DOC《南京林业大学》

南京林业大学 本科毕业设计 题目: F=2m2薄膜蒸发器设计 学院: 机械电子工程学院 专业: 过程装备与控制工程 学号:

070305219 学生姓名: 董迎道 指导教师: 华洁职称: 讲师二O一一 年五月三十 日 摘要 薄膜蒸发器又称机械搅拌式薄膜蒸发器,主要应用于化工、制药、石油等行业,用于物料的浓缩、蒸发,至今已有七十年的发展历史,属于新型的高效浓缩蒸发设备.

按其成膜原理和流动方向可以分为升膜蒸发器、降膜和刮膜蒸发器三种类型,特别适合于热敏性、粘度、易结垢物料的蒸发浓缩.它通过旋转的刮板将料液分散成薄膜,以进行物料浓缩和蒸发. 本次毕业设计的选题来源于生产实践,设计过程是在了解薄膜蒸发器的发展史和工作原理及其基本结构的基础上,对F=2m2的刮膜式薄膜蒸发器进行结构设计,设计内容包括筒体、夹套、转子部件、传动装置等尺寸的确定及其强度校核.一些标准零部件可以通过查询GB150-

1998、HG20592-2009等标准来选取.另外还需借助Auto CAD 软件绘制装配图和轴、筒体等重要部件视图.其目的是掌握常规容器的基本设计方法. 关键词:薄膜蒸发器 结构设计 Abstract Film evaporator also called mechanical agitation type film evaporators, mainly used in chemical, pharmaceutical, oil and other industries, used for material concentration, evaporation and so on, it has been seven years of development history,which belongs to the new high-efficiency enrichment evaporation equipment. According to the principle and flow direction called membrane can be divided into rising membrane evaporator, falling film and blow film three types, especially suitable for heat-sensitive, viscosity, easy fouling material evaporation and concentration. It through the rotating squeegee will split into film material liquid, for material enrichment and evaporation. The graduation design selection of subject from the production practice, the design procedure is the history of film evaporators in understanding and working principle and basic structure, and on the basis of 2m2 scratches on F equals membrane type film evaporators structure design, design content including barrel, clip sets, rotor, transmission device size such as its strength check to determine. Some standard parts can GB150, HG20594 by inquires to choose such criteria. There should be another Auto CAD software rendering aid and axle assembly, barrel, and other important components views. Its purpose is to grasp the basic design method conventional containers. Keywords: film evaporators evaporation structure design 目录 摘要 I Abstract II 第1章 前言

