简体脱水塔设计计划书.doc

简体脱水塔设计计划书1.化工原理课程设计任务书1.1.题目脱水塔的设计 1.2.任务及操作条件1.2.1处理介质：脂肪酸、水1.2.2.设备形式：脱水塔1.2.3.操作条件(1).设计压力：-0.1MP(2).最高工作压力：-0.1MP(3).设计温度：150(4).设备容积：1.871.3.列管式换热器的选择与核算1.3.1.壁厚计算1.3.2.封头厚度计算1.3.3.管板厚度计算1.3.4.U形膨胀节计算（浮头式换热器除外）1.3.5.管束振动1.3.6.管壳式换热器零部件结构1.4.绘制换热器装配图（见A1图纸另附）2.概述2.1.脱水塔概述2.1.1 容器的结构一般承受内压的容器，除球形容器外，大多是由筒体和封头组成。筒体是圆筒形壳体，封头则有多种形式，高压容器多采用平板封头（近年来也有采用半球形封头的）；中、低压容器的封头除平板和半球形外，还有半椭圆形封头、碟形封头、锥形封头等。中、低压容器的筒体大都用单层钢板卷焊而成。对于高压容器多采用组合式筒体结构。2.1.2 容器的分类由于化工容器操作的特殊性，如果在选材、设计、制造、检验、实验中稍有疏忽，一旦发生安全事故，其后果不堪设想。所以包括我国在内的各有关国家都对压力容器的设计、制造、检验工作通过各种途径采用取证管理及监察工作，必须持证设计、制造和检验。各国对压力容器的取证管理及监察工作在原则上都是为了保证使用的安全性，都是根据容器一旦发生事故所可能造成的危害性划分等级或类别，但在具体划分上则有所不同。我国国家质量技术监督局所制定即公布的压力容器安全技术监察规程根据设计压力的高低、在运行中可能发生危险的程度、所储介质的毒性和易燃性等级把压力容器划分为一、二、三等三个类别。其要点如下：按设计压力的高低，划分为低压、中压、高压、起高压四个压力等级。低压：0.1Mpap1.6MPa中压：1.6Mpap10MPa高压：10Mpap1500mm，开孔最大直径dDi/3，且d1000mm；凸形封头和球壳的开孔最大直径dDi/2；锥形封头开孔的最大直径dDk/3，Dk是开孔中心处的锥体内直径。在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，应尽量将孔开设在封头中心部位附近，当需要靠近封头的边缘时，应使孔边与封头边缘之间的投影距离不小于0.1D。若开孔超出上述规定，则补强结构需做特殊考虑，必要时还应作验证性水压实验，以校核其可靠性。(3) 允许不另行补强的最大孔径 并不是容器上所有的开孔都需要补强。因为在计算壁厚时考虑了焊缝系数而使壁厚有所增加，又因为钢板具有一定规格，实际选用钢板厚度大于计算所需壁厚，同时由于容器材料有所增加，又因为钢板具有一定的塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。允许不另行补强的最大孔径如下：两相邻开孔中心的间距（曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；壳体名义厚度大于12mm时，接管公称直径小于或等于80mm；当壳体名义厚度小于或等于12mm时，接管直径小于或等于50mm。3、圆筒厚度的设计3.1设计目的设计一台真空脱水塔，内经取Di=1000mm，筒体总长度L=7000 mm封头采取椭圆形封头，封头直径h为1000mm，曲面深度hi为258mm，设计压力取-0.1MPa，工作温度为150。