节能型中药厂中药浸出液蒸发系统设计
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中药厂中药浸出液蒸发系统装配图.dwg
分离器.dwg
热压泵装配图.dwg
节能型中药厂中药浸出液蒸发系统设计论文.doc
蒸发罐装配图.dwg
摘要
本设计是中草药行业处理3750Kg/h的四效降膜蒸发系统，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了设计，设计主要包括降膜蒸发器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、安装准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。
本设计的设计任务是：通过于查阅工具书及相关参考资料，了解预热器，蒸发罐，热压泵，分离器和其他附件等各部件的结构和功能，并分析它们在各种载荷下的受力及各种应变，通过分步完成各部件的选材，设计计算和各种应力校核，最终完成一个行业处理3750Kg/h的四效降膜蒸发系统的设计，指明在工业应用中的注意事项并制定各种安全防护措旅来保证安全使用。
本设备采用顺流进料，具有热效率高、节能、物料预热温差小，有利于保证产品的质量、并且冷却水消耗量低。设备在低温条件下进行连续操作，具有蒸发能力高、节能降耗、设备占地面积小、传热效果佳、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、济为设计原则，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、易于制造。
文字资料完成文献综述一份，设计计算书一份，设计说明书一份，设计中所查参考的参考文献记载一份。
关键词： 中草药： 四效； 降膜；蒸发系统
Abstract
This design is the herbal industry under 3750Kg / h four-effect falling film evaporator system, the system's evaporator, separator, thermal compression pump, preheater, condenser, centrifugal pumps, vacuum pumps and other ancillary equipment design, design includes the characteristics of falling film evaporator and selection process, selection design and feasibility studies, design calculations, technical and economic analysis, installation preparation requirements and installation precautions in several parts.
The design of the design tasks are: through them under various loads to consult books and related reference information, learn preheater, structure and functions of the components of the evaporation tank, hot pumps, separators and other accessories, and analysis the stress and strain of various by step through the selection, design calculations and various stress check of the components, the final completion of a business process design 3750Kg / h four-effect falling film evaporation system, specified in industrial applications Caution and develop a variety of security measures to ensure the safe use of trip.
Design and calculation of which includes material balance, heat balance, heat compression pump, preheater, piping, condensers, vacuum pump design and selection. This equipment is used downstream feed with high thermal efficiency, energy saving, material preheating temperature low to ensure the quality of products and low consumption of cooling water. Equipment in continuous operation under low temperature conditions, with high evaporation capacity, energy saving, small footprint devices, good heat transfer, low cost, economy, ease of operation, and can ensure the material in the evaporation process of invariance and so on. Many of which are part of the design draws on a number of domestic and foreign advanced theory and methods, with reasonable on the economic principles for the design, and strive to achieve the advanced technology, quality standards, easy operation, low energy consumption and pollution of the design goals, this design the advantage of effective heat transfer, thermal efficiency, high production-effective, easy to manufacture.
Key words: Chinese herbal medicine; four of them; falling film; evaporation system
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 中草药及其生产现状 1
1.2 蒸发技术 1
1.3 设备的工艺设计要求 2
1.3.1 设计程序 2
1.3.2 对蒸发设备的要求 3
第二章 选题设计与论证 4
2.1 设计论述 4
2.2 蒸发系统设计与论证 4
2.2.1 浓缩设备的特点 4
