中藥廠水提液濃縮系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)蒸發(fā)水量大學(xué)畢設(shè)論文

摘要隨著人們生活水平的提高，越來越重視藥物的使用，中藥因其毒副作用小、適合養(yǎng)生而備受關(guān)注，中藥的的品質(zhì)也越來越受到大家的關(guān)注。采用升膜蒸發(fā)器來獲取所需的中藥成品，已成為當(dāng)今中藥成品的首選。本文是對采用升膜蒸發(fā)器系統(tǒng)的研究，主要是研究升膜蒸發(fā)器的設(shè)計。中藥是中華民族五千年傳統(tǒng)文化的瑰寶，是千百年醫(yī)療實踐的結(jié)晶，也是世界優(yōu)秀文化的精華。我國中藥產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已具有一定的規(guī)模和研發(fā)能力，在中藥材、中藥飲片和劑型等方面取得了一定的成績。然而隨著人們生活水平的不斷提高，以及新的健康理念產(chǎn)生，國內(nèi)市場對中藥的需求量迅速增長，競爭力的加強(qiáng)，中藥的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。本系統(tǒng)為四效升膜蒸發(fā)器，擁有四個蒸發(fā)器和分離器，藥劑原液經(jīng)過四個不同的蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度低，部分二次蒸汽經(jīng)噴射式熱壓泵重新吸入一效加熱器，熱量得到充分利用，蒸發(fā)溫度相對較低。濃縮比大，升膜式蒸發(fā)，使粘度較大的料液容易流動蒸發(fā)，不容易結(jié)垢，濃縮時間短，濃縮比可達(dá)到1﹕5。本設(shè)備可以實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，智能化系統(tǒng)管理，符合GMP標(biāo)準(zhǔn)要求。升膜蒸發(fā)器適宜處理蒸發(fā)量較大，熱敏性，粘度不大及易起沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出和易結(jié)垢的溶液。在不同的蒸發(fā)器中達(dá)到相應(yīng)的濃度，經(jīng)過分離式分離，然后進(jìn)入下一效升膜蒸發(fā)器，最后獲得所需要的藥劑濃度。升膜蒸發(fā)器的構(gòu)成是液體根據(jù)虹吸泵的原理進(jìn)入加熱管加熱，流入到分離器后液體與蒸汽分離開來，通過循環(huán)管流回到蒸發(fā)器，形成閉路循環(huán)，這種蒸發(fā)器又稱外循環(huán)蒸發(fā)器。與\t"C:\\Users\\Administrator.USER-20151214OL\\Desktop\\_blank"升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于原料液是從加熱室的底部進(jìn)入，料液進(jìn)入加熱管后，受熱沸騰迅速\t"C:\\Users\\Administrator.USER-20151214OL\\Desktop\\_blank"汽化；蒸汽在管內(nèi)迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的帶動，沿管壁形成膜狀上升，并繼續(xù)蒸發(fā)。產(chǎn)生的蒸汽與液相共同進(jìn)入蒸發(fā)器的分離室，汽液經(jīng)充分分離，低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，溫度、壓力提高，\t"C:\\Users\\Administrator.USER-20151214OL\\Desktop\\_blank"熱焓增加，然后進(jìn)入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的\t"C:\\Users\\Administrator.USER-20151214OL\\Desktop\\_blank"潛熱，液相則由分離室排出[1]。本系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)定藥劑的濃度要求，生產(chǎn)效率較之前的降膜蒸發(fā)器有所提高，蒸發(fā)量也有所提高，升膜蒸發(fā)器適宜處理蒸發(fā)量較大，熱敏性，粘度不大及易起沫的溶液，但不適于高粘度、有晶體析出和易結(jié)垢的溶液，采用升膜蒸發(fā)器，蒸發(fā)效率更高，加上PLC控制系統(tǒng)，濃度精度控制更加精確，有很大的使用價值，市場前景廣闊，實現(xiàn)了自動化的生產(chǎn)[2]。關(guān)鍵詞：四效升膜蒸發(fā)器；中藥；蒸發(fā)效率；濃度AbstractWiththeimprovementofpeople'slivingstandards,moreandmoreemphasisontheuseofdrugs,traditionalChinesemedicinebecauseofitstoxicsideeffects,andconcernforthehealthandqualityofChinesemedicineareincreasinglybeingeveryone'sattention.UserisingfilmevaporatortoobtainthedesiredendproductoftraditionalChinesemedicine,Chinesemedicinehasbecomethefirstchoiceforthefinishedproduct.Thisarticleistheuseofclimbingfilmevaporatorsystemresearchistostudytheclimbingfilmevaporatordesign.5,000yearsofChinesemedicineisatreasureoftraditionalculture,thousandsofyearsofmedicalpracticeisthecrystallizationoftheworld'sbestistheessenceofculture.TraditionalChinesemedicineindustryafterdecadesofdevelopment,alreadyhasacertainscaleandresearchanddevelopmentcapabilities,hasmadecertainachievementsinChineseherbalmedicine,ChinesemedicinePieces,andotheraspectsofthedosageform.However,withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandards,andthenewconceptofhealthproduction,therapidgrowthofthedomesticmarketdemandfortraditionalChinesemedicine,strengtheningthecompetitivenessofChinesedevelopmentisfacingenormouschallengesandopportunities.Thefoureffectrisingfilmevaporator,withfourevaporationandseparators,pharmaceuticaldopethroughfourdifferentevaporator,thetemperatureislow,thesecondpartofthesteamjetbypressingthesuctionpumptoaheaterefficiency,heatisfullyutilized,therelativelylowevaporationtemperature.Concentrationratio,risingfilmevaporation,theviscosityoftheliquidmaterialfloweasilyevaporate,noteasytoscale,concentrationtimeisshort,concentrationratioupto1:5.Thisequipmentcanbefullyautomatedproduction,intelligentmanagementsystem,inlinewithGMPstandards.Risingfilmevaporatorsuitableforprocessingalargeamountofevaporation,heat-sensitive,smallandeasytofrothingviscosityofthesolution,butnotsuitableforhighviscosity,therearecrystalprecipitationfoulingandeasysolution.Toachievetheappropriateconcentrationindifferentevaporatorafterseparationseparation,thengotothenexteffectrisingfilmevaporator,andfinallyobtainthedesiredconcentrationoftheagent.Climbingfilmevaporatorconstitutingtheliquidintotheheatingtubepumpaccordingtotheprinciplesofthesiphon,theliquidflowsintotheseparatoraftertheseparatedvapor,flowsbackthroughthecirculationtubeevaporator,toformaclosedloop,whichisalsocalledouterevaporatorcirculationevaporator.Andrisingfilmevaporatorstructureisbasicallythesame,themaindifferenceisthattherawmaterialliquidenteringfromthebottomoftheheatingchamber,feedliquidintotheheatingpipe,theheatboilingtherapidvaporization;steamroserapidlyinthetube,thematerialwasbeingdrivenbyhigh-speedascendingvaporalongrisingwallformedintoafilm,andevaporationwascontinued.Steamgeneratedbytheliquidphaseseparationofthecommonintotheevaporatorchambersufficientlyvapor-liquidseparation,cryogenicbitvaporcompressedbythecompressor,temperature,pressureincreasedenthalpyincreasesandthencondensedintotheheatexchanger,totakeadvantageofsteamlatentheat,theliquidisdischargedbytheseparationchamber.Thesystemhasreachedapredeterminedconcentrationoftheagentrequirements,productionefficiencyfallingfilmevaporatorimprovedthanbefore,evaporationalsoincreased,risingfilmevaporatorsuitableforprocessinglargeamountofevaporation,notheat-sensitive,viscosityandeasytofrothingsolution,butnotsuitableforhighviscosity,therearecrystalprecipitationfoulingandeasysolution,usingtherisingfilmevaporator,higherevaporationefficiency,coupledwithPLCcontrolsystem,theconcentrationofprecisioncontrolmoreprecise,thereisgreatvalue,marketprospectsbroad,automatedproduction.Keywords：apoFour-effectrisingfilmevaporator;traditionalChinesemedicine;Evrationefficiency;Concentration目錄TOC\o"1-4"\u第一章緒論 