化工设备机械设计毕业设计

1、 目录1 前言31.1 设计内容31.2 设计条件61.3 设计参数72 材料选择112.1塔体材料选择112.2裙座材料的选择113 塔体结构设计及计算124.1塔体和封头厚度计算124.2塔设备质量载荷计算124.3风载荷与风弯矩的计算144.4地震弯矩的计算174.5各种载荷引起的轴向应力194.6塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核204.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核204.6.2塔体和裙座的稳定校核204.7塔体水压试验和吊装时的应力校核224.8基础环的设计244.8.1基础环尺寸244.8.2基础环的应力校核244.8.3基础环的厚度254.9地脚螺栓计算25符号一览表27小

2、结30参考文献30图纸301 前言1.1设计内容1 总体结构设计1） 确定筒体的直径2） 确定筒体的高度3） 确定进液、进气、取样口等位置2 材料的选择 根据介质、温度、压力等要求确定塔体各部分的材料。查阅有关资料，确定选用材料的介质、温度、压力等使用范围3 计算强度和稳定性 1）按内压设计壁厚 2）各危险截面的强度校核塔设备载荷：1、内压2、风载3、地震载荷4、设备自重5、设备内介质6、设备附件 3）水压试验时的验算（各截面） 4）基础环设计4 标准零部件的选择 包括法兰、人孔、接管、补强圈、液体和气体的分配装置，以及塔外平台、扶梯、保温层等。5 提出技术要求1)对设备设计、制造、安装、检验

3、等图纸上还未表示清楚的问题用文字说明。2)若卧式试压，pt应取立置时的试验压力加上液柱静液压力3)可参照指导书p34技术要求或书后样板图上技术要求6 编写计算说明书 说明书要求及内容 要求：10页左右，右边2030mm备注 内容： 包括首页目录，概述、设计依据（任务书），设计步骤的内容，主要参考文献7 绘制图样 要求完成一张a1 图纸：筛板塔总装配图，尺寸：594 841 mm 标题栏、明细表、接管表、技术特性表1.2 设计条件1. 设备类型：自支承式加压板式塔设备；2. 设置地区（上海）环境：基本风压：qo=450n/m2;设计地震烈度：7度（或8度）；场地土：ii类。地震加速度0.15g（

4、或者0.3g）；3. 塔体及裙座的机械设计条件：（1）塔体内径di=1800mm，实际塔高h=37.67m；（2）工作压力为0.6mpa，设计压力pc=0.8mpa；工作温度为104，设计温度t=120；（3）塔体装有n=54块筛板塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=50mm，介质密度为1=650kg/m3；（4）沿塔高每15块塔板左右开设一个人孔，人孔数为5个，相应在人孔处安装半圆形平台5个，平台宽度为b=1.2m，单位质量为150kg*m-3，包角180。（5）塔外保温层厚度为ts=200mm，保温材料密度为2=300kg/m3；（6）塔体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数

5、。（8）裙座统一采用q235-b，基础环采用q235-a（9）塔体与裙座采用双面对接焊接，局部无损探伤塔体焊接接头系数=0.85；（10）塔体与封头厚度附加量c=2mm，裙座厚度附加量c=2mm，裙座高1.57m。1.3设计参数表2-1设计参数一览表工作压力mpa0.6塔体内径mm1800设计压力mpa0.8塔高mm37670工作温度104设计寿命a10设计温度120保温材料厚度mm100介质名称石油气保温材料密度kg*m-3300介质密度kg*m-3650塔盘上存留介质层高度mm50传热面积m2230.6壳体材料16mnr基本风压n*m-2450内件材料16mnr地震基本烈度8裙座材料q-2

6、35-b场地类别ii塔板间距mm600塔形54塔板数目54精馏段塔板数35提馏段塔板数目192 材料选择 塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。这是因为钢材具有较好的的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。2.1塔体材料选择 设计中塔体的材料选择是16mnr；塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。2.2裙座材料的选