3.2参数确定1、 设计压力：P=-0.1MPa2、 设计温度：T=1503、 压力容器的内经：Di=1000mm4、 筒体总长度L=7000mm5、 封头直径：h=1000mm 曲面深度hi=258mm3.3用图算法确定璧厚3.3.1筒体材料的选择外压容器筒体的材料：0Cr18NI10Ti3.3.2用图算法计算璧厚假设筒体名义厚度负偏差n=12mm查表3-10钢板的厚度负偏差 C1=0.8mm考虑到精馏塔内有腐蚀，查表3-13得C2=3mm则筒体的有效厚度 e=n-C=n-(C1-C2)=12-3.8=8.2mm则外直径D0=Di+2n=1000+212=1024mmL=7000mm 20用内插法插图：根据图13-6，与在图中交点处对应的A值为0.00013所以所用材料为0Cr18NI10Ti钢，查图，在设计温度T=150下E=1.86 所以许用外压力 = = =0.129MPa因且接近，故假定璧厚符合计算要求。故确定筒体璧厚为13mm。4.封头厚度的设计4.1设计要求椭圆形封头。4.2封头厚度的设计假设风头名义厚度=6mm因为=0.6mm =3mm按e=n-C得e=n-（C1+C2）=6-3.6=2.4mm封头高度hi=258mm故：ho=hi+n=258+6=264mm由查表13-3知K1=0.9计算可得R0=K0D0=0.91026=923.4mm又因为：查图4-7得系数B=40所以许用外压力因，且接近Pc，故假定封头璧厚符合要求。 故确定椭圆封头璧厚为6mm。4.3计算加强圈数目4.3.1计算加强圈个数 前面计算的筒体名义厚度为13mm，综合考虑须将筒体的厚度减小， 装置一些刚性构件来加强筒体以及提高其临界压力，单独增加璧厚的方法更家经济合理，因此，将筒体的名义厚度减至=8mm。此时需要增加加强圈。由公式得，加强圈的最大间距为：查图4-7得：已知： 稳定系数：m=3 8-3.8=4.2mm所以=1773mm计算加强圈数目n 设置n个加强圈，将筒体分为n+1段3.95故n=3加强圈的间距为：4.3.2计算加强圈尺寸选40404的等边角钢，查型钢规格表得As=3.09 计算系数得：计算系数A的值得：计算加强圈与筒组合分段所需的惯性距I得：=1854684.3.3计算组合截面积实际惯性距加强圈两侧筒体起加强作用部分的宽度:= = =74mm圆通有效段的截面积为： =1924圆通有效段的惯性距为： =843.46确定组合截面行心轴x-x的位置a为：d=c-a=22.5mm计算组合截面实际惯性距得： =335819因：,故原选的40404等边角钢可用。5塔体的强度与稳定性校核对于增加加强圈后的筒体故仅需对塔进行稳定性校核，无需强度校核。5.1计算长度： 区别短圆筒和长圆筒的临界长度为： 区别短圆筒和刚性圆筒的临界长度为：因为，故此圆筒属于短圆筒。5.2短圆筒的临界压力为：许用外应力 因为所以该塔稳定性符合要求。6.椭圆封头弹性范围内的稳定性校核承受外压凸形封头的稳定性计算是以外压球壳的稳定性计算为基础的。椭圆形封头的当量球壳半径为：钢制受均匀外压的球壳临界压力为：取m=3，则许用压力为：因为，所以椭圆形封头稳定性符合要求。7.支座的选取7.1 溶解槽的总质量 式中 筒体质量，kg ； 封头质量，kg ； 脂肪酸的质量，kg ； 附件质量，kg 7.2筒体质量 的筒节，由压力容器设计手册查得 的密度 。 所以 式中 槽体内径，mm ； 圆筒壁厚，mm ； L 圆筒长度，mm ； 材料密度， ； 7.3封头质量 ，直边高度的标准椭圆封头，其质量为 所以 式中 封头壁厚，mm ； 封头直边高度，mm ；7.4脂肪酸质量 式中 充料系数，取0.7； v 溶解槽容积，（）。 甲苯在100时的密度， ，（）。 7.5附件质量 人控制量约为100 kg，其他接管质量总和按150kg计。 于是 所以设备总质量为7.6选取支座角钢厚度 查压力容器设计手册，根据DN=1200mm ，选用褪式支座A5，取垫板厚度为4mm，则角钢厚度为8mm。支座数目先选定为4个，每个支座允许载荷 。 每个支座的实际载荷 可见，因此4个A5褪式支座 满足自身的承载要求。 