DOC《南京林业大学》

二是增大冷热流体的进出口温差以改变.由此可见这样就使得耗能增加,这种方法不行.蜂窝夹套是在平均传热温差和换热面积不变的情况下[],改善物料的流动特性,增大传热系数,增加传热面积从而增加传热量. 在对流传热过程中,会产生有固体相互连接的薄膜,这些薄膜在热传导过程中起关键作用,薄膜粒子不会随着流体主体中被加热分子的运动而运动,它又是流体主体与固体之间的主要热阻,可以通过加大流体的流动速度来减小薄膜厚度,从而使得流体流动从层流变成紊流,但问题是再继续增加流动速度传热强度增加就会不明显. 蜂窝夹套是对传统夹套结构形式的一种改进,在介质供给工况不变的前提下[1],它能够使流体流速增加,与此同时,介质在蜂窝点会不断碰撞形成小涡流,整个腔内的物料流体流动会变为紊流,增强了冷热交换,提高了换热效率,所以说蜂窝夹套性能要优于传统夹套的性能. 1.2.3蜂窝夹套的强度机理[4] 蜂窝夹套采用了一种特殊的蜂窝结构,也就是在将夹套板冲压成许多按正三角形排列的圆台形凹坑均匀的布置在夹套上形成蜂窝,并且底部冲有圆孔,在圆孔处筒体与夹套焊接在一起,成为蜂窝状结构.这样筒体与夹套便连成一体,筒体与夹套之间形成了蜂窝,增加了筒体的外压稳定性,提高了筒体的承压能力,夹套与筒体的强度与刚度也同时得到了提高,这样一来夹套与筒体的厚度就可以减薄了,又节省了材料. 1.3基本结构 薄膜蒸发器是由驱动和蒸发浓缩两部分组成[2].其基本结构如图1.3所示.其中驱动部分主要是由电机和减速机组成轴封,上端采用机械密封.下端采用轴承密封来保证其密闭性,蒸发浓缩部分由转子和装有蜂窝夹套的筒体以及分离筒组成,转子由捕沫器、物料分布器p主轴p刮板等部件组成,设备底部设置浓缩液出口,分离筒上设二次蒸汽出口. 1――电机,减速机;

2――上端机械密封;

3――分离筒;

4――捕沫器;

5――物料分布器;

6――转子;

7――刮板;

8――筒体;

9――蜂窝夹套;

10――下端密封;

