毕业设计（论文）-蒸发水量3500kgh的中药厂水提液浓缩系统节能改造技术（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题 目：中药厂水提液浓缩系统节能改 造技术-蒸发水量 3500kg/h 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 1201 班 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 5 月 23 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 1201 班 学生： 毕业设计题目：中药厂水提液浓缩系统节能改造技术- 蒸发水量 3500kg/h 毕业设计内容：相关文献检索 计算说明书一份 1 张装配图，3 张零件图 毕业设计专题部分： 节能型中药浸出液蒸发系统设计 起止时间：2016 年 3 月 1 日- 2016 年 5 月 23 日 指导教师： 2016 年 3 月 1 日 摘要摘要 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。1 中药三效降膜蒸发系统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，在重力和真空诱导及 气流作用下，成均匀膜状自上而下流动。流动过程中，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。三效蒸发器主要由相互 串联的三组蒸发器、冷凝器、分离器和辅助设备等组成三组蒸发器以串 联的形式运行，组成三效蒸发器。 整套蒸发系统采用连续进料连续出料 的生产方式，实现了对中药的蒸发浓缩。 关键词关键词：发展现状； 发展和振兴； 三效降模； 料液； 蒸发系统 Abstract Traditional Chinese medicine is the treasure of the Chinese traditional culture in five thousand, is the crystallization of medical practice in one thousand, is the worlds outstanding cultural essence. Traditional Chinese medicine industry in China after decades of development, already has a certain scale and development capacity, in terms of traditional Chinese medicine, Chinese medicine yinpian, and dosage form has obtained certain achievements. However, as people living standard unceasing enhancement, as well as the new health concept, the domestic market, the demand for traditional Chinese medicine is growing rapidly, the strengthening of competitiveness, the development of traditional Chinese medicine is facing enormous challenges and opportunities. Over the past century, western medicine gradually dominate the medical market in China, western medicine has been experiencing five thousand years of traditional Chinese medicine has met.Unprecedented difficulties. The data shows, a famous Chinese medicine experts in China has sharply reduced from more than 5000 of the 5000 s Now less than 500, only 27% of people willing to look after sick - Chinese medicine of traditional Chinese medicine is in a succession crisis. These Today, the academic circles still someone openly in the name of science, the viewpoint of “abolishing traditional Chinese medicine“ impedes the development of traditional Chinese medicine.The development and revitalization. Chinese medicine three- way falling film evaporation system is the material liquid from falling film evaporator tube box on the heating chamber to join, the liquid distribution and film forming device, even within the assigned to each heat exchange tube, under the action of gravity and vacuum induction and airflow, into