蒸发水量4000kgh中药厂水提液浓缩系统节能改造设计
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一效分离器装配图.dwg
三效蒸发罐装配图.dwg
热压泵装配图.dwg
蒸发水量4000kgh中药厂水提液浓缩系统节能改造设计论文.doc
蒸发水量4000kgh中药厂水提液浓缩系统装配图.dwg
摘要
随着人们生活水平的提高，越来越重视药物的使用，中药因其毒副作用小、适合养生而备受关注，中药的的品质也越来越受到大家的关注。采用升膜蒸发器来获取所需的中药成品，已成为当今中药成品的首选。本文是对采用升膜蒸发器系统的研究，主要是研究升膜蒸发器的设计。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。
本系统为四效升膜蒸发器，拥有四个蒸发器和分离器，药剂原液经过四个不同的蒸发器，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，升膜式蒸发，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1﹕5。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。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。在不同的蒸发器中达到相应的浓度，经过分离式分离，然后进入下一效升膜蒸发器，最后获得所需要的药剂浓度。升膜蒸发器的构成是液体根据虹吸泵的原理进入加热管加热，流入到分离器后液体与蒸汽分离开来，通过循环管流回到蒸发器，形成闭路循环，这种蒸发器又称外循环蒸发器。与升膜蒸发器结构基本相同，主要区别在于原料液是从加热室的底部进入，料液进入加热管后，受热沸腾迅速汽化；蒸汽在管内迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的带动，沿管壁形成膜状上升，并继续蒸发。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，低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热，液相则由分离室排出[1]。
本系统达到了预定药剂的浓度要求，生产效率较之前的降膜蒸发器有所提高，蒸发量也有所提高，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，采用升膜蒸发器，蒸发效率更高，加上PLC控制系统，浓度精度控制更加精确，有很大的使用价值，市场前景广阔，实现了自动化的生产[2]。
关键词： 四效升膜蒸发器； 中药； 蒸发效率； 浓度
Abstract
With the improvement of people's living standards, more and more emphasis on the use of drugs, traditional Chinese medicine because of its toxic side effects, and concern for the health and quality of Chinese medicine are increasingly being everyone's attention. Use rising film evaporator to obtain the desired end product of traditional Chinese medicine, Chinese medicine has become the first choice for the finished product. This article is the use of climbing film evaporator system research is to study the climbing film evaporator design. 5,000 years of Chinese medicine is a treasure of traditional culture, thousands of years of medical practice is the crystallization of the world's best is the essence of culture. Traditional Chinese medicine industry after decades of development, already has a certain scale and research and development capabilities, has made certain achievements in Chinese herbal medicine, Chinese medicine Pieces, and other aspects of the dosage form. However, with the continuous improvement of people's living standards, and the new concept of health production, the rapid growth of the domestic market demand for traditional Chinese medicine, strengthening the competitiveness of Chinese development is facing enormous challenges and opportunities.
The four effect rising film evaporator, with four evaporation and separators, pharmaceutical dope through four different evaporator, the temperature is low, the second part of the steam jet by pressing the suction pump to a heater efficiency, heat is fully utilized, the relatively low evaporation temperature. Concentration ratio, rising film evaporation, the viscosity of the liquid material flow easily evaporate, not easy to scale, concentration time is short, concentration ratio up to 1: 5. This equipment can be fully automated production, intelligent management system, in line with GMP standards. Rising film evaporator suitable for processing a large amount of evaporation, heat-sensitive, small and easy to frothing viscosity of the solution, but not suitable for high viscosity, there are crystal precipitation fouling and easy solution. To achieve the appropriate concentration in different evaporator after separation separation, then go to the next effect rising film evaporator, and finally obtain the desired concentration of the agent. Climbing film evaporator constituting the liquid into the heating tube pump according to the principles of the siphon, the liquid flows into the separator after the separated vapor, flows back through the circulation tube evaporator, to form a closed loop, which is also called outer evaporator circulation evaporator. And rising film evaporator structure is basically the same, the main difference is that the raw material liquid entering from the bottom of the heating chamber, feed liquid into the heating pipe, the heat boiling the rapid vaporization; steam rose rapidly in the tube, the material was being driven by high-speed ascending vapor along rising wall formed into a film, and evaporation was continued. Steam generated by the liquid phase separation of the common into the evaporator chamber sufficiently vapor-liquid separation, cryogenic bit vapor compressed by the compressor, temperature, pressure increased enthalpy increases and then condensed into the heat exchanger, to take advantage of steam latent heat, the liquid is discharged by the separation chamber.
