化工过程设备选型与设计课程设计报告-浮阀塔设备设计.docx

化工过程设备选型与设计课程设计报告课题： 浮阀塔设备设计 学院： 生物与化学工程/轻工学院 班级： 化学工程与工艺141 姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 2016年1月 1. 设计内容设计一台浮阀塔2. 设计参数和技术特性指标设计参数及要求工作压力/MPa1.0浮阀/个数-设计压力/MPa1.1浮阀间距/mm-工作温度/oC175保温层厚度/mm80设计温度/oC200保温层密度/(kg/m3)300介质名称塔盘存留介质层高度/mm100介质密度/(kg/m3)800壳体材料Q345R设计基本地震加速度0.1g内件材料Q235-A基本风压/(N/m2)650裙座材料Q235-A抗震设防烈度7壳体、裙座厚度附加量/mm2设计地震分组第一组人孔数目/个4场地类别II平台数目/个4地面粗糙度（类）B平台宽度/mm1000塔体内径/mm1800平台包角/o180塔高/mm26360平台面距人孔中心/mm800塔板数目/个40偏心质量/kg4000塔板间距/mm400偏心距/mm2000焊接接头系数0.85地脚螺栓材料Q235-A接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途符号公称尺寸DN连接面形式用途A400SO/RF残液出口K1450-视镜B500SO/RF气体进口M14500-人孔C13150SO/RF料液进口N1480SO/RF液面计口D80SO/RF回流液口P500-检查孔E400SO/RF气体出口V1480-排气孔F1550SO/RF温度计口R150-手孔H50SO/RF加水口3. 设计要求(1) 进行塔体和裙座的机械设计计算；(2) 进行裙式支座校核计算；(3) 进行地脚螺栓座校核计算；(4) 编制设计说明书；(5) 绘制装配图（A0或A1图纸）目录一、塔体的设计条件 1二、按计算压力计算塔体和封头厚度 1三、塔设备质量载荷计算2四、风载荷与风弯矩计算 5五、地震载荷计算 8六、偏心弯矩计算 9七、各种载荷引起的轴向应力 10八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 11九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 13十、基础环设计 15十一、地脚螺栓计算 16十二、筒体与封头联接法兰的选取 17参考文献19主要符号说明 操作平台的投影面积， 基础环的面积， 裙座的底部截面积， 裙座入孔处截面积， 用于确定许用轴向压应力的系数， 基础环外部的径向宽度， 塔各计算段的有效直径， 筒体的内直径， 基础环的内直径， 基础环的外直径， 裙座大端的内直径， 筒体的外直径， 裙座大端的外直径， 裙座小端的内直径， 塔顶管线的外直径， 裙座小端的外直径， 设计温度下材料的弹性模量， 风压高度变化系数 塔的总高度， 裙座总高度， 塔第i段顶截面积距地面的高度， 计算截面积距地面的高度， 塔第i计算段顶截面积距塔底面积的高度， 载荷组合系数 体型系数 风振系数 笼式扶梯当量宽度， 操作平台当量宽度， 偏心质点的中心至塔器中心线的距离， 塔第i计算段长度， 偏心质量引起的弯矩， 塔第1-1截面处的地震弯矩， 塔第1-1截面处的最大弯矩， 塔第1-1截面处的风弯矩， 塔在液压实验状态时的最大质量， 塔在安装状态时的最小质量， 塔的操作质量， 计算截面以上的操作质量，2 计算压力， 塔i-i计算段的水平风力，N 基本风压值， 基础环的厚度， 各计算截面的筒体有效厚度， 封头的有效厚度， 裙座的有效厚度， 筒体的名义厚度， 封头的名义厚度， 塔的基本自振周期， 脉动影响系数， 第N阶振的振型向量元素， 基础环的抗弯截面系数， 裙座底部截面的抗弯截面系数， 地震影响系数， 对应于塔基本自振周期的地震影响系数 地震影响系数的最大值 地震影响系数曲线下降段的衰减指数 管线保温层厚度， 脉动增大系数 第i阶振阻尼比 基本振型参与系数 地震影响系数曲线直线下降斜率的调整系数 地震影响系数曲线的阻尼调整系数 由计算压力引起的轴向应力， 由重力引起的轴向应力， 由弯矩引起的轴向应力， 设计温度下塔壳材料的许用应力， 设计温度下塔壳或裙座壳的许用应力， 设计温度下裙座壳的许用应力， 振型系数一、塔体的设计条件1、塔体的内径，塔高；2、计算压力，设计温度200；3、设置地区：基本风压值；地震设防烈度：7度；场地土类：类；设计地震分组：第一组；设计基本地震加速度: 0.1g；4、 