7、择 设计中裙座材料的选择是q235-b，地脚螺栓的材料是q235-a；塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。3 塔体结构设计及计算3.1塔壳强度计算 先按内压容器设计厚度，然后按自重、液重等引起的正应力及分载荷引起的正应力和风载荷引起的弯曲应力进行强度校核和稳定性验算。3.1.1、塔体厚度的计算16mnr材料在120时的许用应力，取170mpa塔体焊接接头系数，采用双面对接焊接，局部无损探伤，取=0.85c壁厚附加量，按要求取c=2mm由于塔体较高，且上海

8、靠海，风载荷较大，为抵抗风载荷适当增加厚度，经圆整后取塔体名义壁厚tn=12mm，则塔体的有效厚度为：te=tn-c=12-2.8=9.2mm3.2.2、封头厚度计算采用标准椭圆形封头：现筒体壁厚已经取12mm，为便于焊接，取封头与筒体同厚，也取名义厚度为12mm。3.2质量载荷计算（1）壳体和裙座质量m01m01 = (di+2tn)2- di2h =1.8242- 1.8237.677.85103=20200.32kg（2）人孔、法兰、裙座附件质量 按经验取附件质量为（3）塔内构件质量m02可有表4-9查得筛板塔盘质量为，故 （4）保温层材料质量m03 （5）平台，扶梯质量 由表4-9查得

9、，钢制平台质量：笼式扶梯质量： （6） 操作时物料质量 其中物料密度，塔板数n=54，塔板上液层高度（7）充水质量 其中（8）各种质量载荷汇总表2-2塔器各状态下质量一览表塔器的操作质量/kg塔器的最小质量/kg塔器的最大质量/kg3.3风载荷与风弯矩的计算 风载荷计算示例以2-3段为例计算风载荷p3（图8-26）：(n)其中式中：体型系数，对圆筒形容器，=0.710m高处基本风压值，=450n*m-2风压高度变化系数，查表4-11得=1.38计算段长度，l1=10000mm塔有效直径。400mm， 10387(n)表2-3塔的风载荷与风弯矩的计算 塔段号 项目1234塔段长度01010202

10、0303036.7基本风压q0（n/m2）450k1（空气动力系数，对圆筒型形截面取0.7）0.7k2i （风振系数，此处按1.7取）1.701.701.701.70k3（扶梯的附加宽度，取400mm）240k4=（操作平台的附加宽度，取600mm）600dei=d0i（mm）2728(n)10387137531623911869（n*mm）1.0600.710.941.111.20截面0-0风弯矩计算+1.061同理可得：截面1-1+1.570截面2-2+1.4903.4地震弯矩的计算取第一振型脉动增大系数为则衰减指数 塔的总高度 h=37670mm全塔操作质量 重力加速度 地震影响系数查得

11、（设防烈度8级）查得计算截面距离地面的高度h塔设备的基底截面0-0: h=0裙座上检查孔或较大管线引出空处的截面1-1: h=500mm塔体与裙座连接焊缝处的截面2-2: h=1570mm等直径、等厚度的塔，按下列方法计算地震弯矩。塔设备的基底截面0-0裙座上检查孔或较大管线引出空处的截面1-1截面2-23.5塔体的强度和稳定性校核塔底危险截面（2-2）的轴向应力计算：塔底危险截面（2-2）抗压强度及轴向稳定性验算：该截面上的最大轴向压缩应力发生在空塔时，式中=170mpab=0.06ete/ri=0.062.01059.2/1000=122.67mpa组合系数k=1.2由于=9.72+63.

12、68=73.4= =122.67mpa因此塔底2-2截面满足抗压强度及轴向稳定条件。 塔底2-2截面抗拉强度校核：=1.21700.85=173.4mpa该截面满足抗拉强度要求。综合以上各项计算，在各种不同危险工况下塔体壁厚tn=12mm，可以满足真个塔体的强度、刚度和稳定性要求。3.6裙座危险截面的强度与稳定校核1、裙座底部0-0截面强度校核 裙座底部截面0-0的轴向应力计算：式中=170mpab=0.06ete/ri=0.062.01059.2/900=122.67mpa组合系数k=1.2由于=9.72+63.68=73.4= =122.67mpa因此裙座底部0-0截面满足抗压强度及轴向稳

