37结论 38致谢 39参考文献 40附录工艺流程图 41沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1中药产业的发展现状 中药伴随着华夏文化的发展，源远流长，博大精深，已经有将近两千多年的历史。中药是中华民族五千年传统文化的瑰宝，是千百年医疗实践的结晶，也是世界优秀文化的精华。我国中药产业经过几十年的发展，已具有一定的规模和研发能力，在中药材、中药饮片和剂型等方面取得了一定的成绩。然而随着人们生活水平的不断提高，以及新的健康理念产生，国内市场对中药的需求量迅速增长，竞争力的加强，中药的发展面临着巨大的挑战和机遇。近百年来，西医西药逐渐主导我国医疗市场，已薪火相传五千年的中医中药遇到了前所未有的困难。资料显示，我国著名中医专家已从上世纪80年代的5000余名骤减至现在的不足500名，仅有27%的百姓生病后愿意看中医中医药正陷入传承危机。时至今日，学术界仍有人公然以科学的名义提出“废除中医中药”的观点，阻碍了中医药的发展和振兴。 2015年10月5日，中国中医药学家屠呦呦获得诺贝尔奖，屠呦呦女士也是首位获得诺贝尔科学类奖项的中国女科学家。她的获奖极大的推动了中药学的发展。“中医药学凝聚着深邃的哲学智慧和中华民族几千年的健康养生理念及其实践经验，是中国古代科学的瑰宝，也是打开中华文明宝库的钥匙”，这是习近平总书记谈及中医药的一段论述，亦可谓中医药贡献世界可期前景的诠释。中医药历来尊重传统，学中医最重要的途径，就是通过中医经典向古人学习。传统固然要尊重，“祖传秘方”也需要继承，但如果只尊重传统而不注重创新，传统就会不断衰减，中医药学或将难以避免“一代不如一代”的命运。而如何发展中医药，则又受到中医药理论的掣肘，有些传统和习惯必须改变，方能跟上时代的步伐。1.2设计内容及采取方法1.2.1设计内容 本设计为节能型中药厂中药浸出液蒸发系统设计，蒸发水量2750kg/h。技术参数；为中药浸出液初始温度为15，初始固形物含量为0.05，浓缩终了固形物含量为35。设计效数为三效，料液经预热器预热后，通过盘管预热，热压泵抽二效汁气作为一效热源。1.2.2采取方法多效蒸发装置的设计程序一般为：（1）根据溶液的性质及工业要求确定蒸发的操作条件、蒸发器形式和蒸发操作的流程及最佳效数等；（2）根据物料衡算及热量衡算计算加热蒸汽消耗及各效蒸发量；（3）求出各效传热量和传热有效温度差，确定传热系数，从而计算各效的热传面积；（4）根据传热面积和选定的加热管直径和长度，计算加热管数；确定管新和排列方式，计算加热室的外壳直径；（5）确定蒸发器的工艺尺寸，包括接管、连接方式、法兰、人孔和视镜的标准；（6）确定二次蒸汽冷凝器结构并计算冷凝器的工艺尺寸及其他附属设备的计算或选型；（7）真空系统计算及真空泵的选型； （8）绘制工艺流程图及蒸发器装备图和编写设计说明书。42沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发技术第二章 蒸发技术2.1蒸发技术使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质组成提高的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。蒸发操作广泛应用于化工、石油化工、制药、制糖、造纸、深冷、海水及原子能等工业中。工业上采用蒸发操作主要达到以下目的：（1）直接得到经浓缩后的液体产品。（2）制取纯净溶剂。（3）同时制备浓溶液和回收溶剂。蒸发过程的实质是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程，溶剂的汽化速率由传热速率控制，故蒸发属于热量传递过程，但又有别于一般传热过程，因为蒸发过程具有下述特点：（1）传热性质 传热壁面一侧的加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故蒸发过程属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。（2）溶液沸点的改变 含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下溶剂（即纯水）的低，换言之，在相容压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，故当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液组成越高这种现象越显著。