homogeneous membrane flow from top to bottom. The shell side of the flow in the process, by heating medium heating vaporization and separation of the steam produced from the liquid into the evaporator chamber, the vapor liquid after the separation, the steam entering the condenser condensate (single- effect operation) or into the next effect evaporator as a heating medium, so as to realize multiple effect, liquid discharge by the separation chamber. Three effect evaporator consists in series of three groups of evaporator, condenser, separator, and auxiliary equipment such as evaporator in the form of a series of three groups run, three- way steamed Keywords： state- of- the- art; the development and revitalization; three- way falling film; material liquid; evaporation system 目 录 第一章 设计内容与采取方法 . 1 1.1 设计内容 1 1.2 采取方法 1 第二章 蒸发分类与技术 . 2 2.1 蒸发分类 2 2.2 蒸发设备 2 2.3 蒸发流程 2 2.4 蒸发特点 3 2.5 蒸发技术 3 2.6 降膜蒸发器 4 2.7 三效降膜蒸发器的特点 5 2.8 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 3.1.1 蒸发水量 . 7 3.1.2 热压泵的喷射系数 . 7 3.1.3 计算热压泵喷射系数 8 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 . 9 3.2.3 三效蒸发罐的热量衡算 . 11 3.2.4 总热量衡算 . 12 3.3 蒸发罐设计计算 12 3.3.1 各效蒸发罐设计 . 12 3.3.2 周边流量校核 . 13 3.3.3 蒸发罐筒体内径 . 15 3.3.4 蒸发罐壁厚校核 . 16 3.4 各效预热盘管的设计计算 21 3.4.1 一效预热盘管 . 21 3.4.2 二效预热盘管 . 22 3.4.3 一效预热盘管 . 23 3.5 筒体封头的设计 24 3.6 分离器直径和高度的设计 25 3.6.1 分离器直径 . 25 3.6.2 分离室高度 . 26 3.6.3 分离器壁厚设计 . 26 3.6.4 分离器封头的设计 . 27 3.7 热能压缩泵的设计 28 3.7.1 拉伐尔喷嘴的计算 . 28 3.8 预热器的设计 29 3.9 冷凝器的设计 30 3.9.1 热量 . 30 3.9.2 冷凝器所需冷却的热量 . 31 3.9.3 冷凝器的结构设计 . 31 3.9.4 冷凝器封头 . 32 3.9.5 冷凝器壁厚校核 . 32 3.10 管路设计计算 32 3.10.1 蒸汽矩形管道设计 . 33 3.10.2 上、下不凝气管 . 33 3.10.3 冷凝水出口管 . 33 3.11 泵的设计与选择 34 3.11.1 离心泵的设计与选择 . 34 3.11.2 真空泵的选择与设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.12 CIP 局部清洗系统 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第四章 安装前的准备要求与安装注意事项 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 设计内容与采集方法 1 第一章 设计内容与采取方法 1.1 设计内容设计内容 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 3500kg/h。 技术参数； 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 采取方法采取方法 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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发分类与技术 2 第二章 蒸发分类与技术 2.1 蒸发分类蒸发分类 自然蒸发：就是蒸发溶液在低于沸点温度下，例如从海水里取盐，相对于这种情 况下，因为溶剂只能在溶液的表面汽化，溶剂汽化速率相对于其他较低。 沸腾蒸发：就是将溶液加热到沸点，使它在沸腾状态下发生蒸发。工业上的蒸发 操作基本上都是这样的。 单效与多效蒸发:若因为蒸发产生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，这样的现象叫 单效蒸发。若将二次蒸汽作为下一个加热蒸汽，而且使多个蒸发器连接在一起，这个 蒸发现象叫多效蒸发。 2.2 蒸发设备蒸发设备 蒸发器还可以叫做蒸发设备， 是经过升高温度使溶液变稀或从溶液中析出晶体的 设备。主要由加热室和蒸发室两个部分组成。加热室是用蒸汽将溶液加热并让它沸腾 的部分，但有些设备都是另有沸腾室。蒸发室又叫做分离室，是让气液分离的部分。 加热室中沸腾所产生的蒸气带有大量的液沫，到了空间较大的分离室，液沫因为自身 凝聚或室内的捕沫器等的作用从而能够与蒸气分离。 