中药厂中药浸出液蒸发系统设计毕业设计论文

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AbstractThisdesignis2750kg/hofChineseherbalmedicineindustry,thetraditionalChinesemedicinefactoryofChinesemedicineleachingliquidevaporationsystemdesignofthesystemofevaporationcans,separator,heatcompressionpump,heater,condenser,centrifugalpumps,vacuumpumpsandotherauxiliaryequipmentdesign,thedesignmainlyincludesthecharacteristicsofevaporationsystemandtheselectionprocess,subjectdesignanddemonstration,designcalculations,technicalandeconomicanalysis,equipmentinstallationrequirementsandinstallationanddebuggingmattersneedingattentionandsomuch.Designcalculationincludingmaterialbalance,heatbalance,thecompressionheatpump,heater,pipe,condenserandvacuumpumpdesignandselection.Theequipmentsystemadoptsdownstreamfeedwithhighefficiency,energysaving,materialpreheattemperaturedifferenceissmall,toensurethequalityofproducts,savingenergyandreducingconsumption,equipmentcoveranareaofanareasmall,goodheattransfereffect,runningeffect,lowoperationcost,highefficiency,easyoperation,andcanguaranteeinvarianceintheprocessofevaporationmaterial,etc.Manyofthempartofthedesignoflearningsomeadvancedtheoriesandmethodsofhomeandabroad,thedesigncriterionoftheeconomyasareasonable,strivetoachieveadvancedtechnology,qualitystandard,convenientoperation,lowenergyconsumptionandpollution-freedesigngoals,thisdesignhastheadvantageofgoodheattransfereffect,highheatenergyutilization,highproductionefficiency,hasbeeninmanufacturing.ByleachingliquidextractofChinesemedicinetechnologyandequipmentarequiteprimitive,evaporatorbasicallyusedoutsidetheloopclimbingfilmevaporator,concentratedextractiswidelyusedforjacketedexposurepastepot.AstheChineseherbalmedicinecompositioniscomplicated,iftheevaporationheatingtemperatureandheatingtimeistoolong,easytomakesomeheat-sensitiveingredientscokingonthesurfaceoftheheat.Inlaboratoryevaporationdevicestatusseethedemandofdevelopmentasastartingpoint,fromtheprocessofevaporationsystem,thecompositionofevaporationandconcentrationsystemexperimentdevice,therealthinkingonthedevelopmentofthetestrigthreeaspectsdiscussesthedevelopmentofChinesemedicineleachingliquidevaporationexperimentdeviceisdesigned.Sointhedesignprocesstopayspecialattentiontokeepthegeneralcharacteristicsoflargeevaporationdevicesusedinindustry,onthebasisofthescale,soneedtocompleteaexperimentsoftraditionalChinesemedicineextractquantityissmall,soastomeettherequirementsofthe\"save\",atthesametime,themeasuringaccuracyishigher.SoisaChinesetraditionalmedicinetheprincipleofleachingsolutionconcentration,namelybysteamheatingwaterreachedtheboilingpointintheleachingsolutionfromChinesemedicine,andtraditionalChinesemedicineextractionliquidsolidsandothermaterialfromthetotalamountremainsthesame,thusincreasetheconcentrationofextractoftraditionalChinesemedicine,toachievethepurposeofenrichment.BecauseChinesemedicineextractareheat-sensitivematerials,inordertomaintainthequalityofproducts,needtoevaporationconcentrationatlowertemperatures.So,thevacuumoperationisappliedintheindustrialproductiontoreducetheboilingpointofthesolution.Evaporationisaheattransferprocess,equipmentbelongtotheheatexchanger,thusevaporationequipmentandgeneralthereisessentiallynodifferencebetweenheattransferequipment.Evaporationequipment,however,mustadapttothecharacteristicsofevaporationprocess,itbesideshasonheattransferoftheheatingchamber,evaporationhaveenoughspace,separatedfromasolutiontomakethesecondarysteam,andthesecondarydropletsinsteamandentrainmentseparationascompletelyaspossible.Evaporatorgenerallyusingsteamasaheatingmedium,toimprovetheheattransfereffect,shouldbeevenlydistributed,maketheheatingsteamandcondensateandevaporationprocessofnonon-condensablegasdischargeintime.Andthecharacteristicsofthesolution(suchasviscosity,foaming,crystalline,scaling,corrosionandheatsensitive,etc.)ofevaporationequipmentarealsoputforwardvariousdemands.Keywords:Chineseherbalmedicine;Threeway;Evaporationsystem;Leachingnight:evaporator目录TOC\o"1-3"\h\u27402第一章绪论 ⑴Ⅰ效壳体内径的计算：根据计算得知Ⅰ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）Ⅱ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）Ⅲ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蒸发罐壁厚校核一效蒸发罐（１）大端：①假设厚度取t=5mm。大端外径mm临界长度：mm＞3056mm（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.②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4－6上查得，筒体材料选用0Gr18Ni10Ti不锈钢,查得弹性模量E=1.90×105MPa则Mpa＞0.1Mpa（3-14）所以所取壁厚满足要求（2）小端：mmmm临界长度：mm＞4944mm（3-15）故该圆筒属于短圆筒。②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4－6上查得则Mpa＞0.1Mpa（3-16）所以所取壁厚满足要求。三效蒸发罐（1）大端：①假设厚度取t=5mm。大端外径mm临界长度：mm＞3056mm（3-17）故该圆筒属于短圆筒.②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4－6上查得，则Mpa＞0.1Mpa（3-18）所以所取壁厚满足要求（2）小端：mmmm临界长度：㎜＞4944㎜（3-19）故该圆筒属于短圆筒。②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4－6上查得则Mpa＞0.1Mpa所以所取壁厚满足要求。二效蒸发罐（1）大端：①假设厚度取t=5mm。大端外径mm临界长度：mm＞4944mm（3-21）故该圆筒属于短圆筒.②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4－6上查得，则Mpa＞0.1Mpa（3-22）所以所取壁厚满足要求（2）小端：mmmm临界长度：mm＞4944mm故该圆筒属于短圆筒。②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4－6上查得则Mpa＞0.1Mpa（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/m2℃KJ/h℃m23.4.1一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Ⅰ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：5mmⅡ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：4mmⅢ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㎥/sm3.5.2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①假设厚度取t=5mm。mm临界长度：㎜＞1800㎜（3-39）故该圆筒属于短圆筒.②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4－6上查得，则Mpa＞0.1Mpa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Ⅰ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。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）mm入口直径：mm入口段长度：入口角度为60°mm（3-43）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/㎝2mm因为泵体喉部直径＜，式中：——混合室锥形母线与水平线的夹角，mmmm（3-44）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）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/hKJ/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：mmmm临界长度：mm＞3200mm故该圆筒属于短圆筒.根据图算法,由《过程设备设计》P130页图4－6上查得，则Mpa＞0.1Mpa（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2∶1最好，即：，取汽速为40m/s一效矩形管道设计（3-53）其中:kg/hkg/㎥m/s解得mmmm二效矩形管道设计其中:kg/hkg/㎥m/s解得:mmmm三效矩形管道设计其中kg/hkg/㎥m/s解得:mmmm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/s一效蒸发罐的物料管的设计物料流量：kg/hkg/hmm选取的不锈钢管一效至二效蒸发罐的物料管的设计物料流量：kg/h（3-54）kg/hmm选取的不锈钢管二效至三效蒸发罐的物料管的设计物料流量：kg/h（3-55）kg/hmm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/skg/hkg/㎥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寸的设计计算公式，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。通过以上工作的完成，让我对蒸发系统的设计有了更加完善的认识，可谓是受益匪浅。通过查找相关文献资料，我还了解到目前蒸发系统，不仅仅只是采用三效降膜式蒸发器，多采用四效降膜式蒸发器或者多效降膜式蒸发器。采用多效降膜式蒸发器最突出的一个特点是系统可控制，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，也极大的激发了我对这一行业的极大兴趣。在查找资料期间我还了解到目前对于中药厂中药浸出液除了采用蒸发浓缩的方式以外，还有冷冻浓缩、膜浓缩（反渗透）等方式，但蒸发浓缩是应用最早也最广泛的浓缩方式。毕业设计使我们作为大学生在学习阶段最后一门课程，是对所有大学课程的一种综合运用并提高的过程。这个过程是对独立思考和学习能力及工作能力的培养。在设计中保持清醒的头脑，不断接受新事物，遇到不明白的要及时请教，从中获益，让自己的