机械搅拌式薄膜蒸发器的计算机辅助设计软件尹 侠1 贺小华1 陈迁乔2(1南京化工大学机械工程学院,南京,210009)(2南京理工大学化工学院,南京,210094)摘 要:该软件是用于薄膜蒸发器设计过程的一个多功能软件。
软件具有设备选型、设计计算、实验数据处理与施工图设计等功能。
软件的开发对缩短薄膜蒸发器的设计周期,加快其推广应用具有现实意义。
关键词:薄膜蒸发器 设计 计算机软件中图分类号:T Q051.6+2 T P391.72 文献标识码:A 文献编号:1007—7537(2000)06—0039—04 机械搅拌式薄膜蒸发器(以下简称薄膜蒸发器)的研究已有一定的历史,但由于沸腾传热及刮板刮擦成膜的复杂性,这一领域还是一个实验性强,带有经验色彩的学术领域[1]。
目前在国内,薄膜蒸发器的研究和推广应用获得了一些进展,但其蒸发机理、性能测试以及不同物料的试验研究等的基础数据很少,制约了对蒸发器的深入研究,尚未见过应用于多种物料计算的薄膜蒸发器的计算机辅助设计软件。
为此,作者编制了薄膜蒸发器的计算机辅助设计软件(以下简称“软件”),旨在充分利用计算机软件技术,结束长期以来薄膜蒸发器试生产前,其生产能力、工艺计算估算的局面,同时减少薄膜蒸发器设计手工计算的繁琐,缩短设计周期,加快其推广应用。
1 软件结构与功能该软件是用于薄膜蒸发器设计过程的一个多功能软件。
软件的开发采用面向对象功能的Visual Basic6.0,并利用AutoCAD R14中的ActiveX Au-toma-tion开发技术得以实现。
软件主要包括:设备选型、设计计算、结构简图、施工图设计、实验数据处理、设计计算书6大部分内容。
其功能框图如图1所示。
软件以结构简图、设备选型为先导,按照生产过程所提出的工艺要求,进行工艺计算及强度计算,经系列化调整得最终参数结果,并根据参数设计结果完成薄膜蒸发器各零部件及整机的结构和参数设计,最终以设备施工图的方式给出设计结果。
软件尚具有试验研究功能,通过实验数据的自动采集处理,完成实验结果的积累和自动化处理过程。
用于工业生产中,可以根据具体的操作过程和要求,自动检测和调整各操作参数,以达到设备的最优化操作状态。
该软件能推广应用于化工、医药、环保和食品等行业。
图1 薄膜蒸发器计算机辅助设计软件功能框图 Fig.1 Scheme for computer aided des ign softw areof thin-fil m evaporator2 各功能模块介绍2.1 设备选型模块图2为设备选型窗体。
用户可以选择外冷式或内冷式蒸发器,对每一种蒸发器,按刮板的设置不同,又有固定刮板式和活动刮板式(即“0”间隙式)。
选择了蒸发器型式及刮板设置方式后,软件随之调用不同的设计计算和设计输入模块。
为了帮助用户全面了解薄膜蒸发器与其它蒸发器的结构特点、性能比较及适用范围等,窗体中还给出了总传热系数、第22卷第6期 南 京 化 工 大 学 学 报 V ol.22N o.6 2000年11月 JO U RN AL O F NA NJIN G U N IV ERSI T Y OF CHEM ICA L T ECHNO LOG Y Nov.2000收稿日期:2000-10-25作者简介:尹侠(1953年生),女,山东济南人,副教授,主要研究方向为化工过程装备。
内外冷式特点、选型依据几个菜单。
总传热系数菜单给出了8组常用组分(含水溶液的浓缩、有机物的脱水、有机物蒸馏等)的总传热系数的近似值[2],用户可以根据处理物料的物性及操作性质,在数据输入模块初设总传热系数时作为参考。
内外冷式特点菜单分别给出了内冷式蒸发器与外冷式蒸发器的结构特点、操作条件、适宜物料等。
选型依据菜单则详尽列出了各种型式蒸发器的结构特点、传热蒸发性能比较以及物料适用范围等,作为设计选型的一些参考,从而帮助用户结合特定的物料特性及工艺条件,选择较为适宜的蒸发器结构形式。
图2 设备选型模块Fig .2 M odule of equipment type selection2.2 设计计算模块该模块包括数据输入、工艺计算和强度计算3个子模块。
所有数据输入完毕,软件经工艺计算和强度计算并系列化调整得最终参数结果。
以下分别对各子模块作一介绍。
2.2.1 数据输入子模块图3 数据输入子模块Fig .3 Data inpu t module 该子模块含物料特性参数、工艺设计参数、强度设计参数及其它数据参数的输入。
图3给出了物料特性参数输入子模块窗体。
为减少数据的重复输入,对于物性数据,采用数据库读取的方式,此数据库可扩充、删除,还可查询,也可以直接点击数据控件(Data1)左右的箭头进行查询选择。
目前软件数据库已存储若干组烧碱的物性数据。
设备设计参数的输入可以保存在其它数据文件中。
用户可通过点击“打开数据文件”按钮自动输入。
该数据库已存储1～20m 2系列薄膜蒸发器的多组设备设计参数。
在数据输入过程中,用户可随时将鼠标置于各文本框的标题上,在窗体下部的提示栏会出现诸如所输数据的单位、数值范围以及参数选取原则等,方便用户操作。
2.2.2 工艺计算模块图4 工艺计算流程图Fig .4 Flow chart of process calculation40 南京化工大学学报 第22卷工艺计算模块采用化学工程手册[3]给出的模型进行设计计算。
该模型考察流体在薄膜蒸发器中的整体运动所导致的热传递,以守恒原理为基础对热量进行总体衡算,建立方程。
工艺计算流程图如图4所示。
2.2.3 强度计算模块按照GB150-1998[4]分别对薄膜蒸发器各主要受压元件内筒、夹套、分离筒、平盖等进行了内压强度设计及外压稳定性校核;对传动轴进行了强度和刚度计算。
软件已储存多种材料的机械性能数据库。
各受压元件强度计算公式这里不再赘述。
软件经工艺、强度计算,并系列化调整最终输出设计计算结果,图5列出了NaOH 溶液浓缩的设计计算结果。