11.1中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 11.2設(shè)計內(nèi)容及采取方法 21.2.1設(shè)計內(nèi)容 21.2.2采取方法 2第二章蒸發(fā)技術(shù) 42.1蒸發(fā)技術(shù) 42.2降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu) 52.3降膜蒸發(fā)器的特點(diǎn) 5第三章設(shè)計計算 73.1物料衡算 73.1.1熱壓泵的噴射系數(shù) 73.1.2蒸發(fā)水量 73.2熱量衡算 83.2.1一效蒸發(fā)罐的熱量衡算 83.2.2二效蒸發(fā)罐的熱量衡算 103.2.3三效蒸發(fā)罐的熱量衡算 113.2.4四效蒸發(fā)罐的熱量衡算 123.2.4總熱量衡算 133.3蒸發(fā)罐設(shè)計計算 143.3.1各效蒸發(fā)罐設(shè)計 143.3.2周邊流量校核 163.3.3.蒸發(fā)罐筒體內(nèi)徑 183.3.4蒸發(fā)罐壁厚校核 193.4各效預(yù)熱盤管的設(shè)計計算 243.4.1一效預(yù)熱盤管 243.4.2二效預(yù)熱盤管 263.4.3三效預(yù)熱盤管 273.4.4四效預(yù)熱盤管 273.4.4筒體封頭的設(shè)計 273.5分離器直徑和高度的設(shè)計 273.5.1分離器直徑 273.5.2分離室高度 273.5.3分離器壁厚設(shè)計 273.5.4分離器封頭的設(shè)計 273.6熱能壓縮泵的設(shè)計 273.6.1拉伐爾噴嘴的計算 273.6.2泵體的基本尺寸 273.6.3擴(kuò)壓室的設(shè)計計算 273.7預(yù)熱器的設(shè)計 273.8冷凝器的設(shè)計 273.8.1熱量 273.8.2冷凝器所需冷卻的熱量 273.8.3冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 273.8.4冷凝器封頭 273.8.5冷凝器壁厚校核 273.9管路設(shè)計計算 273.9.1蒸汽矩形管道設(shè)計 273.9.2物料管設(shè)計 273.9.3上、下不凝氣管 273.9.4冷凝水出口管 273.10泵的設(shè)計與選擇 273.10.1離心泵的設(shè)計與選擇 273.10.2真空泵的選擇與設(shè)計 273.11CIP局部清洗系統(tǒng) 273.11.1CIP系統(tǒng)的簡介與應(yīng)用 27第四章安裝前的準(zhǔn)備要求與安裝注意事項 27參考文獻(xiàn) 27致謝 27沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第一章緒論P(yáng)AGEPAGE48第一章緒論1.1中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀[1]中藥是中華民族傳統(tǒng)文化中的瑰寶，在我國各族人民長期的生產(chǎn)生活實踐和與疾病作斗爭中逐步形成并不斷豐富發(fā)展，為中華民族的繁衍生息做出了重要貢獻(xiàn)。中醫(yī)藥和民族醫(yī)藥所承載的民族傳統(tǒng)和文化價值，所蘊(yùn)含的人類對生命和健康的認(rèn)識理念，所體現(xiàn)的預(yù)防、治療、保健、養(yǎng)生、康復(fù)等維護(hù)健康的綜合性療效，以及所采用的藥物、非藥物等多種診療方法，在提高防治疾病的效果、避免和減少化學(xué)藥物的毒副作用、降低醫(yī)療成本和費(fèi)用、豐富衛(wèi)生保健內(nèi)涵等方面顯示出其特色與優(yōu)勢，深刻體現(xiàn)了以人為本、維護(hù)健康的衛(wèi)生工作宗旨，是國特色醫(yī)藥衛(wèi)生體系的重要組成部分，至今仍在維護(hù)人民健康中發(fā)揮著獨(dú)特作用。近二十年來，我國中藥生產(chǎn)企業(yè)提取液的濃縮采用雙效、三效、四效蒸發(fā)器的居多，這兩種蒸發(fā)器為我國中藥產(chǎn)業(yè)改革原始的提取液蒸發(fā)濃縮方式，步入現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的軌道，做出了很大貢獻(xiàn)，確實功不可沒。然而，這二種蒸發(fā)器應(yīng)用到中藥生產(chǎn)，普遍存在二個先天性問題需要解決。(1)一效加熱溫度在110～120℃，沸點(diǎn)80～90℃左右，正處中藥溫度敏感區(qū)，造成提取液中熱敏性有效成分的破壞。(2)收膏方式是四效分別收膏后再混合，不僅操作困難，且浸膏比重不均勻。耗能大更是這一設(shè)備的不足。(1T水/1.2T蒸汽，1T水蒸汽/3～4T冷卻水。)如果提取液雜質(zhì)多，易產(chǎn)生結(jié)垢，傳熱效果急劇下降，耗能就更大。當(dāng)前中藥提取液的濃縮方式存在著諸多不合理之處，主要有幾點(diǎn)：（1）長時間的常壓濃縮，如敞口濃縮、常壓薄膜濃縮等，蒸發(fā)時間長、加熱溫度高、消耗能量大，藥物中的有效成分易被破壞、碳化而影響藥品質(zhì)量，且設(shè)備易結(jié)垢，管道易堵塞；（2）水提取液直接用減壓設(shè)備濃縮時，由于提取液溫度高于減壓濃縮設(shè)備中藥液的沸騰溫度，藥液在設(shè)備中易引起瀑沸而跑料，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收得率。如果采用增多儲罐、自然或強(qiáng)制其降溫后再進(jìn)行減壓濃縮，則不僅會增加儲罐的設(shè)備投資，增加能耗，而且藥液在貯存等待濃縮的過程中容易被污染、變質(zhì)發(fā)酵、夏季尤甚；（3）中藥乙醇提取液采用真空蒸發(fā)器回收溶劑，損失率較大，回收乙醇濃度較低，需要進(jìn)一步濃縮才能再次利用。隨著多學(xué)科技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的綜合應(yīng)用及分析技術(shù)的進(jìn)步，中藥提取、純化、精制、干燥工藝有較大提高，尤其是單品種單一組分的提取、純化尤為突出。