（3）溶液性质 有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢和生泡沫，高温下易分解或聚合；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。（4）泡沫夹带 二次蒸汽中常夹带大量液沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物料，而且会污染冷凝设备。（5）能源利用 蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用他的潜热，是蒸发操作重要考虑的关键之一。2.2降膜蒸发器 工作原理：物料由加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。在管内被加热汽化，被汽化的蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经气液分离后即得到浓缩液。在降膜式蒸发器的操作过程中，由于物料的停留时间很短（约510 s），而传热系数很高，因此其较广泛地应用于热敏性物料，也可以用于蒸发粘度较大的物料，但不适宜处理易结晶的溶液。蒸发器为列管式换热器，管程通液体物料，壳程通加热蒸汽，液体物料从蒸发器的顶部进入，经过分布器进入加热管，液体物料沿加热管往下流，并被加热蒸发，直至加热器底部，浓缩的液体和蒸发产生的二次蒸汽进入分离器进行分离，其底部装有控制布水的液位开关。作用：对液体物料加热、蒸发。 分离器分离器为单层结构的罐，上部的二次蒸汽接口与冷凝器相通，下部的接口与蒸发器连通。作用：使加热后产生的二次蒸汽与浓缩液体汽液分离。 预热器预热器为卧式列管式换热器，管程通液体物料，壳程通蒸发产生的二次蒸汽。作用：(1)对进入蒸发器的液体物料进行预先加热；(2)将二次蒸汽进行冷却以便于对其进行回收利用。 冷凝器 冷凝器为卧式列管式换热器，管程通冷却水，壳程连接预热器的壳程。 作用：将二次蒸汽进行冷凝以便于对其进行回收利用。2.3三效降膜蒸发器的特点 在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动。料液经预热器预热至沸腾温度，经顶部的液体分布装置形成均匀的液膜进入加热管，并在管内部分蒸发。二次蒸汽与浓缩液在管内并流而下，料液在蒸发器中的停留时间短，能适应热敏性溶液的蒸发，另外，降膜蒸发还适用于高粘度溶液，粘度范围在0.050.4Pas。降膜蒸发器极易使管内的泡沫破裂，故亦适用于易发泡物料的蒸发。由于降膜蒸发器是液膜传热，所以其传热系数高于其他形式的蒸发器；此外，降膜蒸发没有液柱静压力，传热温差显著高于其他形式的蒸发器。故可取的良好的传热效果，一次性投入最小，是业主优先选择的蒸发器形。设备特点： 由一、二、三效分离器，一、二、三效蒸发器、预热器、冷凝器和热压泵 组成。 蒸发耗量低，1kg蒸汽可蒸发3.2kg水。 蒸发温度低，部分二次蒸汽经喷射式热压泵重新吸入一效加热器，热量得到充分利用，蒸发温度相对较低。 浓缩比大，降膜式蒸发，使粘度较大的料液容易流动蒸发，不容易结垢，浓缩时间短，浓缩比可达到15。 本设备可以实现全自动化生产，智能化系统管理，符合GMP标准要求。2.4多效降膜式蒸发器的特点(1)结构紧凑、布局合理、占地面积小、安装操作方便；(2)生产效率高、蒸发量大；(3)节能效果显著，能耗仅为一般降膜式蒸发器浓缩生产时的 1/3左右。 QA/Q0.45，QB/Q8(Q为清水蒸发量，QA为蒸汽耗量，QB为冷却水耗量 )；系统可控制，系统采用PLC编程，设备工艺参数可设定、控制，原料液和冷却水均可自动控制。系统控制精度：温度 1 ，压力0.01 MPa，液位高度10 mm。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 工艺计算第三章 工艺计算3.1物料衡算3.1.1蒸发水量 总蒸发水量：W=2750 Kg/h为保证设备可靠，将总蒸发水量扩大到10：=1.1W=1.12750=3025Kg/h总蒸发水量： Kg/h （3-1） Kg/h （3-2）式中： X0中草药浸出液入料浓度，0.05 X1中草药浸出液出料浓度，35% F0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： 式中： W1 一效蒸发量(Kg/h) W2 二效蒸发量(Kg/h) W3 三效蒸发量(Kg/h)3.1.2热压泵的喷射系数 t1=90，绝压为0.039 Mpa； t2=75，绝压为0.070Mpa； P高压引射=1.0Mpa 