2.3 结构简图模块设计计算完毕,蒸发器的主要结构参数也随之确定。
该模块只需用户选择需要查询的蒸发器的规格(传热面积1～20m 2),软件即能自动给出相应规格的薄膜蒸发器的设备结构简图,并由设计计算模块反馈其主要结构参数,列于尺寸表中。
该结构简图还可连机打印。
图6给出了8m 2薄膜蒸发器的结构简图。
点击右上侧的箭头,还可显示设备技术要求等其它信息。
结构简图虽较施工图简单,但仍具有一定的实用价值。
在技术保密的前提下,此图可供用户进行方案比较和粗略的工程预算。
图5 软件设计计算结果Fig .5 Softw are calculationresults图6 薄膜蒸发器结构简图Fig .6 Sketch draw ing for thin -fil m evaporator2.4 施工图模块本软件利用AutoCAD R14中面向对象的编程接口ActiveX Automation 技术,使得AutoCAD 被登录为其它应用程序可以操作的对象,从而使软件的设计计算与施工图绘制有机地结合起来。
软件已储存1～20m 2所有规格的蒸发器的施工图。
点击“施工图”模块,用户可选择“装配图”或“零部件图”菜单。
选择装配图,软件自动切换到AutoCAD R14平41第6期 尹侠等:机械搅拌式薄膜蒸发器的计算机辅助设计软件 台,并显示储存在用户创建的子目录中的设备装配图。
用户也可根据自己的特殊需要,在此图基础上进行修改并存盘、打印。
选择零部件图,软件提示用户选择需要查询或打印的零部件名称,同样可在AutoCAD R14平台上进行修改、存盘或打印。
2.5 设计计算书模块用户输入所有原始数据,并经设计计算模块计算,软件立即显示图5所示的主要设计参数结果。
如用户需要得到详尽的设计结果,可点击设计计算书模块。
该模块以通用的设计计算书格式完整地给出了所有输入数据及设计计算输出结果。
2.6 实验数据处理模块该模块可直接调用Grapher 数据处理软件,便于数据积累,对蒸发器的性能开展长期和深入的研究。
软件已储存多组碱液的蒸发实验数据,可以给出流量对总传热系数、蒸发强度的影响关系,转速及流体粘度对总传热系数、蒸发强度的影响关系等。
图7为不同转速下,流量与总传热系数的关系曲线。
从图中可以看出,任一转速下,增加进料量,总传热系数均随之增大。
这是由于随着进料量的增加,加热面利用率提高,料液在蒸发器内流速增大,湍动程度增强,促进了汽泡的不断形成和溢出,减少了汽泡跃离的热能消耗,使总传热系数得以增大。
但这一增大趋势不是无限的。
由于实验装置流量计容量的限制,没有测出进料量较大时的实验数据。
本模块旨在通过实验数据的自动采集处理,完成实验结果的积累和自动化处理过程,用于指导工业生产。
3 结 论薄膜蒸发器的计算机辅助设计软件集设备选型、设计计算、实验数据处理与设备施工图绘制于一体,是用于薄膜蒸发器设计过程的一个多功能软件。
软件计算模型选用正确,结果可靠,界面友好,易于推广应用。
图7 不同转速下,流量与总传热系数的关系曲线 Fig .7 T he relationship betw een flow quantity and heattransfer coefficient参考文献[1] Burrow s M J ,Beveridge G S .The centrifugally agitated wipedfilm evaporator [J ].Chem Eng ,April ,1979(343):229232[2] M utzenburg A .B .Agitated thin -film evaporators [J ].Chem Eng ,1965:(13)p175-184[3] 化学工程手册编辑委员会编.化学工程手册[M ].北京:化学工业出版社,1985[4] 中华人民共和国国家标准.GB150-1998钢制压力容器[S ].北京:中国标准出版社,1998C OMPUTER AIDED DESIGN SOFTWARE OFMECHANIC AL AGITATED THIN -FILM EVAPORAT ORY in Xia 1 He X iaohua 1 Chen Qianqiao 21College of M echanical Engineering ,N anjing University of Chemical Technology ,N anjing ,210009,China 2College of Chemical Engineering ,N anjing University of Science &T echnology ,Nanjing ,210094,ChinaA bstract A multi -functional softw are was used in the design process of thin -film evaporator .It has the func -tions of equipment type selection ,process &strength calculation ,experiment data processing and the generation of construction draw ing .The development of the software has realistic significance fo r shortening the desig n cy -cle and quickening the popularization &application of the thin -film evaporator .Key words thin -film evaporator design software42 南京化工大学学报 第22卷。