相比之下，裝備的開發(fā)有些滯后，這一點(diǎn)必須引起制藥裝備行業(yè)的高度重視，加強(qiáng)裝備與工藝的緊密配合，重視工程技術(shù)的研究與開發(fā)，盡快使科研成果轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力。中藥現(xiàn)代化首先應(yīng)是工藝技術(shù)的現(xiàn)代化，工藝技術(shù)的現(xiàn)代化離不開裝備的現(xiàn)代化，只有工藝與裝備緊密配合，才能真正實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化。相信，伴隨著中藥現(xiàn)代化前進(jìn)的步伐，中藥企業(yè)的制藥裝備一定會逐漸全面實現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、高效、節(jié)能、高收率、生產(chǎn)自動化、控制智能化，充分體現(xiàn)“GMP”內(nèi)涵的新局面1.2設(shè)計內(nèi)容及采取方法1.2.1設(shè)計內(nèi)容節(jié)能型中藥廠中藥水提取液蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計，蒸發(fā)水量4000kg/h。技術(shù)參數(shù)；為中藥浸出液初始溫度為15℃，初始固形物含量為0.05％，濃縮終了固形物含量為35％。本設(shè)計采用的是多效蒸發(fā)，設(shè)計效數(shù)為四效，料液經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后，再通過各效盤管預(yù)熱，最終達(dá)到超沸點(diǎn)進(jìn)料。蒸發(fā)所需要的熱量是通過熱壓泵將一效產(chǎn)生的二次蒸汽和鍋爐的生蒸汽混合后得到。1.2.2采取方法多效蒸發(fā)裝置的設(shè)計程序一般為：（1）根據(jù)溶液的性質(zhì)及工業(yè)要求確定蒸發(fā)的操作條件、蒸發(fā)器形式和蒸發(fā)操作的流程及最佳效數(shù)等；（2）根據(jù)物料衡算及熱量衡算計算加熱蒸汽消耗及各效蒸發(fā)量；（3）求出各效傳熱量和傳熱有效溫度差，確定傳熱系數(shù)，從而計算各效的熱傳面積；（4）根據(jù)傳熱面積和選定的加熱管直徑和長度，計算加熱管數(shù)；確定管新和排列方式，計算加熱室的外殼直徑；（5）確定蒸發(fā)器的工藝尺寸，包括接管、連接方式、法蘭、人孔和視鏡的標(biāo)準(zhǔn)；（6）確定二次蒸汽冷凝器結(jié)構(gòu)并計算冷凝器的工藝尺寸及其他附屬設(shè)備的計算或選型；（7）真空系統(tǒng)計算及真空泵的選型；（8）繪制工藝流程圖及蒸發(fā)器裝備圖和編寫設(shè)計說明書。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章蒸發(fā)技術(shù)第二章蒸發(fā)技術(shù)2.1蒸發(fā)技術(shù)使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)組成提高的單元操作稱為蒸發(fā)，所采用的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。蒸發(fā)操作廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、制藥、制糖、造紙、深冷、海水及原子能等工業(yè)中。工業(yè)上采用蒸發(fā)操作主要達(dá)到以下目的：（1）直接得到經(jīng)濃縮后的液體產(chǎn)品，例如稀燒堿溶液、各種果汁、牛奶的濃縮等。（2）制取純凈溶劑，例如海水蒸發(fā)脫鹽制取淡水。（3）同時制備濃溶液和回收溶劑，例如中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)。被蒸發(fā)的溶液可以是水溶液，也可以是其他溶劑的溶液，而化學(xué)工業(yè)中主要以蒸發(fā)水溶液為主。蒸發(fā)中的熱源常采用新鮮的飽和的水蒸汽，又稱生蒸汽。從溶液中蒸發(fā)出去的蒸汽稱為二次蒸汽。根據(jù)分類角度的不同，可以將蒸發(fā)操作分類如下：（1）單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)。（2）加壓蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)、和減壓蒸發(fā)。（3）間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)。蒸發(fā)過程的實質(zhì)是傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過程，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程，但又有別于一般傳熱過程，因為蒸發(fā)過程具有下述特點(diǎn)：（1）傳熱性質(zhì)傳熱壁面一側(cè)的加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)為溶液進(jìn)行沸騰，故蒸發(fā)過程屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫傳熱過程。（2）溶液沸點(diǎn)的改變含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下溶劑（即純水）的低，換言之，在相容壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，故當(dāng)加熱蒸汽一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差。溶液組成越高這種現(xiàn)象越顯著。（3）溶液性質(zhì)有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結(jié)垢和生泡沫，高溫下易分解或聚合；溶液的粘度在蒸發(fā)過程中逐漸增大，腐蝕性逐漸加強(qiáng)。