蒸气常用真空泵抽引到冷凝器进 行凝缩，冷凝液由器底排出。 2.3 蒸发流程蒸发流程 蒸发方法采用升高温度方法，让含有不挥发性杂质的溶液达到沸点使它沸腾，去 掉被汽化的部分杂质，让溶液能够变稀的单元操作过程。 蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、草药、食品等工业 中非常常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的： （1）获得浓缩的溶液产品； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发分类与技术 3 （2）将溶液蒸发然后继续增加浓度后，冷却，然后结晶，用已有的固体东西，如 碱、胰岛素、水果等产品； （3）去掉多余的杂质，获得纯净的溶剂或待成品，比如海水逐渐变淡。进行蒸发 操作的设备称为蒸发器。蒸发器内要有很大空间的加热面积，让溶液受到加热达到沸 点时沸腾。溶液在蒸发器内经过各处密度的差异从而形成某种循环流动系统，被浓缩 到规定浓度后除去蒸发器外。蒸发器内设有足够的分离空间，用来除去汽化的蒸汽带 有的雾沫和液滴，或装有适当格式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如果不再利用， 应将其在冷凝器中再冷凝。蒸发的过程当中，经常运用饱和蒸汽间壁加热的方法来使 用，通常把作为热源用的蒸汽叫做一次蒸汽，从溶液经过蒸发出来的蒸汽叫做二次蒸 汽。 2.4 蒸发特点蒸发特点 因为沸点的升高 蒸发的溶液中含有不挥发性的多余杂质，在较大的压力下溶液 的蒸气压相比在同温度下纯溶剂的蒸气压低，让溶液的沸点高于纯溶液的沸点，上面 陈述的现象叫做溶液沸点的升高。在加热蒸气温度一定的表现下，蒸发溶液时的传热 温差一定小于加热纯溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响相对显著。 物料的工艺特性 蒸发的溶液本身具有某些特性，例如有些物料在浓缩时可能析 出晶体，或产生结垢；有些便具有很大的黏度或很强的腐蚀性等 2.5 蒸发技术蒸发技术 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使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发分类与技术 4 使溶液中溶质组成提溶剂。 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。14 15 2.6 降膜蒸发器降膜蒸发器 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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发分类与技术 5 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。 2.7 三效降膜蒸发器的特点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。2 设备特点： （1）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。 （2）蒸发耗量低，1kg 蒸汽可蒸发 3.2kg 水。 （3）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。 （4）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。 （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。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 蒸发分类与技术 6 2.8 多效降膜式蒸发器的特点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)； (4) 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 致谢 7 第三章 设计计算 3.1 物料衡算物料衡算 3.1.1 蒸发水量蒸发水量 4 总蒸发水量：W=3500 Kg/h 为保证设备可靠，将总蒸发水量扩大到 10：W ，=1.1 W =1.13500=3850Kg/h 总蒸发水量： W ，=F 01- X0/X1=F01- 0.05/35=3850Kg/h F0=W ，/1- X 0/X1=3850/1- 0.05/35=3855.51Kg/h 式中： X1 中草药浸出液入料浓度，0.05 X0 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： 321 WWWW+= （3- 1） 式中： 1 W一效蒸发量(Kg/h) 2 W 二效蒸发量(Kg/h) 3 W 三效蒸发量(Kg/h) 3.1.2 热压泵的喷射系数热压泵的喷射系数 3 t1=90, 绝压为 0.039 Mpa； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 8 t2=75 ,绝压为 0.070 Mpa； P高压引射=1.0Mpa 3.1.3 计算热压泵喷射系数计算热压泵喷射系数 =0.85 21/h h-1 (3- 2) 式中: h2 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 h1 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： h198 h2 17，则 =0.85 98/17 -1=0.92 3.2 热量衡算热量衡算 3.2.1 一效蒸发罐的热量衡算一效蒸发罐的热量衡算 一效蒸发罐示意图： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 9 图 3-1 一效蒸发罐示意图 05. 