The system has reached a predetermined concentration of the agent requirements, production efficiency falling film evaporator improved than before, evaporation also increased, rising film evaporator suitable for processing large amount of evaporation, not heat-sensitive, viscosity and easy to frothing solution, but not suitable for high viscosity, there are crystal precipitation fouling and easy solution, using the rising film evaporator, higher evaporation efficiency, coupled with PLC control system, the concentration of precision control more precise, there is great value, market prospects broad, automated production.
Key words： apo Four-effect rising film evaporator; traditional Chinese
medicine; Ev ration efficiency; Concentration
目 录
第一章绪论 1
1.1 中药产业的发展现状 1
1.2 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 4
2.1 蒸发技术 4
2.2 降膜蒸发器结构 5
2.3 降膜蒸发器的特点 5
第三章设计计算 7
3.1 物料衡算 7
3.1.1 热压泵的喷射系数 7
3.1.2 蒸发水量 7
3.2 热量衡算 8
3.2.1 一效蒸发罐的热量衡算 8
3.2.2 二效蒸发罐的热量衡算 10
3.2.3 三效蒸发罐的热量衡算 11
3.2.4 四效蒸发罐的热量衡算 12
3.2.4 总热量衡算 13
3.3 蒸发罐设计计算 14
3.3.1 各效蒸发罐设计 14
3.3.2 周边流量校核 16
3.3.3.蒸发罐筒体内径 18
3.3.4 蒸发罐壁厚校核 19
3.4 各效预热盘管的设计计算 24
3.4.1 一效预热盘管 24
3.4.2 二效预热盘管 26
3.4.3 三效预热盘管 27
3.4.4 四效预热盘管 28
3.4.4 筒体封头的设计 29
3.5 分离器直径和高度的设计 31
3.5.1 分离器直径 31
3.5.2 分离室高度 31
3.5.3 分离器壁厚设计 31
3.5.4 分离器封头的设计 32
3.6 热能压缩泵的设计 34
3.6.1 拉伐尔喷嘴的计算 34
3.6.2 泵体的基本尺寸 35
3.6.3 扩压室的设计计算 36
3.7 预热器的设计 38
3.8 冷凝器的设计 39
3.8.1 热量 39
3.8.2 冷凝器所需冷却的热量 39
3.8.3 冷凝器的结构设计 40
3.8.4 冷凝器封头 40
3.8.5 冷凝器壁厚校核 40
3.9 管路设计计算 41
3.9.1 蒸汽矩形管道设计 41
3.9.2 物料管设计 42
3.9.3 上、下不凝气管 43
3.9.4 冷凝水出口管 43
3.10 泵的设计与选择 43
3.10.1 离心泵的设计与选择 43
3.10.2 真空泵的选择与设计 44
3.11 CIP局部清洗系统 44
3.11.1 CIP系统的简介与应用 44
第四章安装前的准备要求与安装注意事项 46
参考文献 47
致 谢 48
第一章 绪论
1.1 中药产业的发展现状[1]
中药是中华民族传统文化中的瑰宝，在我国各族人民长期的生产生活实践和与疾病作斗争中逐步形成并不断丰富发展，为中华民族的繁衍生息做出了重要贡献。中医药和民族医药所承载的民族传统和文化价值，所蕴含的人类对生命和健康的认识理念，所体现的预防、治疗、保健、养生、康复等维护健康的综合性疗效，以及所采用的药物、非药物等多种诊疗方法，在提高防治疾病的效果、避免和减少化学药物的毒副作用、降低医疗成本和费用、丰富卫生保健内涵等方面显示出其特色与优势，深刻体现了以人为本、维护健康的卫生工作宗旨，是国特色医药卫生体系的重要组成部分，至今仍在维护人民健康中发挥着独特作用。
近二十年来，我国中药生产企业提取液的浓缩采用双效、三效、四效蒸发器的居多，这两种蒸发器为我国中药产业改革原始的提取液蒸发浓缩方式，步入现代化工业生产的轨道，做出了很大贡献，确实功不可没。然而，这二种蒸发器应用到中药生产，普遍存在二个先天性问题需要解决。(1)一效加热温度在110～120℃，沸点80～90℃左右，正处中药温度敏感区，造成提取液中热敏性有效成分的破坏。(2)收膏方式是四效分别收膏后再混合，不仅操作困难，且浸膏比重不均匀。耗能大更是这一设备的不足。(1T水/1.2T蒸汽，1T水蒸汽/3～4T冷却水。)如果提取液杂质多，易产生结垢，传热效果急剧下降，耗能就更大。