（4）泡沫夾帶二次蒸汽中常夾帶大量液沫，冷凝前必須設(shè)法除去，否則不但損失物料，而且會污染冷凝設(shè)備。（5）能源利用蒸發(fā)時產(chǎn)生大量二次蒸汽，如何利用他的潛熱，是蒸發(fā)操作重要考慮的關(guān)鍵之一。[2][3]2.2降膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)降膜蒸發(fā)是將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管箱加入，經(jīng)液體分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內(nèi)，在重力和真空誘導(dǎo)及氣流作用下，成均勻膜狀自上而下流動。流動過程中，被殼程加熱介質(zhì)加熱汽化，產(chǎn)生的蒸汽與液相共同進(jìn)入蒸發(fā)器的分離室，汽液經(jīng)充分分離，蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝（單效操作）或進(jìn)入下一效蒸發(fā)器作為加熱介質(zhì)，從而實現(xiàn)多效操作，液相則由分離室排出。降膜蒸發(fā)器主要組成及各自的作用如下：（1）殺菌器：殺滅乳中的致病菌、酶類。（2）冷凝器：冷凝二次蒸汽，同時預(yù)熱原奶，進(jìn)行熱回收。（3）蒸發(fā)罐：利用蒸汽將乳中的水分在真空狀態(tài)下蒸發(fā)。（4）分離室：將乳中蒸發(fā)出來的二次蒸汽與濃縮乳分離。（5）熱壓泵：利用生蒸汽將二次蒸汽高效率的進(jìn)行再壓縮，供一效蒸發(fā)器使用。（6）水環(huán)真空泵：為蒸發(fā)室提供一定的真空度使蒸發(fā)操作連續(xù)進(jìn)行。（7）物料泵：采用自吸式衛(wèi)生泵，輸送物料。（8）冷凝水泵：輸送冷凝水。（9）出料泵：導(dǎo)出物料。（10）冷卻水泵：輸送冷卻水。2.3降膜蒸發(fā)器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）物料一次通過受熱時間短，可防止熱分解，提高奶粉復(fù)原性，易于熱敏性物料；（2）連續(xù)操作，設(shè)備有效時間利用率高；（3）蒸發(fā)與預(yù)熱都在小溫差下進(jìn)行，因而不易結(jié)焦，易于清洗也易于二次蒸氣再壓縮和多效流程操作；（4）由于可多效操作及二次蒸發(fā)再壓縮等原因，熱能消耗少；缺點(diǎn)：（1）設(shè)備較高，要求高層廠房；（2）要求工作蒸汽壓力較高且穩(wěn)定；（3）設(shè)備投資較高。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章設(shè)計計算第三章設(shè)計計算3.1物料衡算3.1.1熱壓泵的噴射系數(shù),絕壓為0.039Mpa；【5】,絕壓為0.070Mpa；=1.0Mpa計算熱壓泵噴射系數(shù)：式中：——高壓引射蒸汽與其絕壓絕熱膨脹到吸入低壓汁汽壓力時的焓值差——低壓吸入汁汽由其絕壓絕熱濃縮到混合蒸汽的絕壓時的焓值差查焓熵圖得：＝128＝25，則＝3.1.2蒸發(fā)水量總蒸發(fā)水量：Kg/h為保證設(shè)備可靠，將總蒸發(fā)水量擴(kuò)大到10％：Kg/h總蒸發(fā)水量：Kg/hKg/h式中：——中草藥浸出液入料濃度，0.05％——中草藥浸出液出料濃度，35%——原料液流量（Kg/h）W——總蒸發(fā)量（Kg/h）總蒸發(fā)量W應(yīng)等于各效蒸發(fā)量總和：式中：——一效蒸發(fā)量（Kg/h）——二效蒸發(fā)量（Kg/h）——三效蒸發(fā)量（Kg/h）——四效蒸發(fā)量（Kg/h）3.2熱量衡算3.2.1一效蒸發(fā)罐的熱量衡算一效蒸發(fā)罐示意圖：FFF×hL(70℃)D1×hg(89℃)0.03×D1hg(89℃)F×hL(65℃)0.02×D1hg(89℃)(F﹣W1)×hL(68℃)D1×hL(89℃)W1×hg(68℃)圖3—1效蒸發(fā)罐示意圖式中：65時汽體的焓值，272.59Kj/Kg68時液體的焓值，285.15Kj/Kg68時液體的焓值，2624.56Kj/Kg70時汽體的焓值，292.97Kj/Kg89時液體的焓值，2658.48Kj/Kg89時液體的焓值，372.736Kj/Kg代入數(shù)值得：整理得：（1）3.2.2二效蒸發(fā)罐的熱量衡算D2×D2×hg(68℃)(F－W1)F×hL(65℃)D1×hL(89℃)0.03×D2hg(68℃)F×hL(55℃)0.02×D2hg(68℃)(F－W1＋W2)×hL(60℃)(D1＋D2)×hL(68℃)W2×hg(60℃)WWW圖3—2二效蒸發(fā)罐示意圖式中：55時液體的焓值，230.75Kj/Kg60時汽體的焓值，2608.9Kj/Kg60時液體的焓值，251.65Kj/Kg65時液體的焓值，272.59Kj/Kg68時液體的焓值，2624.56Kj/Kg68時汽體的焓值，285.15Kj/Kg89時液體的焓值，372.736Kj/Kg代入數(shù)值得：整理得：（2）3.2.3三效蒸發(fā)罐的熱量衡算三效蒸發(fā)罐示意圖：DD3×hg(60℃)(F－W1－W2)×hL(60℃)F×hL(55℃)(D1＋D2)×hL(68℃)0.03×D3hg(60℃)F×hL(45℃)0.02×D3hg(60℃)(F－∑Wi)×hL(52℃)∑Di×hL(60℃)W3×hg(52℃)圖3—3三效蒸發(fā)罐示意圖式中：45時液體的焓值，188.95Kj/Kg52時汽體的焓值，2598.21Kj/Kg52時浸出液的焓值，218.12Kj/Kg55時浸出液的焓值，230.75Kj/Kg60時蒸汽的焓值，2608.9Kj/Kg60時浸出液的焓值，251.65Kj/Kg68時浸出液的焓值，285.15Kj/Kg代入數(shù)值得：整理得（3）3.2.4四效蒸發(fā)罐的熱量衡算四效蒸發(fā)罐示意圖：DD4×hg(45℃)(F－∑Wi)F×hL(45℃)∑Di×hL(60℃)0.03×D4hg(52℃)F×hL(35℃)0.02×D4hg(52℃)(F－∑Wi)×hL(44℃)∑Di×hL(52℃)W4×hg(44℃)圖3—4四效蒸發(fā)罐示意圖式中：35時液體的焓值，151.47Kj/Kg442時汽體的焓值，2580.43Kj/Kg44時浸出液的焓值，184.77Kj/Kg45時浸出液的焓值，188.95Kj/Kg52時蒸汽的焓值，2598.21Kj/Kg52時浸出液的焓值，218.12Kj/Kg60時浸出液的焓值，251.65Kj/Kg代入數(shù)值得：整理得（4）3.2.4總熱量衡算（5）因為：；；由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）四個方程聯(lián)立得=1840.12Kg/h=2103.03Kg/h=897.62Kg/h=996.09Kg/h=831.13Kg/h=849.66Kg/h=831.13Kg/h=845.57Kg/h比例符合要求。