计算热压泵喷射系数： （3-3） 式中： h1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 h2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查焓熵图得： h1128 h225，则 （3-4）3.2热量衡算3.2.1一效蒸发罐的热量衡算一效蒸发罐示意图：图3-1 一效蒸发罐示意图 式中： hg(89)-89时汽体的焓值，2658.48Kj/Kg h l(89)-89时液体的焓值，372.736 Kj/Kg hl(74)-74时液体的焓值，308.146 Kj/Kg hg(74)-74时汽体的焓值，2633.7 Kj/Kg hl(75)-75时液体的焓值，313.94 Kj/Kg hl(70)-70时液体的焓值，292.97 Kj/Kg 代入数值得： 2753.93313.942753.93292.972658.48D1 =2753.93313.94(2753.93W1)308.146W12633.7D10.052658.48 整理得： D1=1.0802W119.4134 （3-5）3.2.2二效蒸发罐的热量衡算二效蒸发罐示意图：图3-2 二效蒸发罐示意图 式中： hl(74)-74时液体的焓值，309.746 Kj/Kg hg(74)-74时汽体的焓值，2633.7 Kj/Kg hl(59)-59时液体的焓值，246.906Kj/Kg hl(59)-59时液体的焓值，2607.96 Kj/Kg hl(70)-70时液体的焓值，292.97 Kj/Kg hg(89)-89时汽体的焓值，372.736Kj/Kg hl(53)-53时液体的焓值，221.906Kj/Kg代入数得： (2753.93W1)309.746292.972753.93D22633.7D1372.736= 2753.93292.97 (D1D2)309.746（2753.93W1W2）246.906 W22607.960.050.05D22633.7整理得： D2=1.0771W20.003W19.8994 （3-6）3.2.3三效蒸发罐的热量衡算三效蒸发罐示意图：图3-3 三效蒸发罐示意图 式中： hl(59)-59时液体的焓值，246.906 Kj/Kg hg(59)-59时汽体的焓值，2607.96 Kj/Kg hl(44)-44时浸出液的焓值，2581.52 Kj/Kg hg(44)-44时浸出液的焓值，184.17 Kj/Kg hl(53)-53时蒸汽的焓值，221.806 Kj/Kg hl(74)-74时浸出液的焓值，309.746 Kj/Kg hl(42)-42时浸出液的焓值，175.81 Kj/Kg代入数值得： (2753.93W1W2)246.906D32607.962753.93175.81 (D1D2)309.746=2753.93221.806(D1D2D3)246.906 (2753.93W1W2W3)184.17W32581.52整理得： D3=1.0745W30.0281(W1W2) 0.0282(D1D2)20.6669 (3-7)3.2.4总热量衡算 W1W2W3= 3025Kg/h (3-8) 因为：；由（1）、（2）、（3）、（4）、四个方程联立得 W1=1619.768Kg/h D1=1553.13321Kg/h W2=780.687Kg/h D2=739.635Kg/h W3=624.545Kg/h D3=690.696Kg/h比例符合要求。3.3蒸发罐设计计算3.3.1各效蒸发罐设计3.3.1.1 一效蒸发罐 传热量 K/h 传热系数 K1=1400 w/K/h 各效温差均均为：传热面积 传热面积A2= 43.63779 m2，降膜蒸发器加热管长径比为125250，选用的不锈钢管，管长8m。则管数： 根3.3.1.2 二效蒸发罐传热量 （3-9）各效传热系数： =4680 KJ/hm2各效温差均为：换热面积为： （3-10）传热面积A2=23.2302 m2，降膜蒸发器加热管长径比为125250，选用的不锈钢管，管长8m。则管数： 根3.3.1.3 三效蒸发罐传热量 K/h传热系数： =1200 w/m2=4320 KJ/hm2各效温差均为：换热面积为： （3-11）传热面积A3=30.1093m2，降膜蒸发器加热管长径比为125250，选用的锈钢管，管长8m。则管数: 根3.3.2周边流量校核一效：300 Kg/hm，不需要分程一效管子排列如图所示：图3-4 一效排管示意图 二效： 300 Kg/hm，不需要分程 二效管子排列如图所示：图3-5 二效排管示意图 三效： 300 Kg/hm，需要分程。