塔内装有40层浮阀塔盘，每块塔盘上存有介质高度为，介质密度为；塔板间距：4005、沿塔高每5m左右开设一个人孔，人孔数为4个，相应在人孔处安装的半圆形平台为4个，平台宽度B=1000mm；平台面距人孔中心：800mm；平台包角：1806、塔外保温层厚度，保温材料密度为 7、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为，偏心距=2000mm； 塔体在175的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体与封头材料选Q345R， 内件与裙座材料选用Q235-A，材料的有关性能参数如下： Q345R Q235-A 8、塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数9、塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。二、按计算压力计算塔体和封头厚度1、塔体厚度计算6.39 厚度附加量C=2mm，圆筒设计厚度 圆整为圆筒名义厚度：10mm 圆筒有效厚度： 封头计算厚度： 封头设计厚度： 圆整为封头名义厚度： 封头有效壁厚： 取塔壳裙座的厚度为，封头的厚度为3、 塔设备质量载荷计算1、塔壳和裙座的质量 圆筒的质量： 塔体圆筒的总高度：21800mm 9730.9kg 封头的质量： DN1800mm壁厚10mm的椭圆型封头的质量为338.4Kg 裙座的质量： 圆形裙座的尺寸： 1705.1kg 1705.1+676.8+9730.9=12112.8kg2、 塔内构件质量： （浮阀塔盘质量75） 7634.1kg3、 保温层质量： 3367.4kg 其中，为封头保温层的质量封头保温层体积为： 0.414、 平台、扶梯质量 为平台的单位质量，查化工设备机械基础表 为笼式扶梯单位质量，为平台数，为平台宽度。 3847.2kg5、 操作时物料质量 + kg 物料密度，封头内容积，塔釜圆筒部分深度 2m，塔板数N=40，塔板上液层高度 6、人孔法兰接管与附件质量 按经验取附件质量为 7、充水质量 + =57100.1kg 其中8、 各种质量载荷汇总 将全塔分为5段，计算各质量载荷（计算中略有近似）塔段12345合计塔段长度/mm3820310058006400724026360人孔与平台数011114塔板数0013131440m01/kg2070.91383.82589.12857.03212.012112.8注：3.82m裙座+下封头质量=1705.1+365.8=2070.9m02/kg-2479.82479.82670.67630.2注：塔盘质量=0.7853.2475各段塔盘数，塔盘单位面积质量为75kg/m2m03/kg123.0443.9830.6916.51053.43367.4注：保温材料，上下封头质量123.0kg，其余为143.2各塔段长度m04/kg152.8825.8933.8957.8977.03847.2注：平台扶梯质量，每个平台质量为701.8kg，每米扶梯为40kgm05/kg661.64071.52646.52646.52844.312869.9注：封头内的物料质量为800（0.8270+1.62）=4733.1，其余各段为各段塔板总的存留介质质量，2段为塔釜直筒段存留介质质量ma/kg387.7366.4685.6756.5832.03028.2注：附件质量=0.25m01 mw/kg8277888.514759.216286.017339.457100.1充水质量=塔容积水密度，1段为封头充水质量=0.82701000=827kgm0/kg3405.07091.410165.410614.111584.042859.6me/kg-4000-4000.0各段最小质量7853786113098320836829989.7全塔操作质量=m01+m02+m03+m04+m05+m+me=46859.6kg全塔最小质量=m01+0.2m02+m03+m04+me+m=27885.5kg水压试验时最大质量=m01+m02+m03+m04+m+me+mw=91089.8kg 4、 风载荷与风弯矩计算1、 风载荷计算 由下式计算各塔段得水平风力 式中：体形系数，对圆筒形容器， 风振系数， 其中：为脉动增大系数， 为脉动影响系数， 为振型系数， 为风高度变化系数 10m高处基本风压值，风压高度变化系数计算段长度脉动影响系数塔的基本自振周期，对等直径、等厚度得圆截面塔： 0.887s 脉动增大系数，根据=0.511，查得：2.31 振型系数 塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90，a与b中取大值。 ： ： ， 表3.3 各塔段计算结果项目塔段号123456塔段长度95028703100580064007240计算截面距地面的高度0.953.826.9212.7219.1226.0脉动增大系数（B类）2.31脉动影响系数（B类）0.720.720.720.740.780.83振型系数0.040.140.240.480.731.00风高度变化系数1.0001.0001.0001.0841.2281.3691.071.231.401.741.992.21表3.4 各塔段得有效直径项目塔段号123456塔段长度9502870310058006400724040000580.6310.3281.3248.6a2380.02380.02960.62690.32661.32628.6b2540.02540.03120.62850.32821.22788.61174.84079.76162.214187.620076.027792.82、风弯矩计算 0-0截面 1-1截面： 2-2截面： 5、 地震载荷计算 地震影响系数： 由化工设备机械基础查得（设防烈度7度，设计基本加速度0.1g） 塔的总高度 H=26360mm， 全塔操作质量 46859.6kg，重力加速度 ， 取第一振型阻尼比为， 则衰减指数： 0.038 表3.2 地震载荷参数表塔段号12345备注3405.011091.410165.410614.111584.019105370982015920227400.0830.3940.9732.013.430.2824.379.8921.3339.730.23717.296.3428.31362.20.0330.1560.3860.7981.3620.951.3190.038，直立圆筒20.9322.5731.41578.72940.8 计算截面距地面高度：0-0截面： 1-1截面： + 2-2截面： 六、偏心弯矩计算七、各种载荷引起的轴向应力 1、计算压力引起的轴向压应力 其中 2、质量载荷引起的轴向压应力 0-0截面： 裙座的有效厚度 1-1截面： 其中，为人孔截面的截面积 设，则， 2-2截面： 3、 最大弯矩引起的轴向应力 0-0截面： 其中，最大弯矩取下式计算值中较大者： 1-1截面： 设，则， 2-2截面： 八、筒体和裙座危险截面的强度性校核 1、筒体的强度与稳定性校核 （1）强度校核2-2截面：筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉力：因为，故满足强度条件。为载荷组合系数， （2）稳定性校核： 2-2截面： 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压力： 许用轴向压应力： 取其中较小值。按GB-150 钢制压力容器中的规定，由 , 则，取。 因为，满足稳定性条件2、裙座的强度与稳定性校核 1-1截面：塔体1-1处的最大组合轴向压应力由 0.00084 ,则，取。因为（组压），（组压）,故满足稳定性条件。九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 1、筒体水压试验时各种载荷引起的应力 （1）由试验压力和液柱静压力引起的环向应力 因为 ，故满足要求。 （2）由实验压力的轴向应力： （3）水压实验时，重力引起的轴向应力： （4）由弯矩引起的轴向应力： （5）最大组合轴向拉应力校核： （组拉）= 因为（组拉），故满足要求。 （6）最大组合轴向压应力校核： （组压）= 轴向许用压应力，取较小值 取 因为（组压）,故满足要求。 2、裙座水压实验应力校核 （1）水压实验时，重力引起的轴向应力：（2）由弯矩引起的轴向应力：（3）最大组合轴向压应力校核：（组压） （组压） 轴向许用压力= 取其中最小值 取 因为（组压） ， (组压), 故满足要求。十、基础环设计 1、基础环尺寸取 2、基础环的应力校核取其中较大值，(1)(2) 取 选用75号混凝土，其许用应力，故满足要求。3、基础环厚度按有筋板时，计算基础环的厚度。 设地脚螺栓直径为M42，由表查得l=160mm，则b/l=142/160=0.89，由表查得 ，取，基础环材料（20R）的许用应力，C=3mm,基础环厚度：对Q235-A，取。十一、地脚螺栓计算1、地脚螺栓承受的最大拉应力取其中较大值，其中， (1) (2) 取其中较大值，2、地脚螺栓的螺纹直径因为，故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺栓材料Q235-A，螺栓个数为=24，C=3mm。 取地脚螺栓为M42。由表8-12查