0)68()17()17()()75()86()75()70( 0 1 0 1 0 10 0 0 0 1 0 0 0 0 DhlDhlWhlWFhlFhgDhlFhF+=+ 式中： 86时汽体的焓值，2652.92Kj/Kg 86时液体的焓值，360.164Kj/Kg 71时液体的焓值，297.27 Kj/Kg 71时汽体的焓值，2625.46 Kj/Kg 75时液体的焓值，313.94 Kj/Kg 70时液体的焓值，293.08Kj/Kg 代入数值得： 52.922605 . 0 2625.46297.27)3855.51(94.3133855.51 2652.9297.3.08293855.5194.3133855.51 111 1 + =+ DWW D 整理得： 8752. 817130 . 1 11 +=WD （3- 3） 3.2.2 二效蒸发罐的热量衡算二效蒸发罐的热量衡算 二效蒸发罐示意图： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 10 图 3-2 二效蒸发罐示意图 )55()55()()07()()70( )86()07()53()07()( 0 2 0 210 0 21 0 0 0 1 0 2 0 0 0 10 hgWhlWWFhlDDhlF hlDhgDhlFhlWF += + 式中： 70时液体的焓值，293.08 Kj/Kg 70时汽体的焓值，2624.4Kj/Kg 55时液体的焓值，230.29Kj/Kg 55时汽体的焓值，2596.8 Kj/Kg 70时液体的焓值，293.08 Kj/Kg 86时液体的焓值，360.164Kj/Kg 53时液体的焓值，221.906Kj/Kg 代入数值得： 2624.405 . 0 2596.8 230.29)3855.51(293.08)(3.08293855.51 360.1642624.43855.5193.082293.08-3855.51 22 2121 121 + + =+ DW WWDD DDW）（ 整理得： .78939280 . 06940 . 1 122 +=WWD (3- 4) 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 11 3.2.3 三效蒸发罐的热量衡算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 )14()14()()65()()53( )70()()42()65()65()( 0 3 0 3210 0 321 0 0 0 21 0 0 0 3 0 210 hgWhlWWWFhlDDDhlF hlDDhlFhgDhlWWF += + 式中： 56时液体的焓值，234.474 Kj/Kg 56时汽体的焓值，2606.3 Kj/Kg 41时浸出液的焓值，2570.54 Kj/Kg 41时浸出液的焓值，171.66 Kj/Kg 53时蒸汽的焓值，221.806 Kj/Kg 70时浸出液的焓值，309.746 Kj/Kg 42时浸出液的焓值，175.81 Kj/Kg 代入数值得： 2570.5471.661)3855.51( 34.4742)(806.2213855.51309.476)( 175.813855.512606.3234.4743855.51 3321 32121 321 +=+ + WWWW DDDDD DWW）（ 整理得： 19.6678)(3190 . 0)(7802 . 0 4307 . 1 212133 +=DDWWWD (3- 5) 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 12 3.2.4 总热量衡算总热量衡算 hKWWW/g5038 321 =+ (3- 6) 因为： =GZ/G; GZ+D2=W1 ; G+GZ=D1; 由（3- 3）、（3- 4）、（3- 5）、（3- 6）四个方程联立得 W1= 2031.02Kg/h D1=2219.030Kg/h W2=929.036Kg/h D2=998.762Kg/h W3=889.944Kg/h D3=929.036Kg/h 比例符合要求 3.3 蒸发罐设计计算蒸发罐设计计算 3.3.1 各效蒸发罐设计各效蒸发罐设计 一效蒸发罐一效蒸发罐 传热量 h/4735323.135 .31232031.02r . 11 KWQ= 传热系数 chmKJcmK oo22 1 /5040/w1400= 各效温差均为：t=15 传热面积 A= Q1/K1 t=4735323.13/504015=62.6365m2 降膜蒸发器加热管长径比为 125250，选用的不锈钢，管长 8m。 则管数： 71 8035. 0 62.6365 n 1 1 = = dL A 根 二效蒸发罐二效蒸发罐 传热量 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 13 hKWQ/12200291.702368.36929.036r . 22 = 各效传热系数： chmKJcmwK oo22 2 /4680/1300= 各效温差均为：t=15 换热面积为： A2=Q2/Kt=2200291.701/468015=31.3432 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36 8035. 0 3432.31 n 2 2 = = dL A 三效蒸发罐三效蒸发罐 传热量 hKWQ/337.2140048 7 . 2404944.889r . 33 = 传热系数： chmKJcmwK oo22 3 /4320/1200= 各效温差均为：t=15 换热面积为： A3=Q3/Kt=2140048.337/432015=33.025 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： 38 8035. 