分为两程：第一程12根，第二程13根第一程： 300 Kg/hm，分层后符合要求。 三效管子排列如图所示：图3-6 三效排管示意图3.3.3.蒸发罐筒体内径效壳体内径的计算：根据计算得知效的换热管数为68根。因此筒体的内径有以下公式计算得 出： 筒体的内径： )+ a管心距，胀接法（换热管的外径） b横过管束中心线的管数，按照正三角形布管其中n表示管数 e管束中心线上最外层管中心线到壳体内壁的距离 =47.4mm =10 =1.238=45.6 （3-12） 根据计算得到筒体小端和大端的直径：小端内径：398+70=468；圆整到 500mm大端内径：500+64+64=628；圆整到 700mm （2）效壳体内径的计算（同上）：小端内径：300+70=370；圆整到 400mm 大端内径：400+64+64=528；圆整到 600mm （3）效壳体内径的计算（同上）：小端内径：300+70=370；圆整到 400mm大端内径：400+64+64=528；圆整到 600mm3.3.4蒸发罐壁厚校核3.3.4.1一效蒸发罐 （）大端：假设厚度取t=5 mm。大端外径mm 临界长度： mm3056mm （3-13）大圆筒的长度按黄金分割得到: mm由于Lcr L1 故该圆筒属于短圆筒.壁厚较核： 筒体外径： mm筒体计算长度：mm 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得，筒体材料选用0G r18Ni10Ti不锈钢,查得弹性模量E=1.90105MPa则 Mpa0.1Mpa （3-14）所以所取壁厚满足要求 （2）小端： mm mm临界长度： mm4944mm （3-15）故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体外径： mm筒体计算长度： mm 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得则 Mpa0.1Mpa （3-16）所以所取壁厚满足要求。3.3.4.3三效蒸发罐（1）大端： 假设厚度取t=5 mm。 大端外径mm 临界长度： mm3056mm （3-17） 故该圆筒属于短圆筒. 壁厚较核： 筒体计算长度：mm 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得，则 Mpa0.1Mpa （3-18）所以所取壁厚满足要求 （2）小端： mm mm临界长度： 4944 （3-19）故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体外径： mm筒体计算长度： mm （3-20）根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得则 Mpa0.1Mpa 所以所取壁厚满足要求。3.3.4.2二效蒸发罐 （1）大端：假设厚度取t=5 mm。大端外径mm临界长度： mm4944mm （3-21）故该圆筒属于短圆筒.壁厚较核：筒体计算长度： mm 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得，则 Mpa0.1Mpa （3-22） 所以所取壁厚满足要求 （2）小端： mm mm临界长度： mm4944mm故该圆筒属于短圆筒。壁厚较核：筒体计算长度： mm （3-23） 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得 则 Mpa0.1Mpa （3-24）所以所取壁厚满足要求。3.4各效预热盘管的设计计算已知各效预热器传热系数：w/m2KJ/hm23.4.1一效预热盘管热流体进出温度：；。冷流体进出温度：；。物料流量： Kg/h。传热量： （3-25）对数平均温差： 传热面积： （3-26）选用不锈钢管，则预热盘管长为： m （3-27）单圈预热盘管的面积： mm 一效预热盘管的圈数： 圈 （3-28）取整： 圈盘管高度：取节距：mm （3-29） 盘管高度：mm （3-30）3.4.2二效预热盘管热流体进出温度：；。冷流体进出温度：；。物料流量： Kg/h。传热量： （3-31）对数平均温差： 传热面积： （3-32）选用不锈钢管，则预热盘管长为： m （3-33）单圈预热盘管的面积： mm （3-34） （3-35）二效预热盘管的圈数： 圈取整： 圈盘管高度：取节距：mm盘管高度：mm3.4.3三效预热盘管热流体进出温度：；。