2.2.2 降膜蒸发器的特点 5
2.2.3 三效降膜蒸发器的特点 5
2.2.4多效降膜式蒸发器的特点 6
第三章 设计计算 7
3.1 物料衡算 7
3.2 热量衡算 7
3.2.1 热压泵的喷射系数 7
3.2.2 一效蒸发罐的热量衡算 8
3.2.3 二效蒸发罐的热量衡算 9
3.2.4 三效蒸发罐的热量衡算 10
3.2.5 四效蒸发罐的热量衡算 12
3.2.6 总热量衡算 13
3.3 蒸发罐设计计算 13
3.3.1 传热量的计算 13
3.3.2 各效蒸发罐设计 14
3.3.3 周边流量较核： 15
3.3.4 蒸发罐筒体内径 18
3.3.5 蒸发罐壁厚较核 18
3.4 各效预热盘管的设计计算 19
3.5 分离器直径和高度的设计 23
3.6 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 29
3.7 预热器的设计 29
3.8 冷凝器的设计 30
3.9 管路设计计算 32
3.9.1蒸汽矩形管道设计 32
3.9.2 汁汽管设计 33
3.9.3 物料管设计 35
3.9.4 上、下不凝气管 36
3.9.5 冷凝水出口管 36
3.10 泵的设计与选择 37
3.10.1 离心泵的设计与选择 37
3.10.2 真空泵的选择与设计 37
第四章 技术经济分析 39
第五章 设备安装调试与注意事项 40
参考文献 42
致谢 43
第一章 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性蒸发器，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——两端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，其原料液浓度不高，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，有可能实现过程优化的目的，达到更高产品选择性和收率。
1.2 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。
1.3 设备的工艺设计要求
1.3.1 设计程序
课题研究的内容：节能型中药厂浸出液蒸发系统设计3750kg/h。
课题研究拟采用的方法：一般程序为。
根据溶液的性质及工艺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数等；
（1）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；
（2）求出各效传热量和传热有效温度差，确定传热系数，从而计算各效的传热面积；
（3）根据传热面积和选定的加热管直径和长度，计算加热管数；确定管心和排列方式，计算加热室的外壳直径；
（4）确定蒸发器的工艺尺寸，包括接管、连接方式、法兰、人孔和视镜的标注；
（5）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；
（6）真空系统计算及真空泵的选型；
第五章 设备安装调试与注意事项
（1）放置定位
机组到位后，去掉滑动垫木，用气泡水平仪校准水平，并用地脚螺栓将机组底脚固定在基础上。建议在基础与机组底脚之间放置20mm厚防震软垫。机组一般安装在地下室或底层或专用机房。如果必须安装在较高的楼面时，首先应确准该楼面结构是否能承受机组的运行重量，必要时可以加固地板.此外，还须确准该层楼面是否水平；建议根据机组运行重量分布放置弹簧减震器。
（2）管道连接
机组安装就位后进行水系统管道安装施工，或将已布置好的水系统管道与机组蒸发器和冷凝器的水管口连接。空调系统水管路的安装、保温，应由专业设计人员设计指导，并执行暖通空调安装规范的相应规定。进出水管路应按机组上标识要求连接。一般规定为：冷凝器水管下进上出；蒸发器冷媒接管侧为冷冻水进水口侧。水系统必须选配流量和扬程合适的水泵，以确保机组正常供水。水泵与机组和水系统管路之间除采用防震软接头连接外，还应自设支架以免机组受力。安装时的焊接工作应避免对机组造成损坏。在蒸发器和冷凝器的出水管上安装流量开关。将流量开关与控制柜内的输入接点连锁。机组的进水管路前必须安装水过滤器，并选择16目以上的过滤网。系统水管路冲洗和保温要在与机组连接前进行，避免脏物损坏机组。水室设计承受水压1.0Mpa。为防止损坏蒸发器和冷凝器，不可超压使用。
（3）冷凝器管路连接
冷却水管路系统必须先安装防震软接头、温度计、压力表、排水阀、截止阀、水过滤器、止逆阀、靶式流量控制器等，再与冷却塔进出水管路相连。供水管路要尽可能短，管路的规格要根据水泵的有效扬程、管路流量和流速而定，而不依照接头规格。在冷凝器封头上装配有排水、排气接头。以螺塞封口。应将螺塞替换为（1/4NPT放气和1/2NPT排水）球阀。冷凝器的水口方向可以根据用户的要求更改。
（4）蒸发器的管道连接
冷冻水管路系统必须要安装防震软接头、水过滤器、电子除垢仪、止逆阀、靶式流量控制器、温度计、压力表、排气阀、排水阀、截止阀、膨胀水箱等。安装膨胀水箱在应高于系统最高处1～1.5米处，水箱容量约为整个系统水量的1/10。在蒸发器筒体上装配有排水、排气接头。排水口上已装配1/2”排水铜球阀，排气口以螺塞封口。应将螺塞替换为1/4NPT放气球阀。水管应尽量避免垂直方向的变化，在管路的高处与膨胀水箱之间安装手动或自动排气阀。进水和出水管路的直管段上安装温度计和压力表，避免将其安装在太接近弯管的地方。各低点应配有放水接头，以便放清系统中的余水。在操作机组之前，把截止阀接到放水管路上，装在进水和出水接头附近。蒸发器进出水管之间应有旁通管道，便于管道清洗和检修。使用柔性接头可以减少震动的传递。冷冻水管路和膨胀水箱应作保温处理，阀件接头处应留出维护操作部位。再包保温层之前，要对管道做过气密性试验，以避免发汗和热传递，保温层上应该罩有防潮密封。
（5）调试
安装完毕进行设备的试运转，并按说明书的相关技术要求、参数进行调试，已达到各项指标。
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致谢
至此毕业设计就要完满结束，在这十多周的时间里感谢王昭春老师对我的帮助，在设计过程中我遇到了很多困难 ，是王老师在百忙之中耐心的为我解答，使我学到了很多知识，使我认识到做学问就应该脚踏实地，认认真真，并使我的大学所学知识得到了充分的应用。虽然王老师工作繁忙，但总是能从百忙之中抽出时间为我们召开讨论会，与我们一起讨论设计中的难点，并引导我们想出创新的思路，耐心的帮助我们解决设计中的困难，在此对王老师表示衷心的感谢，同时也要感谢与我一起做设计的同学们，有什么问题同学们就会一起讨论，同学们有些创新的想法就会说出来大家一起分享，有什么问题就会帮我解答，有什么困难就会热心的帮助我解决。
同时感谢培养了我四年的母校沈阳化工大学科亚学院，是母校给了我一片沃土，使我不断地成长，不断地学习，让我一步步的走向成熟，走向成功。
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。同时感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 最后，我要向百忙之中抽出时间对本文进行审阅，评议和参与本文论文答辩的各位老师表示感谢。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
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