13、定条件。2、裙座底部1-1截面强度校核 裙座底部截面1-1的轴向应力计算：式中=170mpab=0.06ete/ri=0.062.01059.2/900=122.67mpa组合系数k=1.2由于=9.72+63.68=73.4= =122.67mpa因此裙座底部底1-1截面满足抗压强度及轴向稳定条件。3、裙座焊缝强度校核此塔裙座与塔体采用双面对接焊，焊缝承受的组合拉应力为：=53.95mpa0.6=0.6170=102mpa满足裙座焊缝强度要求。3.7水压试验时塔的强度和稳定性验算1、水压试验时塔体2-2截面的强度校核液柱静压力p=rh90037.67=0.339（mpa）查表得,故0.9因此

14、满足水压试验强度的要求。2、水压试验时裙座底部0-0截面的强度和轴向稳定性要求=46.79mpa故水压实验时，裙座底部截面满足稳定性要求。3.8基础环板设计3.8.1、 基础环板内外径的确定外径内径径3.8.2、混凝土强度校核正常操作时: 水压试验时： 以上应力均小于各种混凝土的压力需用值4mpa，满足强度要求。3.8.3、基础环厚度设计由于该塔较高，塔底裙座哎呀那个加筋结构，基础环板采用28个均匀的地脚螺栓固定，取筋板的厚度为8mm，则基础环上筋板间的距离为 基础环的外伸宽度： 两筋板间基础环部分的长宽比：查表4-12得：ms=mx=0.3852.07882=6171n*mm/mm基础环板采

15、用q235钢，则其厚度为：考虑腐蚀裕量，取c2=3mm，再圆整至钢板系列尺寸，故取基础环厚度tb=20mm。3.9地脚螺栓的设计塔设备作用在迎风面侧基础上的最小应力根据 ，选取地脚螺栓个数n=28; ; 。mm圆整后,查得m42螺栓的螺纹小径，故选用28个m42的地脚螺栓，满足要求。4 标准零部件的选择4.1地脚螺栓：m424.5表4-1螺栓结构尺寸(mm)螺栓规格abcd(d)tgtctzl1l3l4l5d2d3d4m424.53007565210（240）18241817090901404560604.2裙座双面对接焊接，选用（a）（p45）；dib=1600mm，dob=2000mm，d

16、2=2060mm（附录4-3裙座对应的3个尺寸）由于裙座厚度tn=12mm，查表4-1得缺口半径r=35mm，宽度k=70mm（1）裙座检查孔由于裙座直径为1800mm，根据书上表4-3所选检查孔规格如下:表4-2圆形检查孔结构尺寸和数量(mm)数量直径dm中心高h2450250900（2）裙座排气孔由于塔器直径为1800mm，且无保温，根据书上表4-4所选排气管规格如下表4-3排气孔与排气管规格和数量(mm)排气管规格/mm排气管数量排气孔中心距裙座顶端距离h804180（3）裙座通道管根据化工设计得管道公称直径dn=125mm，在书上表4-6选得通道管道规格为：卷焊缝内径300，壁厚等于裙

17、座名义厚度，为12mm。4.3 封头（jb/t4746-2002，eha180012）根据jb/t4746-2002在公称直径为1800mm，选得eha封头规格如下表4-4封头规格表(mm)质量kg总深度h/mm内表面积a/m2容积v/m3346.44903.7380.865由于上下封头名义厚度均为12mm，故同为eha1800124.4 除沫器（hg/t 21618-1998，s1800-150 sp20）由于人孔在除沫器的上方，故选用上装式除沫器，由于蒸汽出口管直径为450mm，故选用上装式丝网除沫器规格如下：dn=500mm，h=150mm，h1=260mm4.5 接管根据化工原理设计的