3.3蒸發(fā)罐設(shè)計計算3.3.1各效蒸發(fā)罐設(shè)計一效蒸發(fā)罐傳熱量KJ/h傳熱系數(shù)w/m2oc=5400KJ/hm2oc各效溫差均為：℃?zhèn)鳠崦娣em2傳熱面積m2，降膜蒸發(fā)器加熱管長徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長8m。則管數(shù)：根二效蒸發(fā)罐傳熱量KJ/h各效傳熱系數(shù)：w/m2oc=5040KJ/hm2oc各效溫差均為：℃換熱面積為：m2傳熱面積m2，降膜蒸發(fā)器加熱管長徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長8m。則管數(shù)：根三效蒸發(fā)罐傳熱量KJ/h傳熱系數(shù)：w/m2oc=4680KJ/hm2oc各效溫差均為：℃換熱面積為：m2傳熱面積m2，降膜蒸發(fā)器加熱管長徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長8m。則管數(shù)：根四效蒸發(fā)罐傳熱量KJ/h傳熱系數(shù)：w/m2oc=4320KJ/hm2oc各效溫差均為：℃換熱面積為：m2傳熱面積m2，降膜蒸發(fā)器加熱管長徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長8m。則管數(shù)：根3.3.2周邊流量校核一效：Kg/hm，不需要分程一效管子排列如圖所示：[7]圖3—5一效排管示意圖二效：Kg/hm，不需要分程二效管子排列如圖所示：【8】圖3—6二效排管示意圖三效：Kg/hm，需要分程。分為兩程：第一程30根，第二程31根第一程：Kg/hm，分層后符合要求。三效管子排列如圖所示：圖3—7三效排管示意圖四效：Kg/hm，需要分程。分為三程：第一程23根，第二程22根，第二程21根第一程：Kg/hm分層后符合要求。四效管子排列如圖所示：圖3—8三效排管示意圖3.3.3.蒸發(fā)罐筒體內(nèi)徑（1）一效殼體內(nèi)徑的計算：根據(jù)計算得知一效的換熱管數(shù)為113根。因此筒體的內(nèi)徑有以下公式計算得出：筒體的內(nèi)徑：——管心距，脹接法（換熱管的外徑）——橫過管束中心線的管數(shù)，按照正三角形布管其中表示管數(shù)——管束中心線上最外層管中心線到殼體內(nèi)壁的距離mm根據(jù)計算得到筒體小端和大端的直徑：小端內(nèi)徑：620+70=690；圓整到700㎜大端內(nèi)徑：700+64+64=828；圓整到900㎜（2）二效殼體內(nèi)徑的計算（同上）：小端內(nèi)徑：463+70=533；圓整到600㎜大端內(nèi)徑：600+64+64=728；圓整到800㎜（3）三效殼體內(nèi)徑的計算（同上）：小端內(nèi)徑：466+70=536；圓整到600㎜大端內(nèi)徑：600+64+64=728；圓整到800㎜（4）四效殼體內(nèi)徑的計算（同上）：小端內(nèi)徑：483+70=553；圓整到600㎜大端內(nèi)徑：600+64+64=728；圓整到800㎜3.3.4蒸發(fā)罐壁厚校核一效蒸發(fā)罐（1）大端：①假設(shè)厚度取mm。大端外徑mm臨界長度：mm>3056mm大圓筒的長度按黃金分割得到：m由于>故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得彈性模量則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。（2）小端：mmmm臨界長度：mm>4944mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：mm筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。二效蒸發(fā)罐（1）大端：①假設(shè)厚度取mm。大端外徑m臨界長度：mm>3056mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。（2）小端：mmm臨界長度：mm>4944mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：mm筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。三效蒸發(fā)罐（1）大端：①假設(shè)厚度取mm。大端外徑m臨界長度：mm>3056mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。（2）小端：mmm臨界長度：mm>4944mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。四效蒸發(fā)罐（1）大端：①假設(shè)厚度取mm。大端外徑m臨界長度：mm>3056mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。（2）小端：mmm臨界長度：mm>4944mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：mm根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。3.4各效預(yù)熱盤管的設(shè)計計算已知各效預(yù)熱器傳熱系數(shù)：w/m2oc=5400KJ/hocm23.4.1一效預(yù)熱盤管熱流體進(jìn)出溫度：℃；℃。冷流體進(jìn)出溫度：℃；℃。物料流量：Kg/h。