冷流体进出温度：；。物料流量： Kg/h。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： m单圈预热盘管的面积： mm （3-36）三效预热盘管的圈数： 圈取整： 圈 盘管高度：取节距：mm盘管高度：mm3.4.4筒体封头的设计效筒体封头选择标准椭圆封头，查化工设备设计简明设计手册得： 小端封头：mm大端封头：mm标准椭圆的封头壁厚为：5mm效筒体封头选择标准椭圆封头，查化工设备设计简明设计手册得： 小端封头：mm大端封头：mm标准椭圆的封头壁厚为：4mm效筒体封头选择标准椭圆封头，查化工设备设计简明设计手册得： 小端封头：mm大端封头：mm标准椭圆的封头壁厚为：4mm三效蒸发罐示意图：图3-7 三效蒸发罐示意图3.5分离器直径和高度的设计3.5.1分离器直径 （3-37） 式中： （3-38）一效蒸发温度为74，查表得： Kg/ Kg/ /s /s m3.5.2分离室高度当高径比为1.4时,m，取m3.5.3分离器壁厚设计假设厚度取t=5 mm。mm临界长度： 1800 （3-39）故该圆筒属于短圆筒.壁厚较核：筒体外径： mm筒体计算长度： mm （3-40）根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得，则 Mpa0.1Mpa所以所取壁厚满足要求通过对后两效的计算得知，二效和三效的分离器按照一效地规格生产即可满足生产要求。3.5.4分离器封头的设计效筒体封头选择标准椭圆封头，查化工设备设计简明设计手册得： 小端封头：mm大端封头：mm标准椭圆的封头壁厚为：5mm一效分离器示意图3-8；图3-8 一效分离器示意图3.6热能压缩泵的设计热压泵如图3-9所示图3-9 热压泵3.6.1拉伐尔喷嘴的计算3.6.1.1喉部直径 （mm）式中： 工作蒸汽量（高压引射蒸汽）（kg/h） 工作蒸汽的绝压（kgf/2） 计算到小数点后二位 kgf/2 3.6.1.2喉部长度喉部长度一般取3 5mm，本次设计为了降低磨损，取5mm。3.6.1.3出口直径 （mm） （3-41）式中： 工作蒸汽量（高压引射蒸汽）（kg/h） 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的比容（/kg） 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的焓差（Kcal/kg） 一效汁汽温度为58,所以汁汽密度为: kg/ /kg （3-42） mm3.6.1.4入口直径： mm3.6.1.5入口段长度：入口角度为60 mm （3-43）3.6.1.6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10。 mm3.6.2泵体的基本尺寸3.6.2.1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。 0.5时 mm喉部直径： 式中： 吸入低压汁汽量 混合汽的背压 kgf/2 mm因为泵体喉部直径， 式中： 混合室锥形母线与水平线的夹角， mm mm （3-44）3.6.2.2混合室入口直径：混合室锥角为6，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。 mm （3-45）3.6.2.3喉部直径： ，因为喉部为圆柱形，长度为， 取mm3.6.3扩压室的设计计算扩压角为9，出口直径 mm扩压室长度： mm按汽速为40m/s来决定正汽管直径： 式中： 一效汁汽的比容，3.97/kg 一效汁汽的速度,40m/s 时，/kg正汽管直径： mm3.7预热器的设计 W/拟定将15的中草药经预热器预热至42。 KJ/kg KJ/kg传热量: （3-46）对数平均温差： 传热面积： （3-47）选用不锈钢管，则管长为： m采用单层盘管,内径取0.5m。 圈取预热器直径为600，壁厚取为4。选取,的标准椭圆形封头作为上下封头,其曲面高度为150,直边高度为20,封头以焊接方式与预热器的筒体连接。预热器的高度：则有：所有mm取预热器高为1414mm。3.8冷凝器的设计3.8.1热量 其中： 预热器加热消耗的蒸汽量 44蒸汽量的汽化潜热, KJ/Kg 预热器出来的能量, KJ/h KJ/h （3-48）进入冷凝器后的蒸汽量为 KJ/h （3-49）3.8.2冷凝器所需冷却的热量 KJ/h （3-50）进入冷凝器的蒸汽的温度44，出去的水的温度温度为42，进入冷凝器的冷却水的温度15，出去的水的温度温度为42。 