因为封头的有效厚度为，由压力容器设计手册查得椭圆形封头的允许垂直载荷。由于，所以用4个A5褪式支座满足封头允许的垂直载荷要求。 故本溶解槽的支座选用 4713-1992，支腿, A5-825 。8.人孔的选择(1) 人孔的分类与结构形式: 按压力分类有常压人孔与受压人孔； 按形状分类有圆形人孔和椭圆形人孔，有时也有矩形人孔； 按安装位置分类有垂直人孔和水平人孔； 按盖子的支承形式分类有回转盖人孔和吊盖人孔； 按盖子的结构形式分类有平盖人孔和拱形盖人孔； 按法兰的结构形式分类有平焊法兰人孔和对焊法兰人孔；按开启的难易程度分类有快开人孔和一般人孔。 (2) 人孔的结构人孔的结构形式主要决定于操作压力，操作介质和启闭的频繁程度。 8.1人孔N2的选取 根据溶解槽的设计温度、最高工作压力、材质、介质、及使用要求等条件，人孔M1选用公称压力为0.1MPa的垂直吊盖板式平焊法兰人孔（HG21502-2005）,人孔公称直径选定为500mm，采用突面密封（RF型）和石棉橡胶板垫片，人孔结构如图2-1所示，人孔各部件名称见表2-1。 该垂直吊盖板式平焊法兰人孔的标记为：人孔 RF(A G)500-0.6 280 HG21520-2005表2-1 人孔PN0.6 DN500明细表序号标准号名称数量材料尺寸1713-2008筒节12HG20592法兰116MnR板件3HG20592垫片1石棉橡胶板4HG20592法兰盖15HG20613螺柱20M3321606HG20613螺母40M337吊环18转臂1995-2000垫圈201100HV106170-2000螺母2025级11吊钩112环1138163-2008无缝钢管12014支撑板18.2.N2补强 本设计选用的人孔筒节内径，壁厚，壁厚附加量 （1）计算消去的承受应边所需的金属截面积由压力容器设计手册查得补强圈开孔直径，内径，外径。已知壳体的计算厚度 所以需要补强的金属面积为 （2）多余截面积 有效区范围 壳体多余截面积 接管的计算长度 接管多余截面积 焊缝截面积不予考虑，于是截面积 （3）补强厚度 补强面积 所以补强圈厚度 其中壳体的有效厚度，mm； 壳体的计算厚度，mm; 接管的有效厚度，mm； 接管的计算厚度，mm； 接管的名义厚度，mm 因为常用钢板的最下厚度为2mm，所以去9. 视镜的选择视镜是用来观察设备内部物料化学和物理过程情况的装置。视镜是除受工作压力外，还要承受高温、热应力和化学腐蚀的作用。视镜的设计还需要考虑视镜玻璃的工作压力。 9.1 视镜的结构形式多为圆形或为长宽形，而又以圆形视镜最为普遍。玻璃表面多数是平面，有时为了特殊的目的，也用球面。图3-3 视镜9.2 圆形视镜的公称直径一般为DN50mm、DN80mm、DN100mm、DN125mm、DN150mm。DN50mm一般为小容器。DN80mm只能供一只眼睛窥视。DN125mm可供两只眼睛窥视。DN150mm则可供较大容器、反应器、塔设备之用。不带颈视镜结构简单，不易结料，便于窥视，应优先选用，但接缘与筒体或封头焊接时，必须采取适当的措施以避免产生焊接变形，影响使用，故选不带颈视镜。视镜玻璃材质为硼硅玻璃。10.接管的选取及计算 接管是用来供物料进出的，可选用带法兰的短接管，接管应选取与筒体相似的材料，为了控制公益操作过程，在塔体上需设置温度计，可用内压管或外压管焊接在设备上。 假设取16Mn893螺旋焊接管，公称直径DN=83mm，查表3-7得=159 MPa，取=1 成立查表3-12钢管负偏差=0.15 服饰裕量=1取保温层厚50mm查表6-13得取外伸出长度150mm 内伸出长度25mm接管的尺寸保温层厚度50mm接管公称直径89mm外伸出长度150mm壁厚3mm10.1液压试验假设液压用洁净水在下试验查表=170 试验压力： 试验应力核对 所以试验压力满足条件即试验压力为0.12510.2补强圈的选择10.2.1确定是否需要补强按照GB150规定，由于筒节的公称直径已经大于不另行补强的最大直径89mm，故此开孔可能需要补强。