《化工設備設計基礎》課程設計計算說明書學生姓名：學號:所在學院：專業：設計題目：指導教師：2０11年月日目錄設計任務書…………2設計參數與結構簡圖………………４設備的總體設計及結構設計………５強度計算……………7設計小結…………．．1３參考文獻…………．。14一、設計任務書１、設計題目根據《化工原理》課程設計工藝計算內容進行填料塔（或板式塔）設計。設計題目:各個同學按照自己的工藝參數確定自己的設計題目：填料塔（板式塔）DNXXX設計。例：精餾塔(DN1８００）設計２、設計任務書2。1設備的總體設計與結構設計(１）根據《化工原理》課程設計，確定塔設備的型式(填料塔、板式塔）;（２）根據化工工藝計算，確定塔板數目（或填料高度）;（3）根據介質的不同，擬定管口方位；（４)結構設計，確定材料。2.2設備的機械強度設計計算(1)確定塔體、封頭的強度計算。(2）各種開孔接管結構的設計，開孔補強的驗算.（3）設備法蘭的型式及尺寸選用;管法蘭的選型.（4）裙式支座的設計驗算。（5）水壓試驗應力校核。2.3完成塔設備裝配圖(1)完成塔設備的裝配圖設計,包括主視圖、局部放大圖、焊縫節點圖、管口方位圖等。（２)編寫技術要求、技術特性表、管口表、明細表和標題欄。3、原始資料3.1《化工原理》課程設計塔工藝計算數據。3.2參考資料：[１］董大勤。化工設備機械基礎［Ｍ］。北京：化學工業出版社，２003.[2］全國化工設備技術中心站。《化工設備圖樣技術要求》2０00版［S]。［3］GＢ15０—１99８.鋼制壓力容器［Ｓ］.［４］鄭曉梅。化工工程制圖化工制圖［M］.北京:化學工業出版社，2002.[5]ＪB/Ｔ４710-２005．鋼制塔式容器[S］．４、文獻查閱要求設計說明書中公式、內容等應明確文獻出處；裝配圖上應寫明引用標準號。5、設計成果１、提交設計說明書一份。2、提交塔設備(填料塔、板式塔)裝配圖一張（A1).（精餾塔設計例題)二．設計參數與結構簡圖1、設計參數精餾塔設計的工藝條件由化工原理課程設計計算而得。工作溫度°C：120設計溫度°C:15０工作壓力ＭPa：0.1設計壓力ＭPa:０.１1塔體內徑ｍm:1800塔板數塊：38介質：苯-甲苯混合物2、結構簡圖(根據自己的設計題手畫)圖1精餾塔結構簡圖三.精餾塔的總體設計及結構設計1、根據《化工原理》課程設計，確定塔設備的型式（填料塔、板式塔）。本設計的精餾塔型式為板式塔２、根據化工工藝計算，確定塔板數目(或填料高度）。由化工工藝計算塔板數目為30塊3、根據介質條件的不同,擬定管口方位。4、結構設計,設備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。１）零部件材料的選取根據精餾塔工藝條件（介質的腐蝕性、設計壓力、設計溫度）、材料的焊接性能、零件的制造工藝及經濟合理性進行選材：塔體：16ＭnR封頭：１6MnＲ接管：２0塔盤、底座：Q２35-Ｂ容器法蘭:16MnR管法蘭:16MnII（材料的許用應力按照《化工設備機械基礎》表8－７查并列表）材料許用應力（ＭPa)Q3４5R（16MnＲ)１7０Ｑ235-B113１6ＭｎII1７020１3３2）塔盤結構根據工藝條件、塔體直徑，塔盤結構選為單液流分塊式塔盤,具體塔盤結構及尺寸的選取見第十七章第三節（p４３0—４38）.（自選)３)工藝接管接管的選取根據介質流量,參照GB12７７１—9１，接管的選取如下表:名稱進料管塔頂回流管塔底出料管塔頂蒸汽管再沸器回流管公稱直徑(mｍ）8０８080450５0０4）壓力容器法蘭和接管法蘭壓力容器法蘭的選取按照《化工設備機械基礎》選JB/T４70０～4707—２000標準。