升膜式濃縮器設(shè)計課程設(shè)計

一、設(shè)計目的及要求-------------------------------2二、設(shè)計任務(wù)-------------------------------------2三、設(shè)計分析--------------------------------------2四、升膜膜式濃縮設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖----------------------4五、升膜式濃縮器相關(guān)參數(shù)計算-------------------------------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)計感想-------------------------------------21目的：升膜式濃縮器課程設(shè)計的設(shè)計，全面綜合應(yīng)用了機(jī)械CAD、熱工學(xué)、傳熱與傳質(zhì)、備圖的畫法及有關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊，為畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。1.課程設(shè)計題目：升膜式濃縮器設(shè)計2.主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算根據(jù)處理量對列管換熱蒸發(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)計計算根據(jù)真空度大小等條件按外壓容器設(shè)計蒸發(fā)器和分離器的壁厚以及開孔補(bǔ)強(qiáng)計算。4.輔助設(shè)備的選型對真空泵進(jìn)行選型。5.畫設(shè)備總裝圖零號圖，用CAD畫6.編寫設(shè)計說明書三、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)則希望相對地縮短。設(shè)計計算的關(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驗測得，第二種方法是利用有關(guān)準(zhǔn)數(shù)方程計算傳熱膜系數(shù)K。本次設(shè)計，根據(jù)參考書上推薦的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，汽速過高會使料液成霧狀噴出，破壞了膜狀上升，傳熱系數(shù)會明顯下降。二次蒸汽體積V真空度650mmHg情況下，pp=.0997kgm驗算二次蒸汽汽速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)加熱室的絕對壓力為0.2MPa，為內(nèi)壓容器進(jìn)行設(shè)計規(guī)定不包括腐蝕裕量，最小厚度應(yīng)不小于3mm取則管板的公稱直徑：考慮焊接、美觀以及節(jié)省材料的要求，取管板的公稱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。對管板按內(nèi)壓容筒體的內(nèi)壓設(shè)計法及分離室筒體的外壓設(shè)計法。經(jīng)計算與校核，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，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，采用管法蘭與法蘭平蓋連接密封形式，設(shè)計為活密封結(jié)構(gòu)。圓筒的長度不應(yīng)過長，同時要滿足設(shè)計的工藝要求，如上圖濃縮器上端封蓋結(jié)構(gòu)所示，圓筒與管板焊接，管板的的開槽深度為5mm,等于筒體與管板焊接的開槽深度。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)計法進(jìn)行設(shè)計，具體的設(shè)計方法參見分離室筒體4.下端端面圓板的設(shè)計計算8-圓筒的厚度在6~16mm之間，t=150取Φ=5單面焊對接接頭，局部無損檢測)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材料與零部件手冊。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》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算知，分離室的體積為取分離室筒體的長徑比約為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》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)計計算分離室為外壓容器，按外壓容器設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計假定名義厚度取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算查閱《材料與零部件手冊》取的橢圓形封頭取封頭厚度具體計算方法筒筒體的設(shè)計方法，同樣采用外壓法進(jìn)行設(shè)計校核，其中AB4.錐形封頭的選擇與計算公稱直徑Dg=550mm其具體尺寸參見《材料與零部件手冊》外壓錐殼的計算按外壓容器設(shè)計方法進(jìn)行計算首先假定錐殼的名義厚度再計算錐殼的有效厚度DN150的開孔進(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)計算，其余的開孔補(bǔ)強(qiáng)滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算。3.開孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積圓筒的計算厚度先計算強(qiáng)度削弱系數(shù)接管有效厚度由前面計算已知為&=5mm開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按《過程設(shè)備設(shè)計》式4-76計算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《過程設(shè)備設(shè)計》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《過程設(shè)備設(shè)計》式4-83計算=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。由各接管的公稱直徑，查《材料與零部件手冊》P587，確定接管的管長，并查《材料與零部件手冊》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、錢可強(qiáng)任曉光無錫輕工大學(xué)《化工設(shè)備設(shè)計手冊·材料與零部件》