当前中药提取液的浓缩方式存在着诸多不合理之处，主要有几点：（1）长时间的常压浓缩，如敞口浓缩、常压薄膜浓缩等，蒸发时间长、加热温度高、消耗能量大，药物中的有效成分易被破坏、碳化而影响药品质量，且设备易结垢，管道易堵塞；（2）水提取液直接用减压设备浓缩时，由于提取液温度高于减压浓缩设备中药液的沸腾温度，药液在设备中易引起瀑沸而跑料，影响产品质量和收得率。如果采用增多储罐、自然或强制其降温后再进行减压浓缩，则不仅会增加储罐的设备投资，增加能耗，而且药液在贮存等待浓缩的过程中容易被污染、变质发酵、夏季尤甚；（3）中药乙醇提3.11 CIP局部清洗系统
3.11.1 CIP系统的简介与应用
CIP ，是英文Clean-In-Place的缩写，即就地清洗或称为原位清洗,其定义为不拆卸设备或元件,在密闭的条件下,用一定温度和浓度的清洗液对清洗装置加以强力作用,使与食品或药品接触的表面洗净和杀菌的方法。
CIP的优点：传统的手工拆卸机器零件的清洗方式相比，CIP的优点主要有：
（1）能维持一定的清洗效果，保证产品的安全性。
（2）节约操作时间、提高效率，以实现商业的最大利润。
（3）节省劳动力， 保证操作的安全性。
（4）节省清洗用水和蒸汽。
根据清洗液的使用方CIP装置式可以分为以下三种类型：
（1）清洗剂单次使用的CIP系统（single-use CIP systems ）
（2）清洗剂重复使用的CIP系统（reuse CIP systems ）
（3）清洗剂多次使用的CIP系统（multi-use CIP systems ）
我在设计中采用的是清洗剂重复使用的CIP系统特点：水、碱、酸等各种清洗液分别放在各自的贮桶里，清洗完毕碱酸等洗涤液回收。当洗涤剂浓度降低时，补充酸、碱再反复使用。此系统在国内使用较为普遍，由于酸、碱清洗剂都是在贮液罐中稀释调配， 因此系统比较庞大。
CIP使用的清洗剂一般的清洗过程首先需要将污物从被清洗表面分离， 再将此污物在清洗液中分散形成一种稳定的悬浮状态，并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。在自然界，污物分离的过程是颇为复杂的，不是一种单一的化学品就能达此目的。实际，都是几种清洗剂混合使用。
CIP使用时应该控制清洗温度，提高清洗温度可以增大污物与清洗剂的化学反应速度；减少清洗液的粘度从而提高Re ，可以增加污物中可溶性物质的溶解量。但温度过高， 将造成污物中的蛋白质变性致使污物与设备间的结合力提高， 反而阻碍清洗的进行。通常洗液温度为60～80 ℃。对于热水消毒， 水温必须> 82 ℃。
第四章 安装前的准备要求与安装注意事项
（1）检查设备的零件及设计材料是否齐全完整；
（2）依据现场情况的确吊装方案，准备吊装工具；
（3）在楼板上安装设备时，应根据设备的重量校核楼板的荷重强度是否安全；
（4）按照技术要求，建造支架、支柱和多级水泵的基础；
（5）清洗部件，零部件内的杂物，避免堵塞管路，损坏零件；
（6）校对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1～10.5mm；
（8）热压泵的水平蒸汽管路应向分气缸方向有一定的坡度；
（9）各泵安装时，确保入口连接严密。保证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）仪表与设备的接管连接时，在与设备各接头端应弯至向上的一周圆盘；
（11）温度表常为尾线安装，弯曲部分的半径不小于5cm；
（12）保护管的温度表,在测温包装之前,应灌入水或传热性好的液体，然后封严，保证灵活性；
（13）保证汽、水供给稳定。
参考文献
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致 谢
非常感谢老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到图纸绘制，他给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业设计，他放弃了自己的休息时间，王老师的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！
通过这一阶段的努力，我的毕业设计终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本次设计的程中，我的指导师老师倾注了大量的心血，一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，经由您悉心的点拨，再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
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