10.2.2人孔筒节选用接管 接管伸出长度L=150mm 假设接管内伸出长度为25mm10.2.3补强计算 计算开孔后被削弱的金属截面积A查表3-11确定筒节负偏差为0.8mm，得壁厚附加量为 C=C1+C2=0.8+3=3.8mm 开孔直径查表3-6和3-7得筒体在设计温度下材料的许用应力，钢管的许用应力，故强度削弱系数筒体开孔计算厚度接管有效厚度确定有效补强范围 故取大值：外侧有效高度：接管实际内伸高度为25mm，故内侧有效高度计算有效范围内用来补强的金属面积 a.计算壳体多余金属面积 其中筒体开孔处有效厚度 b.计算接管多余的管壁截面积 c. 计算焊缝金属截面积，取焊角高度为8mm，故焊缝截面积为：用来补强的金属面积为因为故不需另行补强。11标准法兰的选取初步选定法兰的类型根据DN=1000mm，设计压力0.1MPa，初步选取甲型平焊法兰。 选定法兰的公称压力根据法兰的材料、容器设计压力及操作温度，查表6-1可知公称压力为0.1MPa，法兰的材料为16MnR板件，校核时=0.278MPa，故选压力容器管法兰公称压力级别为0.6 MPa。 验证初步选取法兰的适用性根据以上选取的法兰公称压力和设备内径，再查表6 -1可知初步选择的甲型平焊法兰满足要求。 选择密封面给据要求选择凸凹密封面。由表6-3查取法兰部分的尺寸为： 法兰外径 D=1130mm 螺旋孔中心圆直径 =1090mm 凹面密封面外径 =1055mm 凹面密封面内径 =1045mm 凸面密封面外径 =1042mm 法兰盘厚度 =48mm 螺栓孔直径 D=23mm 螺栓数量 36 螺纹 M=20法兰标记法兰-RF 1000 0.6 JB/T4701-200012.符号说明2罐内径，mm 罐长度，mm计算压力，MPa圆筒材料在设计温度下的许用应力，MPa钢板厚度的负偏差，mm腐蚀裕量，mm试验压力圆筒的有效厚度圆筒的名义厚度圆筒材料在设计温度下的计算应力，MPa容器的总质量封头内壁曲面高度设计压力容器的体积F每一支座承受的负荷钢材的标准抗拉强度G重力加速度圆筒的外径接管有效厚度C厚度附加量圆筒的计算厚度圆筒设计厚度焊接接头系数强度消弱系数B有效宽度，mm d开孔直径，mm 化工设备课程设计 13.参考文献1 喻建良主编化工设备机械基础M. 大连：大连理工大学出版社，2009.72 魏崇光，郑晓梅. 化工工程制图M. 北京：化学工业出版社,19983 娄爱娟,吴志泉. 化工设计M.上海：华东理工大学出版社，20024 华东理工大学机械制图教研组. 化工制图M. 北京：高等教育出版社，19935 王静康. 化工设计M. 北京：化学工业出版，19986 傅启民. 化工设计M. 合肥：中国科学技术大学出版社，200014. 化工原理课程设计之心得体会经过连续一周紧锣密鼓的奋战，化工原理课程设计终于告一段落。经过这次化工原理课程设计，我充分认识到以下几点：（1）.实践来自理论，又高于理论这次专业性较强的课程设计，让我认识到：课堂上理论知识掌握的再好，没有落实到实处，是远远不够的。换热器的设计，从课本上简单的理论计算，到根据需求满足一定条件的切实地进行设计，不再仅仅包括呆板单调的计算，还要根据具体要求选择、区分和确定所设计的换热器的每一个细节，我觉得这是最大的一个挑战。（2）.化工制图，要一丝不苟初次见到往届学生的课程设计所绘的图纸，我感到很震惊！那么大的一个图，还要仔细标注每一个细枝末节，还要有很多的剖开或放大的局部零件，这得需要多大的工作量啊！当我落实到图纸上的时候，我