0 33.025 n 3 3 = = dL A 根 3.3.2 周边流量校核周边流量校核 一效： Q1=F0/din3.14=3855.4/0.0353.1471=494.098348300Kg/hm.不需要分程 一效管子排列如图所示：5 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 14 图 3-4 一效排管示意图 二效： Q2=(F0-W1)/3.14din2= （ 3855.4-2031.02 ） /3.140.03536=461.121221 300Kg/hm，不需要分程 二效管子排列如图所示：6 图 3-5 二效排管示意图 三 效： Q3=(F-W1-W2)/3.14din=(3855.4-2031.02-929.036)/3.140.03538=214.392031 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 15 300Kg/hm，需要分程。 分为两程：第一程 20 根，第二程 18 根 三效管子排列如图所示： 图 3-6 三效排管示意图 3.3.3 蒸发罐筒体内径蒸发罐筒体内径 （1）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： ebaD2) 1( 1 += （3- 7） a管心距，胀接法 0 3 . 1 da =（ 0 d 换热管的外径） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 16 b 横过管束中心线的管数，按照正三角形布管nb1 . 1=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 0 d2 . 1e = 3986 .452) 110(4 .472) 1( 6 .45382 . 12 . 1 10681 . 11 . 1 4 .4730. 1 1 0 1 0 =+=+= = = = ebaD de nb mmda 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 500 大端内径：500+64+64=628； 圆整到 700 （2）效壳体内径的计算（同上）： 小端内径：300+70=370； 圆整到 400 大端内径：400+64+64=528； 圆整到 600 （3）效壳体内径的计算（同上）： 小端内径：300+70=370； 圆整到 400 大端内径：400+64+64=528； 圆整到 600 3.3.4 蒸发罐壁厚校核蒸发罐壁厚校核 7 一效蒸发罐一效蒸发罐 （1）大端： 假设厚度取 t=5mm。 大端外径mmtDD710107002 120 =+=+= 临界长度： mmmm t D DLCR3056933.9898 6 710 71017. 117. 1= 大圆筒的长度按黄金分割得到： mL3056)618. 01 (8000 1 = 由于 cr L 1 L故该圆筒属于短圆筒。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 17 壁厚较核： 筒体外径： 0 D =710mm 筒体计算长度： L= 3056mm 304. 4 0 = D L 142 5 710 t 0 = D 根据图算法，由过程设备设计P130页上查得 A=0.2103,筒体材料选用 0Gr18NI10ti不锈钢,查得弹性模量a1090 . 1 5MP E= 则 MpaM D AE P1 . 0pa2498. 0 33.1353 109 .00021. 02 t 3 2 5 0 = = 所以所取壁厚满足要求。 （2）小端： mm51010500t2 4944618. 08000 110 2 =+=+= = DD mmL 临界长度： mm D L4944mm34.6026 6 510 51017. 1 t 17. 1 cr = 故该圆筒属于短圆筒。 壁厚较核： 筒体外径： mm61252600 0 =+=D 筒体计算长度： mm4944=L 102 6 612 078 . 8 612 4944 0 0 = = t D D L 根据图算法，由过程设备设计P130页图 46 上查得 A=0.1 3 10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 18 则 MpaM D AE P1 . 0pa18 . 0 1023 109 . 10001 . 0 2 t3 2 5 0 = = 所以所取壁厚满足要求。 二效蒸发罐二效蒸发罐 （1）大端： 假设厚度取 t=5mm. 大端外径 mtDD410104002 120 =+=+= 临界长度： 305687.4343 5 410 41017. 1 t 17. 1 cr =mm D DLmm 故该圆筒属于短圆筒。 壁厚较核： 筒体计算长度： mm3056=L 54. 7 410 3056 0 = D L 82 5 410 t 0 = D 根据图算法，由过程设备设计P130页图 46 上查得 3 1023. 0 =A 则 t3 2 0 D AE P =MpaM1 . 0pa17 . 0 67.1183 109 . 100023 . 0 2 5 = 所以所取壁厚满足要求。 （2）小端： mm41052400 m4944618. 08000 0 2 =+= = D L 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 19 临界长度： mm87.4343 5 410 41017. 1 t 17. 1 cr = D DL 故该圆筒属于短圆筒。 壁厚较核： 筒体计算长度： mm4944=L 82 5 410 t 54 . 7 410 4944 0 0 = = D D L 根据图算法，由过程设备设计P130页图 4- - 6 上查得 3 1013. 0 =A 则 MpaM D AE P1 . 0pa17 . 0 1223 101 . 200013 . 0 2 t3 2 5 0 = =所 以 所 取 壁 厚 满 足要求。 