1 1.1课题来源

1 1.2研究的目的及意义

1 1.3本次毕业设计研究的主要内容

1 第2章 薄膜蒸发器的研究进展

3 2.1工作原理

3 2.2基本结构

3 2.3国内外同类研究概况

4 第3章 设计条件

9 第4章 设计计算过程

10 4.1筒体设计

10 4.2夹套设计

10 4.3分离筒设计

11 4.4水压试验

12 4.5传动装置

12 4.6转子部件

12 4.6.1主轴

13 4.6.2刮板

13 4.6.3除沫器

13 4.6.4物料分布器

14 4.7机械密封

14 4.8接管

14 4.8.1接管选取

14 4.8.2接管补强

15 4.9法兰

17 4.10支座

18 4.10.1支座选取

18 4.10.2支座校核

18 4.11重量校核

19 第5章 结论与展望

20 致谢

21 参考文献

22 第1章 前言 1.1课题来源 本次毕业设计课题来源于生产实践,薄膜蒸发器是化工,制药等行业中比较常用的化工设备. 1.2研究的目的及意义 薄膜蒸发器是蒸发器的一种类型,其特点是物料液体沿着加热管壁呈膜状流动从而进行传热和蒸发,它的优点是传热效率较高,蒸发速度快,而物料停留时间短,因此特别适合于热敏性物质的蒸发.本次针对 F=2m2薄膜蒸发器的设计进行研究的目的主要如下: 了解薄膜蒸发器在国内外的发展史,及最新的研究成果. 清楚薄膜蒸发器在化工制药等行业中的用处及其工作原理. 熟悉薄膜蒸发器的结构及其各部分的功能,在前人研究的基础上运用常规设计方法进行薄膜蒸发器的设计. 能够运用Auto CAD绘制薄膜蒸发器的装配图及其主要零部件. 薄膜蒸发器作为浓缩萃取装置在化工,制药,化纤,食品等行业中有着极其广泛的应用,其设计方法和其它一些常见的化工设备相似.本次对F=2m2的薄膜蒸发器进行设计,能够让我们熟悉常用化工设备的常规设计方法,并且在绘图的过程中逐渐熟练Auto CAD的基本操作. 1.3本次毕业设计研究的主要内容 本次毕业设计主要是针对蒸发器的结构进行设计.具体内容如下: 研究薄膜蒸发器的发展史及其最新研究成果,了解其工作原理及其总体基本结构和各零部件的功能. 自行选定薄膜蒸发器蒸发物料,及其各种条件,确定相关参数,方便对其结构尺寸的确定,并通过计算将其确定. 应用Auto CAD软件绘制结构图,并将其中重要部件单独绘出. 第2章 薄膜蒸发器的研究进展 2.1工作原理 物料由进料口进入筒体后,由于转轴产生的离心力使其向上进入分离筒,然后通过分布器均匀分散开,并且利用刮板的高速旋转使其成膜状均匀分布,夹套中通入高温蒸汽或者导热油,与筒体内物料进行热交换,使其迅速蒸发,这时膜层厚度减薄,从进料口进入的物料又经过以上路径成膜蒸发,如此反复循环.没有蒸发的液体可由底部排出,蒸发气体经除沫器由二次蒸汽出口排出[]. 2.2基本结构 薄膜蒸发器的基本结构可以分为两大部分:驱动和蒸发浓缩装置.其基本结构如图1所示.其中驱动部分主要由电机和减速机组成轴封,下端采用轴承密封上端采用机械密封保证其密闭性,设备蒸发浓缩部分由转子和装有加热夹套的筒体组成,转子由分布器,捕沫器p主轴p刮板及其支架等组成,设备底部可以设置浓缩液出口,如果物料很容易蒸发,可以去除,上部侧面为二次蒸汽出口[].在实际生产应用中刮膜薄膜蒸发器和其它辅助设备构成蒸发操作系统辅助设备一般有预热器预蒸馏和脱溶剂设备,真空设备泵和贮罐等[].此次主要针对薄膜蒸发器进行设计,故其它结构省略. 图1:薄膜蒸发器基本结构 注:1-电机,减速机 2-上端机械密封 3-分离筒 4-捕沫器 5-分布器 6-转子 7-刮板 8-筒体 9-夹套 10-低封头 11-下端密封 2.3国内外同类研究概况 蒸发操作是化工行业中常用的操作,可以由许多设备来完成,例如降流蒸发器,强制循环蒸发器和薄膜蒸发器等[].而薄膜蒸发器的使用最为广泛,主要原因是因为其蒸发速度快,传热效率高,物料停留时间短,操作弹性大,还适应与热敏性及其易结垢物料的蒸发[].它是通过疏水膜形式以连续蒸发的方式来浓缩溶液的. 薄膜蒸发器的全称为机械搅拌式薄膜蒸发器,又名为旋转薄膜蒸发器,它是在真空条件下进行薄膜蒸发的设备.薄膜蒸发器的结构是由其用途决定的,一般情况下,薄膜蒸发器的壳体和驱动系统没有太大区别,主要根据转子的结构不同来进行分类,可以分为

0 间隙式,固定间隙式和可调间隙式三种.

0 间隙式又称刮壁式,当转子旋转时,刮板会由于离心力的作用贴紧筒体壁面运动.固定间隙式的刮板固定在转子式,不接触,不接触筒体壁面,又称为不刮壁式.可调间隙式薄膜蒸发器介于以上两者之间,其刮板端面到筒体壁面的距离随着转子的轴向定位而确定下来. 薄膜蒸发器的起源可以追溯到20世纪四十年代,由瑞士苏黎士的Dr.H ansM ucller[]发明并设计制造出了第一台小型的薄膜蒸发器机.这一薄膜蒸发器的结构虽然相对比较简单,但是相较其它蒸发设备而言,已经有了很大的改进,因此受到当时许多业内人士的关注.苏黎世的Luwa A .G看好了它的发展前景,出资获得了此项发明的专利权并使这项发明实现商业化,薄膜蒸发器由此才慢慢地被业内人士所认知熟悉.此后,欧洲人使这一新型蒸发器发展成为连续式搅拌薄膜蒸发器,并与1960年将其投入到高分子反应工程和干燥工程,接着在化工,石油,食品,染料,制药以及废水处理中的蒸发,脱水,脱臭以及冷却结晶和一些化学反应中得到应用.发展到现在,这种可用于粘性、热敏性以及有发泡结垢趋势地物料蒸发浓缩的高效节能装置已经在许多行业中得到了快速的推广和发展.目前美国Chemetron,Blaw-knox, Pfawdler和Kontron等公司,瑞士Luwa公司,英国的Henry Balfour公司,日本的三洋机械,日南机械、日立制作所、神钢77 '

F T 一一,等都有关于薄膜蒸发器产品制造研究[].它们已经在系列化,大型化方向上作出了很大的成就.国外在50年代就开始对薄膜蒸发器的传热性能以及混合流动机理进行研究,并且提出了一些流动模型.发展到现在,其理论已经相对完善. 我国从六十年代起就开始从事于薄膜蒸发器的研制,当时主要是在化工及染料等行业中采用中小型的刮膜蒸发器.在1970年,北京向阳化工自行设计了蒸发面积为14m2的大型薄膜蒸发器,该设备应用于苯酚――丙酮的生产,运行状况良好.80年代的中期,无锡大众化工厂与南京化工大学互相合作,在国内首次将6m2的薄膜蒸发器应用于浓碱液的制取工艺当中,并且获得了初步成功[].在该生产实践种可以看出:这种类型的蒸发器具有很高的蒸发强度和传热系数,只需要使用低压加热蒸汽去加热,就可以大大地减缓碱溶液对生产设备的腐蚀破坏,因此可以用........