升膜式濃縮器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)目的及要求-------------------------------2二、設(shè)計(jì)任務(wù)-------------------------------------2三、設(shè)計(jì)分析--------------------------------------2四、升膜膜式濃縮設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖----------------------4五、升膜式濃縮器相關(guān)參數(shù)計(jì)算-------------------------------5--------------------------7--------------------------8--------------------------910濃縮器兩端封蓋--------------------------10技術(shù)要求----------------------------------------19參考資料-------------------------------------20設(shè)計(jì)感想-------------------------------------21目的：升膜式濃縮器課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，全面綜合應(yīng)用了機(jī)械CAD、熱工學(xué)、傳熱與傳質(zhì)、備圖的畫(huà)法及有關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.課程設(shè)計(jì)題目：升膜式濃縮器設(shè)計(jì)2.主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)處理量對(duì)列管換熱蒸發(fā)器部分進(jìn)行物料衡算和能量衡算，確定換熱面積；根據(jù)二次蒸汽的汽速的等要求確定換熱管的直徑和長(zhǎng)度大小。根據(jù)蒸發(fā)強(qiáng)度等確定分離器的體積大3.主要設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)真空度大小等條件按外壓容器設(shè)計(jì)蒸發(fā)器和分離器的壁厚以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。4.輔助設(shè)備的選型對(duì)真空泵進(jìn)行選型。5.畫(huà)設(shè)備總裝圖零號(hào)圖，用CAD畫(huà)6.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)三、升膜式濃縮器結(jié)構(gòu)和原理由多根垂直管束加熱器和一個(gè)蒸發(fā)分離室等組成，被濃縮液體從加熱管底部進(jìn)入管內(nèi)，如常壓下一般20－30m/s，減壓下速度更高。因此，如果料液中蒸發(fā)的水量不夠，就難以達(dá)熱膜系數(shù)最大，而預(yù)熱區(qū)和飽和蒸汽區(qū)的傳熱膜系數(shù)則很小，因此希望膜狀流動(dòng)段盡可能擴(kuò)大，而預(yù)熱區(qū)和飽和蒸汽區(qū)則希望相對(duì)地縮短。設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵是確定傳熱系數(shù)，目前確定傳熱膜系數(shù)的主要方法是依靠實(shí)驗(yàn)測(cè)得，第二種方法是利用有關(guān)準(zhǔn)數(shù)方程計(jì)算傳熱膜系數(shù)K。本次設(shè)計(jì)，根據(jù)參考書(shū)上推薦的K值。2.換熱面積A由已知條件知升膜式濃縮器處理量為m=360，由于濃縮前后，溶質(zhì)質(zhì)量守恒。根總傳熱為QQ=++O3預(yù)熱Q：由于沸點(diǎn)進(jìn)料，預(yù)熱段=0汽化：-汽化潛熱換熱管內(nèi)的真空度p,=650mmHg大氣壓力L=760mmH所以，換熱管內(nèi)的絕對(duì)壓力P=-PH=760-650=110mmHg=0.015Mpa查飽和水蒸氣表Q=KAt=T-tN加熱蒸汽表壓查飽和水蒸氣表則A加熱蒸汽消耗量D==,常用的，這里取換熱管的規(guī)格,常用的，這里取換熱管的規(guī)格根根二次蒸汽的汽速必須足夠大才能使料液在管子內(nèi)壁拉成膜狀，并沿管壁上升。常壓下，水的最小成膜汽速約為10m/s，在一定的范圍內(nèi)傳熱膜系數(shù)隨蒸汽速度的增加而增加，但汽速不能太高，汽速過(guò)高會(huì)使料液成霧狀噴出，破壞了膜狀上升，傳熱系數(shù)會(huì)明顯下降。二次蒸汽體積V真空度650mmHg情況下，pp=.0997kgm驗(yàn)算二次蒸汽汽速A==125常壓下分離室內(nèi)的真空度與換熱管內(nèi)相同。查得二次蒸汽的體積蒸發(fā)強(qiáng)度mm·h)取a=20000m2m3·h)則七、管子在管板上的分布距離不小于d，換熱管在管板上的分布主要有正三角形分布和正方形分布，這里選用正三角筒體長(zhǎng)度，由于筒體與管板的連接采用焊接工藝焊接而成：2.筒體的強(qiáng)度校核則筒體內(nèi)加熱室的絕對(duì)壓力為0.2MPa，為內(nèi)壓容器進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)定不包括腐蝕裕量，最小厚度應(yīng)不小于3mm取則管板的公稱(chēng)直徑：考慮焊接、美觀以及節(jié)省材料的要求，取管板的公稱(chēng)直徑與筒體的管板的材料，由于筒體的材料為16MnR，考慮焊接接口的熱應(yīng)力等因素，管板的材料根據(jù)濃縮器的結(jié)構(gòu)，管板的一側(cè)為內(nèi)壓容器，另外一側(cè)為外壓容器。對(duì)管板按內(nèi)壓容筒體的內(nèi)壓設(shè)計(jì)法及分離室筒體的外壓設(shè)計(jì)法。