三效蒸发罐三效蒸发罐 （1）大端： 假设厚度取 t=5mm。 大端外径 m41010400t2 120 =+=+= DD 临界长度： mmmm t D DLcr305687.4343 5 410 41017. 117. 1= 故该圆筒属于短圆筒。 壁厚较核： 筒体计算长度： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 20 82 5 410 t 54 . 7 410 3056 mm3056 0 0 = = = D D L L 根据图算法，由过程设备设计P130页图 46 上查得 3 1023. 0 =A 则 MpaMpa t D AE p1 . 017. 0 67.1183 109 . 100023. 02 3 2 5 0 = = 所以所取壁厚满足要求。 （2）小端： mm41052400 mm4944618. 08000 0 2 =+= = D L 临界长度： mm D DL494487.4343 5 410 17. 1 t 17. 1 cr = 故该圆筒属于短圆筒。 壁厚较核： 筒体计算长度： 82 5 410 t 54 . 7 410 4944 mm4944 0 0 = = = D D L L 根据图算法，由过程设备设计P130页图 46 上查得 3 1013. 0 =A 则 MpaM D AE P1 . 0pa17 . 0 1223 101 . 200013 . 0 2 t3 2 5 0 = = 所以所取壁厚满足要求。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 21 3.4 各效预热盘管的设计计算各效预热盘管的设计计算 已知各效预热器传热系数 chmKJcmK oo22 /5040/w1400= 3.4.1 一效预热盘管一效预热盘管 热流体进出温度：T进=89C O T 出=74C O 冷流体进出温度：t进=65C O t 出=75C O 物料流量：F=3855.4kg/h 传热量： hKJ tCCFQ /157667 )65187. 475174. 4(3855.4 )656575t75( = = = 对数平均温差： C t t tt t Ct C o m o o 3.107 0115ln 0115 ln 016575 157489t 2 1 21 2 1 = = = = = 传热面积： 2 m 9.397m 3.10715006 . 3 157667 t = = = K Q A 选用不锈钢管5 . 132，则管长为： 103.2m 029. 0 9.397 d = = A L 单圈预热盘管的面积： Dm=D11+d0=500+32=532mm A1,=3.14DM3.14d=320.029=0.1521m2 一效预热盘管的圈数： N1=A1/A1,=9.397/0.1521=62 圈 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 22 盘管高度： 取节距： P=1.5d0=1.532=48mm 盘管高度： H1=PN1=4862=29.76m 3.4.2 二效预热盘管二效预热盘管 热流体进出温度：T进=74C O T 出=56C O 冷流体进出温度：t进=50C O t出=65C O 物料流量：F=3855.4kg/h 传热量： hKJ tCCFQ /238881 )50187. 465174. 4(3855.4 )505065t65( = = = 对数平均温差： C t t tt t Ct C o m o o 2.73 5118ln 5118 ln 515065 185674t 2 1 21 2 1 = = = = = 传热面积： 2 m 16.20m 2.7315006 . 3 238881 t = = = K Q A 选用不锈钢管5 . 132，则管长为： 178m 029. 0 16.20 d = = A L 单圈预热盘管的面积： Dm=D21+d0=400+32=432mm A1,=3.14DM3.14d=320.029=0.124m2 一效预热盘管的圈数： N1=A1/A1,=16.20/0.124=131 圈 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 23 盘管高度： 取节距： P=1.5d0=1.532=48mm 盘管高度： H1=PN1=48131=62.71m 3.4.3 一效预热盘管一效预热盘管 热流体进出温度：T进=66C O T 出=44C O 冷流体进出温度：t进=35C O t出=50C O 物料流量：F=3855.4kg/h 传热量： hKJ tCCFQ /239632 )35187. 450174. 4(3855.4 )353550t50( = = = 对数平均温差： C t t tt t Ct C o m o o 3.6 5122ln 5122 ln 513550 224466t 2 1 21 2 1 = = = = = 传热面积： 2 m 12.33m 3.615006 . 3 239632 t = = = K Q A 选用不锈钢管5 . 132，则管长为： 135m 029. 0 12.33 d = = A L 单圈预热盘管的面积： Dm=D11+d0=500+32=532mm A1,=3.14DM3.14d=320.029=0.1521m2 一效预热盘管的圈数： N1=A1/A1,=12.33/0.1521=81 圈 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 24 盘管高度： 取节距： P=1.5d0=1.532=48mm 盘管高度： H1=PN1=4881=38.88m 3.5 筒体封头的设计筒体封头的设计 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：K=1 Di /2hi =2 小端封头：hi = Di /4=500/4=125 mm 大端封头：hi = Di /4=700/4=175 mm 标准椭圆的封头