18、各管道的尺寸得接管表如下表4-5接管表(mm)符号公称规格接管外径与壁厚标准号法兰类型及密封面型式用途a1,247412裙座检查圆孔b1,2pn1.6,dn32383.5hg20592so/rf温度计接口cpn1.6,dn5005309hg20592so/rf回流蒸汽进口dpn1.6,dn1251334hg20592so/rf进料口e1,2pn1.6,dn25323.5hg20592so/rf压力表接口fpn1.6,dn4504809hg20592so/rf蒸汽出口gpn1.6,dn1001084hg20592so/rf回流口h1-4pn1.6,dn25323.5hg20592so/rf取料口

19、p1,2pn1.6,dn15183.5hg20592so/rf液位计接口jpn1.6,dn32383.5hg20592so/rf釜液出口k1-5pn1.6,dn5005308hg20592so/rf人孔4.6 法兰(hg20592-1997)及垫片(hg20608-1997)法兰的均为so（带颈平焊法兰）和密封面rf(突面)型，材料为16mnii，垫片的材料为石棉橡胶板。有接管的地方均有法兰和垫片，法兰垫片的公称直径与所在接管对应。如温度计接口dn32，pn1.6，则法兰so32-1.6 rf，垫片rf32-1.6。4.7 人孔（hg21520-1995）人孔均为垂直吊盖带颈平焊法兰人孔，共5

20、个，直径为500mm，rf型，工程压力1.0mpa，据此所选规格如下：表4-6人孔规格表(mm)dwsdd1abh1h2h3b1b2b3d螺柱螺母螺 柱直径长度总质量kg数量5308670620385300250112505282832362040m241251614.8 吊柱（hg/t 21639-2002,w=500,s=1600） 塔径dn=1800mm，选取w=500kg，s=1600mm，则所选吊柱结构参数如下表：表4-7吊柱规格表(mm)slhrel1质量kg标准图号16004250125015910750250110310hg/t 21639-94.9 补强圈（jb/j 4736

21、-2002-a，16mnr）塔顶蒸汽出口接管dn=450，外径480mm，塔底蒸汽回流管dn500，外径530mm据此所选补强圈（a型，材料均为16mnr）规格如下：表4-8补强圈规格表(mm)接管公称直径dn外径d1内径d2厚度c质量450760484821.2500840534825.94.10 其它其它零部件如螺母螺栓等规格直接见精馏塔装备图。符号一览表符号符号意义系数，按照gb150相关章节，mpa塔设备壳体内直径，mm基础环内直径，mm塔设备壳体外直径，mm基础环外直径，mm裙座壳体底部截面的外直径，mm设计温度下材料的杨氏模量，mpa风压高度变化系数，高度取各计算段顶截面的高度塔设

22、备底截面处的垂直地震力，n塔设备任意计算截面i-i处垂直地震力，n集中质量mk引起的基本振型水平地震力，n重力加速度，取g=9.81m/s2塔设备高度，mm塔设备顶部至第i段底截面的距离，mm塔设备第i段顶截面距塔底截面的高度，m第i段集中质量距地面的高度，mm、第i计算段，第i-1计算段的截面惯性距，载荷组合系数，取k=1.2体型系数，取笼式扶梯当量宽度，当去确切数据时，可取=400mm操作平台当量宽度，mm偏心质点重心至塔设备中心线的距离，mm第i计算段长度，mm操作平台所在计算段的长度，mm人孔，接管，法兰等附属件质量，kg偏心质量，kg塔设备操作质量，kg液压试验时，塔器内充液质量，kg塔设备壳体和裙座质量，kg内件质量，kg保温材料质量，kg平台，扶梯质量，kg操作时塔内物料质量，kg塔设备第i计算段的操作质量，kg距地面hk处的集中质量，kg任意计算截面i-i以上塔式容器的操作质量，kg任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩，n.mm底截面0-0处的基本振型地震弯矩，n.mm任意计算截面i-i处的风弯矩，n.mm底截面0-0处的风弯矩，n.mm任意计算截面i-i处的最大弯矩，n.mm基本风压值，n/m2地震影响系数对应于塔设备基本振型自振周期t1的地震影响系数地震影响系数的最大值基础环计算厚度，mm圆筒的有效厚度，mm封头的有效厚度，mm各计算截面的圆筒的有效