(按照《化工設備機械基礎》（p263)寫出選取過程)設計條件：工作溫度°C：１２0設計溫度°C：150工作壓力MPa:０。1設計壓力MPａ：０。11塔體內徑mm：1800介質:苯-甲苯混合物（ａ)法蘭類型ＤＮ＝1800，p=0．11MＰa，表10—1選甲型平焊;(b）ｐ=0．１１MＰa,t＝1５0℃,查表１0—10材料為16ＭnＲ,定PN=0．25MPａ，150℃時允許［ｐ]=０．25MＰa>ｐ，所以ＰN＝0。25ＭPa。（c）確定結構尺寸（p2５4）。（d）法蘭標記法蘭—ＲF１８00－0。２5JB/T4701－20０0選取結果如下表:設備法蘭MFM１８００—0。25JB/T4703-2０0０材料Q345R（16ＭｎＲ）管法蘭選取結果匯總：進料管法蘭HG２0５94法蘭SO80—1。0MFＭ１81６MnII塔頂回流管法蘭ＨG2０５94法蘭SＯ80－１。0ＭFＭ1816MｎII塔頂蒸汽管法蘭HG２0５94法蘭SO８0-1．0MFM１８1６ＭｎII塔底出料管法蘭HＧ20594法蘭SO450-1。0MFＭ2816MnIＩ在沸器回流管法蘭HG2０5９４法蘭SO500-1．０ＭFＭ281６MnII5）法蘭密封墊片的選取法蘭密封墊片的選取參照《化工設備機械基礎》表10—30法蘭密封墊片選非金屬軟墊片PN=0.２5MPa(JB/T47０4—2０00)P265墊片1800—0．25JＢ/T4704－20006)裙座選取裙座的選取根據參照《化工設備機械基礎》圖17－21確定裙座各尺寸。支座選取裙式支座7）人孔設置人孔的選取根據筒體直徑和公稱壓力參照《化工設備機械基礎》表１１-1和表1１-６，本設計中選用帶頸平焊法蘭人孔，公稱壓力1.0MＰａ,公稱直徑５0０mｍ，標準號為HG２059４—９5.8）手孔設置手孔選取同上,本設計中選用不銹鋼板式平焊人孔（僅限凸面）,公稱壓力0。６MＰa，公稱直徑150mm,標準號為ＨG20597-95。9）視鏡和液位計的選取視鏡和液位計的選取根據《化工設備機械基礎》表11－９、表１1-11選取10)焊接接頭形式和和焊接材料的選取焊接接頭形式的選取參照《化工設備機械基礎》第十四章第二節（ｐ３67-377）,焊接接頭形式按HG205８3-1998，A、B類焊接接頭按照HG205８3－1998中ＤU4,Ｄ類焊接接頭按照HG２05８３-19９8中G2，帶補強圈D類焊接接頭按照JＢ／T4736－２0０2中C，焊接材料的選取參照第十四章《化工設備機械基礎》第四節(p３79－382），標準GＢ/T511７－９5、GＢ/T5118—95ＧB／T９8３-9５焊接接頭的檢驗《化工設備機械基礎》第十四章第三節（p３7８）１1）壓力容器類別的劃分壓力容器類別的劃分按《壓力容器安全技術監察規程》,《化工設備機械基礎》p386本設計塔器為低壓分離設備，介質為易燃、中毒危害介質,故劃分為一類壓力容器.四、強度計算1、塔體壁厚計算（筒體的設計參照第八章第二節p172—185)。塔體圓筒體壁厚計算按照GB１50—1998《鋼制壓力容器》式５-1計算壁厚：(4-1)式中:塔體的理論計算壁厚，mｍｐc:塔體的計算壓力,ＭPaＤｉ:塔體內徑，mm:鋼板在設計溫度下的許用應力,ＭPa：焊接接頭系數;名義厚度：;（４-2）；;式中：名義厚度；C1:腐蝕裕量；C2：鋼板負偏差；：圓整量；：有效厚度;查表《化工設備機械基礎》表8-7=170MPapc：取塔體的設計壓力,０.１1ＭPa焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=０。８5代入數據到式(4－１)得：==0.６9mｍC1＝１mmC2=0mｍ代入數據到式(4-2）得：名義厚度:=2mm按最小厚度min要求取＝6mｍ2）封頭的強度計算（封頭的設計參照第八章第二節ｐ175-185)。