W/()冷凝管的传热面积： （3-51）选用的不锈钢管，管长为3m：管子根数：3.8.3冷凝器的结构设计采用隔板式列管换热器，隔板厚度为4mm查的管内径为32mm时管间距为40mm，隔板两侧的管间距为52mm，隔板两侧的管子数为23、24根，按正三角形排列，排管得冷凝器的内径：mm圆整后为400mm。3.8.4冷凝器封头采用标准椭圆封头 mm3.8.5冷凝器壁厚校核假设厚度取mm筒体外径：mm mm临界长度： mm3200mm故该圆筒属于短圆筒. 根据图算法,由过程设备设计P130页图46上查得，则 Mpa0.1Mpa （3-52）所以所取壁厚满足要求。3.9管路设计计算3.9.1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40m/s3.9.1.1一效矩形管道设计 （3-53）其中: kg/h kg/ m/s 解得mm mm3.9.1.2二效矩形管道设计 其中: kg/h kg/ m/s 解得:mm mm3.9.1.3三效矩形管道设计 其中 kg/h kg/ m/s 解得:mm mm为制造方便，取每一效的矩形通道的宽均为200mm，高均为400mm。3.9.2物料管设计汽速： m/s3.9.2.1一效蒸发罐的物料管的设计物料流量： kg/h kg/h mm选取的不锈钢管3.9.2.2一效至二效蒸发罐的物料管的设计物料流量： kg/h （3-54） kg/h mm选取的不锈钢管3.9.2.3二效至三效蒸发罐的物料管的设计 物料流量： kg/h （3-55） kg/h mm选取的不锈钢管3.9.3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3.9.4冷凝水出口管冷凝水总量 （3-56）汽速： m/s kg/h kg/ mm选取的不锈钢管，位置距筒体下管板边缘30处，且符合化工设备焊接设计要求。3.10泵的设计与选择3.10.1离心泵的设计与选择 （1） /h选用2.24-10 （2） /h选用1.22-10 （3） /h选用0.59-10 （4） /h选用0.33-103.10.2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： 式中： -被冷凝蒸汽量（kg/h），kg/h （3-57） -不凝气量（kg/h） 以上所示为抽出蒸汽在标准状况下的体积由 （3-58）查表得44时饱和蒸汽压为KPa标准状况下 Pa /h 选用真空泵-153.11CIP局部清洗系统CIP设备一般包括清洗液储罐，清洗喷头，送液泵管路管件以及程序控制装置，连同待清洗的全套设备，组成一个清洗循环系统。由预先设定的程序，输入计算机，根据工艺条件，进行全自动操作。由于CIP系统具有工作效率高，工人劳动强度低，且操作过程全在密闭的管路中进行，符合食品卫生和环境卫生，所以在设计中采用CIP自动清洗系统。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 安装前的准备要求与安装注意事项第四章 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；有无运输和卸车过程中的丢失； （2）根据现场的实际情况的确吊装方案，准备吊装工具； （3）设备再楼板上安装时，应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，损坏零件；（6）校对温度表、真空泵等仪表的准备性和灵活性；（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；（8）热压泵的水平蒸汽管路应向分气缸方向由1/100的坡度；（9）各泵安装时，应注意其入口连接的严密性。在锁紧之前的自然状态下，泵的入口平面和连接平面同心；（10）连接设备的压力表/真空表接管时，在与设备各接头端应弯至向上的弯或一周圆盘；（11）温度表长为尾线安装避免挤压/弯曲部分的半径不小于5；（12）有保护管的温度表,在测温包装之前,应灌入水或热性好的液体，然后封严，保证灵活性；（13）分汽罐的进汽管和水箱应选择受其他设备影响水的部分和主管道连接，最好具有单独的管道以保证汽、水供给稳定沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 结论结论 通过对中药厂中药浸出液蒸发系统的设计，让我充分了解了浸出液蒸发系统设计的主要流程和步骤，以及熟悉和掌握了系统设计中所用到的蒸发罐、热压泵、预热器、分离器及其他附属设备的设计准则以及各个部件尺