經(jīng)計(jì)算與校核，管板厚度取25mm是合理濃縮器上端封蓋結(jié)構(gòu)濃縮器下端封蓋結(jié)構(gòu)升膜式濃縮器上下兩端的封蓋結(jié)構(gòu)如上兩圖所示。由于濃縮器的下端封蓋不需要打開(kāi)，采用坡口焊接工藝將其與管板直接焊接成一體。上端封蓋應(yīng)可以打開(kāi)，采用管法蘭與法蘭平蓋連接密封形式，設(shè)計(jì)為活密封結(jié)構(gòu)。圓筒的長(zhǎng)度不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)要滿足設(shè)計(jì)的工藝要求，如上圖濃縮器上端封蓋結(jié)構(gòu)所示，圓筒與管板焊接，管板的的開(kāi)槽深度為5mm,等于筒體與管板焊接的開(kāi)槽深度。根據(jù)管板的材料并考慮焊接工藝的要求，圓筒的材料同樣選擇16MnR，以保證焊接結(jié)構(gòu)的工藝性及穩(wěn)定性，降低焊接結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力，提高焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。取定圓筒的厚度為6mm，根據(jù)外壓設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)方法參見(jiàn)分離室筒體4.下端端面圓板的設(shè)計(jì)計(jì)算8-圓筒的厚度在6~16mm之間，t=150取Φ=5單面焊對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè))5.升膜式濃縮器上端管法蘭的選擇具體的連接尺寸等均參見(jiàn)材料與零部件手冊(cè)。法蘭的形式選擇凹凸面法蘭。6.凹凸面法蘭蓋查閱《材料與零部件手冊(cè)》選擇由于管法蘭采用凹凸面法蘭形式，法蘭蓋同樣采用凹凸面法蘭蓋與之相配合。1.分離室筒體的尺寸及材料選擇由前述分離室體積計(jì)算知，分離室的體積為取分離室筒體的長(zhǎng)徑比約為4:3由分離室體積列方程考慮分離室上端連接橢圓形封頭，如下圖：查閱《材料與零部件手冊(cè)》根據(jù)橢圓形封頭的標(biāo)準(zhǔn)系列，取筒體的直徑為550mm。2.分離室筒體的壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算分離室為外壓容器，按外壓容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)假定名義厚度取c1=0，C2=2mm由D=550mm，DO=Di+2&n=564mmL/D=器=15540，3.分離室橢圓形封頭的選擇與計(jì)算查閱《材料與零部件手冊(cè)》取的橢圓形封頭取封頭厚度具體計(jì)算方法筒筒體的設(shè)計(jì)方法，同樣采用外壓法進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，其中AB4.錐形封頭的選擇與計(jì)算公稱(chēng)直徑Dg=550mm其具體尺寸參見(jiàn)《材料與零部件手冊(cè)》外壓錐殼的計(jì)算按外壓容器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算首先假定錐殼的名義厚度再計(jì)算錐殼的有效厚度DN150的開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。這里以DN=100的蒸汽出口為例進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，其余的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。3.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積圓筒的計(jì)算厚度先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)接管有效厚度由前面計(jì)算已知為&=5mm開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》式4-76計(jì)算A=d+2(1—=114x3+2x0.06×5×1-0.563)=342.2mm*33mm4.有效補(bǔ)強(qiáng)范圍B=2d=2114=228mmb.有效高度外側(cè)有效高度h1==7=2825取小值，h1=28.25mm故h2=05.有效補(bǔ)強(qiáng)面積圓筒多余金屬面積A，按《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》式4一2確定b.接管多余金屬面積取g=3m接管多余金屬面積按《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》式4-83計(jì)算=2x2825x3-3)x563+0=0mm2d.有效補(bǔ)強(qiáng)面積6.所需的另行補(bǔ)強(qiáng)面積A=A-A1+A2+)=擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑。=125mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為考慮鋼板副偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為14mm。由各接管的公稱(chēng)直徑，查《材料與零部件手冊(cè)》P587，確定接管的管長(zhǎng)，并查《材料與零部件手冊(cè)》選擇合適的凹凸面法蘭。各接管及法蘭如裝配圖所示。八、技術(shù)要求、技術(shù)特性表、管口表以及明細(xì)表裝配圖上各圖表的繪制尺寸標(biāo)準(zhǔn)參閱化工制圖。按照化工制圖的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制。沈維道、蔣智敏何銘新、錢(qián)可強(qiáng)任曉光無(wú)錫輕工大學(xué)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)·材料與零部件》