塔體封頭壁厚計算按照GＢ１5０—1998《鋼制壓力容器》式7－1計算壁厚:（4-3）式中：塔體封頭的理論計算壁厚，ｍｍpｃ:塔體的計算壓力，ＭＰaDi:塔體內徑，mm：鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa:焊接接頭系數;名義厚度：;；;式中：名義厚度；Ｃ1：腐蝕裕量；C2:鋼板負偏差；：圓整量；:有效厚度；查表《化工設備機械基礎》表8-7=170MＰapc:取塔體的設計壓力,0．1１MPａ焊縫為雙面焊，100%射線檢測，取=1代入數據到式（4-3）得：==0。59mmＣ1＝１mmC2=0mm代入數據到式（4-2）得:名義厚度:=２ｍm按標準橢圓封頭最小厚度min>０。１５％Di要求取=6mm查《化工設備機械基礎》(ｐ196)選標準橢圓形封頭ＪB/Ｔ4746－20０２封頭直邊高度h０取2５mm封頭高度h取45０ｍm3）開孔補強計算開孔補強結構選用JB/T4736—20０2補強圈結構，補強圈尺寸按照《化工設備機械基礎》ｐ327（列出所選尺寸)，焊接坡口尺寸選《化工設備機械基礎》第十四章第二節p375Ｃ型。開孔補強計算采用等面積補強法,其公式參照第十二章第一節（p326—p３35).例:人孔開孔補強計算:人孔選公稱壓力１。０MPa，公稱直徑500mm，標準號為ＨG20594—9５接管￠53０８(p３0２）材料：20ａ。開孔所需補強面積;A=d＋２eｔ（１-)(４-４)式中：強度削弱系數d：開孔直徑mm:塔體的計算壁厚mmｅt：接管的有效厚度mｍd＝di+2Ct=(53０—１6）＋2（1＋０）＝５1８mmｅｔ=nt-Cｔ=８-１=7mｍ塔體材料:16ＭnR=1７0MPa接管材料:２０t=1３0ＭPa＝=０。78代入式（4—4）A=＋２eｔ（1－）=518+２0.697（１—0.7８）=３59.５mm2b.有效補強范圍內的補強面積：①有效補強范圍有效寬度:Ｂ=2d=2５18=１０3６mm外伸高度:ｈ1=＝=64。４mm內伸高度:ｈ２=0ｍｍ②殼體多余截面積A1=（B－d)（－)—2et（—)(１-）(4—５）代入式（4－5）Ａ1=(1036-518）（7-0。69）－２7(7-０。６９)（1-0。7８)=121１.２mm2③接管多余截面積A2=2h1（ｅt－t）+2ｈ2（et-C２）（4—6）接管計算厚度t===0。22mｍ式中di：接管內直徑mmdｉ=530—16=５14mm代入式(4-6）Ａ2=2h１（eｔ-t）＋2h２(ｅｔ-Ｃ２)=２64.4(7—０。２2）0．78=６８1mm2④焊縫金屬截面積A3＝66=3６ｍm2A1+A2+A3〉Ａ滿足不另行補強條件，所以不需補強。其它開孔直徑比人孔直徑要小，故不需再進行開孔計算(如計算結果需要補強,還需對其他接管進行補強計算）4）筒體的穩定性校核因圓筒不受外壓，所以此處不必對圓筒的周向穩定進行校核。如筒體工作壓力為真空,筒體的軸向穩定性校核參照第九章第六節(p２42-２４4）。5）裙座的軸向穩定性校核裙座的軸向穩定性校核：參照《化工設備機械基礎》p442圖1７－２１確定裙座各項尺寸，查取相關許用應力。根據《化工設備機械基礎》p２42進行裙座的軸向穩定性校核.6)座圈的壓應力校核ｍ封頭=1202＝２40kg（p19７）m筒體=267２6.5=240kg(p195）ｍ塔盤=ｎ（Aa＋Ａf+Ai）ρ=６９95．4kｇm水＝ｖ筒26.2ρ水+ｖ封2ρ水=2。5４5２6.2100０+0。8２６21000=６8331kｇ(p1９5、197)Q設備=m封頭+m筒體+m塔盤=8８4４５Q附件＝10％Q設備=８８