11――支座. 图1.3 薄膜蒸发器结构 1.4国内外研究概况 本次设计的薄膜蒸发器属于机械搅拌式薄膜蒸发器[],从二十世纪40年代出现以来,作为一种高效节能的蒸发设备,具有传热效率高,物料在表面蒸发停留时间短,蒸发速度快等等许多优异的性能,尤其适用于热敏性、高粘性以及易结晶物料的蒸发浓缩.薄膜蒸发器通常是在真空下操作的,其结构一般取决于用途,结构的不同主要是在转子和夹套的结构上.蜂窝夹套作为薄膜蒸发器中夹套形式的一种创新[1],是在传统夹套的基础上,采用一种特殊的蜂窝结构,这种结构加强了外压筒体的稳定性,在物料供给工况不变的情况下,能够增加腔内流体的流速,与此同时,物料在蜂窝点处经过多次互相碰撞形成局部小涡流,于是整个腔内物料流动形成紊流,破坏了原有的层流层,使冷(热)交换加速,从而提高了传热能力和换热效率,这方面明显优于传统形式的夹套. 国内外对薄膜蒸发器已经做了大量的实验研究,国外薄膜蒸发器已经在系列化,大型化,通用化等方面取得了很大的进展[],并且在蒸馏、分离、浓缩、脱气、除臭、反应等等工艺中得到了广泛的应用.国外对蒸发器做过模拟系统,模拟蒸发过程中各种因素的影响,并与实际情况相比较,使得蒸发器的应用更趋于成熟[].世界上第一台薄膜蒸发器样机是在1940年由瑞士苏黎士的Dr.H ansM ucller发明制造,受到当时很多人的重视与关注,随后,其专利权被苏黎世的Luwa A .G获得,使这项发明实现商业化.后来的几十年中薄膜蒸发器有不断的被改进与创新,在上世纪60年代,欧洲人将其投入到干燥工程以及高分子反应工程中,随后在化工、石油、食品、染料、制药以及废水处理中得到广泛的应用.目前像英国的Henry Balfour公司,瑞士Luwa公司、日本的日南机械、日立制作所、三洋机械,美国Blaw-knox,Chemetron和Pfawdler等许多公司都曾对薄膜蒸发器进行过研究与设计,并都在多方面取得了很大的成功.梅西大学的 H. CHEN和新西兰的 R. S. JEBSON 对影响降膜蒸发器的因素做了大量的实验研究,使得降膜蒸发器在牛奶工艺上的应用有了更广泛的依据[]. 我国国内从上个世纪60年代起也开始研制薄膜蒸发器,比如1970年,北京向阳化工厂设计了蒸发面积为l4m2,高10.8m的大型薄膜蒸发器用于苯酚-丙酮的生产上,并且运行很成功.80年代中期,无锡大众化工厂和南京化工大学进行合作[6],首次在国内将6m2薄膜蒸发器用于制取浓碱液工艺中,获得了成功.在这次生产实践中人们发现这种类型的蒸发器具有很高的蒸发强度和传热效率,只需要使用低压加热蒸汽去加热,就可以极大的减缓碱溶液对生产设备的腐蚀,因此可以用普通的不锈钢材料来代替昂贵的镍去设计制造浓效蒸发器,这一成果得到了国内许多氯碱生产厂家的认可.1992年研制成功了8m2薄膜蒸发器,在安徽歙县树脂厂首次被使用,接着在我国几十家电化厂中推广应用,并取得了显著的社会效益和经济效益.随后从1994年起,我国开发研制了10-20m2一系列的大型薄膜蒸发器,到现在已经形成系列化产品,并在新疆阿克苏青松建材化工总厂烧碱厂、山东农药工业股份有限公司、山西潞城化学工业公司、山东东营化工厂等单位得到了成功应用,但国外可以设计制造出蒸发面积在40m2以上的大型高效薄膜蒸发器,国内与之相比仍然还有很大的差距.薄膜蒸发器发展到今天,已经较为成熟,这种高效节能并可用于粘性、热敏性及有发泡结垢趋势物料的蒸发浓缩装置中,在众多行业中得到迅速的应用和创新. 目前,国内的薄膜蒸发器大多是采用了国外的技术,但是在结构上已经做出了许多改进,能够更好的适应国内的生产要求.国外大规格薄膜蒸发器转子结构型式有LUWA 、SAMBVAY型等类型[6],而我国国内已经研制出具有挠性结构的转子类型,这种结构具有投资小、产量大、蒸发强度大、性能可靠、维修方便等优点,已经用于浓碱液蒸发工艺设备中,这在国外鲜有文献报道.国内外对于薄膜蒸发器的传热系数和蒸发效率也做过许多研究[],但研究多以水为介质,以粘性介质为研究对象的实验研究却较少,南京工业大学老师利用数值模拟分析,研究各介质粘度,工艺参数对蒸发性能的影响,并进行了优化设计.现在生产实践中,反应器的容积要求越来越大,换热能力要求也越来越高[1],这就对夹套形式提出了更高的要求,蜂窝夹套是薄膜蒸发器中夹套型式的一种创新,它是在整体夹套的基础上,采用特殊的蜂窝结构,将蜂窝夹套应用于薄膜蒸发器,不仅提高了薄膜蒸发器的换热效率,也提高了薄膜蒸发器筒体以及夹套的刚度和强度,同时也降低了薄膜蒸发器的壁厚,降低了成本,必将对薄膜蒸发器未来在生产中提高生产效益等起到举足轻重的作用.目前,国内蜂窝夹套的强度设计标准采用GB150-98标准[1],但是行业标准模仿了前苏联的《夹套容器强度计算规范》,计算方法不灵活,所以研究适合的强度计算公式是很有必要的.国外蜂窝夹套技术开始于20世纪90年代初,而国内出现于上世纪90年代中期,国内的蜂窝夹套技术主要应用于制药和啤酒发酵两个领域.国内外对于蜂窝夹套强度理论也都做过许多研究,但都仅限于定性研究蜂窝夹套的传热与强度等方面,很少进行定量研究.对于仅筒体部分包有夹套的这种整体夹套结构, 由于其夹套内流体压力引起的封口环处的弯曲应力很小,对此国内外研究不多.国内外对蜂窝夹套设备的研究大部分仅停留在提高设备的传热性能和优化设计上[],对蜂窝夹套在制造和使用过程中所存在的失效隐患却很少进行分析和提出防患措施,南京工业大学老师和溧阳云龙化工设备有限公司的工作人员针对蜂窝夹套在加工制造和焊接过程中存在的冲压缺陷、焊接变形等问题,以及设备在使用过程中可能出现的失效隐患进行分析研究,并提出有效的改进方法,取得了突破性的进展.蜂窝夹套上均匀分布着大量的蜂窝[1],蜂窝........