傳熱量：對數(shù)平均溫差：℃℃℃?zhèn)鳠崦娣e：m2選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤管長為：m單圈預(yù)熱盤管的面積：mmm2一效預(yù)熱盤管的圈數(shù)：圈取整：圈盤管高度：取節(jié)距：mm盤管高度：mm3.4.2二效預(yù)熱盤管熱流體進(jìn)出溫度：℃；℃。冷流體進(jìn)出溫度：℃；℃。物料流量：。傳熱量：KJ/h對數(shù)平均溫差：℃℃℃?zhèn)鳠崦娣e：m2選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤管長為：m單圈預(yù)熱盤管的面積：m2一效預(yù)熱盤管的圈數(shù)：圈取整：圈盤管高度：取節(jié)距：mm盤管高度：mm3.4.3三效預(yù)熱盤管熱流體進(jìn)出溫度：℃；℃。冷流體進(jìn)出溫度：℃；℃。物料流量：Kg/h。傳熱量：KJ/h對數(shù)平均溫差：℃℃℃?zhèn)鳠崦娣e：m2選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤管長為：m單圈預(yù)熱盤管的面積：m2一效預(yù)熱盤管的圈數(shù)：圈取整：圈盤管高度：取節(jié)距：mm盤管高度：mm3.4.4四效預(yù)熱盤管熱流體進(jìn)出溫度：℃；℃。冷流體進(jìn)出溫度：℃；℃。物料流量：Kg/h。傳熱量：KJ/h對數(shù)平均溫差：℃℃℃?zhèn)鳠崦娣e：m2選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤管長為：m單圈預(yù)熱盤管的面積：m2一效預(yù)熱盤管的圈數(shù)：圈取整：圈盤管高度：取節(jié)距：mm盤管高度：mm3.4.4筒體封頭的設(shè)計一效筒體封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工設(shè)備設(shè)計簡明設(shè)計手冊》得：K=1Di/2hi=2小端封頭：hi=Di/4=700/4=175mm大端封頭：hi=Di/4=900/4=225mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓的封頭壁厚為5mm二效筒體封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工設(shè)備設(shè)計簡明設(shè)計手冊》得：K=1Di/2hi=2小端封頭：hi=Di/4=600/4=150mm大端封頭：hi=Di/4=800/4=200mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓的封頭壁厚為4mm三效筒體封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工設(shè)備設(shè)計簡明設(shè)計手冊》得：K=1Di/2hi=2小端封頭：hi=Di/4=600/4=150mm大端封頭：hi=Di/4=800/4=200mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓的封頭壁厚為4mm四效筒體封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工設(shè)備設(shè)計簡明設(shè)計手冊》得：K=1Di/2hi=2小端封頭：hi=Di/4=600/4=150mm大端封頭：hi=Di/4=800/4=200mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓的封頭壁厚為4mm一效蒸發(fā)罐示意圖：圖3－9三效蒸發(fā)罐3.5分離器直徑和高度的設(shè)計3.5.1分離器直徑式中：=0.44一效蒸發(fā)溫度為68℃，查表得：Kg/m3Kg/m3m3/sm3/sm3.5.2分離室高度當(dāng)高徑比為1.4時，m取m3.5.3分離器壁厚設(shè)計①假設(shè)厚度取mm。mm臨界長度：mm>1700mm故該圓筒屬于短圓筒。②壁厚較核：筒體外徑：筒體計算長度：根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa>0.1Mpa所以所取壁厚滿足要求。通過對后兩效的計算得知，二效和三效的分離器按照一效地規(guī)格生產(chǎn)即可滿足生產(chǎn)要求。3.5.4分離器封頭的設(shè)計一效筒體封頭選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，查《化工設(shè)備設(shè)計簡明設(shè)計手冊》得：K=1Di/2hi=2封頭高度：hi=Di/4=1049/4=262.5mm封頭直徑：Di=1200mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓的封頭壁厚為5mm一效分離器示意圖3－10【11】圖3－10一效分離器3.6熱能壓縮泵的設(shè)計3.6.1拉伐爾噴嘴的計算喉部直徑式中：——工作蒸汽量（高壓引射蒸汽）（Kg/h）——工作蒸汽的絕壓（Kgf/cm2）——計算到小數(shù)點(diǎn)后二位Kgf/cm2mm喉部長度喉部長度一般取，本次設(shè)計為了降低磨損，取。出口直徑式中：——工作蒸汽量（高壓引射蒸汽）（Kg/h）——高壓引射蒸汽絕熱膨脹到汁汽壓力時的比容（m3/Kg）——高壓引射蒸汽絕熱膨脹到汁汽壓力時的焓差（Kcal/Kg）一效汁汽溫度為58℃mm入口直徑mm入口段長度入口角度為mm出口段長度噴嘴出口角一般取，角度過大時易產(chǎn)生渦汽，角度過小時，過長產(chǎn)生摩擦損失，故本次設(shè)計取出口角為。mm3.6.2泵體的基本尺寸混合室長度泵體混合室長度是指從噴嘴出口到泵體喉部的距離，此長度直接影響值和混合汽的背壓。當(dāng)過長時射流面積增加，混合室汽量增多，容易引起汁汽倒灌入熱壓泵中，不能正常工作，背壓不能滿足要求，當(dāng)過短時，蒸汽射流短，造成混合汽量不足，影響到蒸汽量的消耗。時mm喉部直徑：式中：——吸入低壓汁汽量——混合汽的背壓Kgf/cm2（絕壓）mm因為泵體喉部直徑，式中：——混合室錐形母線與水平線的夾角，mmmm混合室入口直徑混合室錐角為，其入口直徑按其與拉伐爾噴嘴所構(gòu)成的環(huán)形空間截面積應(yīng)等于汁汽吸入管的截面積，從而使汽速變化不大，依此確定混合室入口直徑。mm喉部直徑mm，因為喉部為圓柱形，長度為，mm3.6.3擴(kuò)壓室的設(shè)計計算擴(kuò)壓角為，出口直徑mm擴(kuò)壓室長度：mm按汽速為m/s來決定正汽管直徑：式中：——一效汁汽的比容，m3/Kg——一效汁汽的速度，℃時，m3/Kg正汽管直徑：mm熱能壓縮泵：圖3－11熱能壓縮泵3.7預(yù)熱器的設(shè)計w/m2oc擬定將℃的中草藥經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至℃。KJ/kg℃KJ/kg℃?zhèn)鳠崃浚篕J/h對數(shù)平均溫差：℃℃℃?zhèn)鳠崦娣e：m2選用不銹鋼管，則管長為：m采用單層盤管，內(nèi)徑取m。圈取整：n=9圈取預(yù)熱器直徑為600mm，壁厚取為mm。選取mm，mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為上下封頭，其曲面高度為mm，直邊高度為mm，封頭以焊接方式與預(yù)熱器的筒體連接。預(yù)熱器的高度：所以mm3.8冷凝器的設(shè)計3.8.1熱量其中：——預(yù)熱器加熱消耗的蒸汽量——45℃蒸汽量的汽化潛熱，=2391.74KJ/kg——預(yù)熱器出來的能量，=366823.67KJ/kgKg/h進(jìn)入冷凝器后的蒸汽量為831.13－153.41=677.71Kg/h3.8.2冷凝器所需冷卻的熱量KJ/h進(jìn)入冷凝器的蒸汽的溫度44℃，出去的水的溫度溫度為35℃，進(jìn)入冷凝器的冷卻水的溫度15℃，出去的水的溫度溫度為35℃?！妗妗鍷=1500W/(㎡·℃)冷凝管的傳熱面積：m2選用不銹鋼管，其管長為3m：管子根數(shù)：根，取整：n=59根3.8.3冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用隔板式列管換熱器，隔板厚度為4㎜。查的管外徑為32㎜時管間距40㎜，隔板兩側(cè)的管間距為52㎜，隔板兩側(cè)的管子數(shù)為23、23根，按正三角形排列。3.8.4冷凝器封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=0.9mm冷凝器上下封頭的壁厚為5mm。3.8.5冷凝器壁厚校核假設(shè)厚度取mm。筒體外徑：mmmm臨界長度：mm故該圓筒屬于短圓筒。根據(jù)圖算法，由《過程設(shè)備設(shè)計》頁圖4－6上查得則Mpa所以所取壁厚滿足要求。3.9管路設(shè)計計算3.9.1蒸汽矩形管道設(shè)計根據(jù)實踐經(jīng)驗此矩形通道之高徑比為2:1最高，即b=2a，取汽速為40m/s。一效矩形管道設(shè)計W1=ρ68Va1b1其中W1=1840.12kg/h；ρ=0.96kg/m3；V=40m/s；b1=2a1；解得a1=489mm；b1=978mm二效矩形管道設(shè)計W2=ρ60Va1b1其中W2=897.62kg/h；ρ=0.96kg/m3；V=40m/s；b2=2a2；解得a1=341mm；b1=682mm三效矩形管道設(shè)計W3=ρ52Va1b1其中W3=831.13kg/h；ρ=0.96kg/m3；V=40m/s；b3=2a3；解得a1=328mm；b1=656mm四效矩形管道設(shè)計W4=ρ52Va1b1其中W4=831.13kg/h；ρ=0.96kg/m3；V=40m/s；b4=2a4；解得a1=328mm；b1=656mm為了制造方便，取每一效的矩形通道的寬均為500mm，高均為900mm。3.9.2物料管設(shè)計物料流速v=1.5m/s；物料流量為F=4406.29Kg/h；蒸汽流量為W1=1918.7978Kg/h；W2=841.6035Kg/h；75℃時物料的比容為V=0.0010259m3/kg進(jìn)一效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計物料流量：kg/hmm選取mm的不銹鋼管一效至二效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計物料流量：Kg/hmm選取mm的不銹鋼管二效至三效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計物料流量：Kg/h選取mm的不銹鋼管三效至四效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計物料流量：Kg/h選取mm的不銹鋼管3.9.3上、下不凝氣管上下不凝氣管出口的位置距筒體上管板邊緣30mm處，下不凝氣管出口位置在距筒體下管板200mm處。選取的不銹鋼管3.9.4冷凝水出口管冷凝水總量汽速：m/s Kg/m3mm選取mm的不銹鋼管，位置距筒體下管板邊緣30mm處，且符合化工設(shè)備焊接設(shè)計要求。3.10泵的設(shè)計與選擇3.10.1離心泵的設(shè)計與選擇（1）選用ZW2.62—10（2）選用ZW1.69—10（3）選用ZW0.84—10（4）選用ZW0.006—103.10.2真空泵的選擇與設(shè)計冷凝器的蒸汽量沒有完全被冷卻，有一部分不凝氣量，有冷凝器設(shè)計計算中的不凝氣量計算：則：式中：——被冷凝蒸汽量（Kg/h），Kg/h——不凝氣量（Kg/h）以上所示為抽出蒸汽在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積由查表得44℃時飽和蒸汽壓為Kpa標(biāo)準(zhǔn)狀況下m3/h選用真空泵SZB—153.11CIP局部清洗系統(tǒng)3.11.1CIP系統(tǒng)的簡介與應(yīng)用CIP，是英文Clean-In-Place的縮寫，即就地清洗或稱為原位清洗,其定義為不拆卸設(shè)備或元件,在密閉的條件下,用一定溫度和濃度的清洗液對清洗裝置加以強(qiáng)力作用,使與食品或藥品接觸的表面洗凈和殺菌的方法。CIP的優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)的手工拆卸機(jī)器零件的清洗方式相比，CIP的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）能維持一定的清洗效果，保證產(chǎn)品的安全性。（2）節(jié)約操作時間、提高