食品机械课程设计

1、课程设计卧式贮罐的设计课程名称 食品机械与设备题目名称卧式贮罐的设计学生学院 轻工化工学院 专业班级 09 食品科学与工程 4班 学 号3209002114学生姓名指导教师 刘晓丽2012 年 6 月 11 日广东工业大学课程设计任务书题目名称 每天贮液体积为 100m3的贮液罐学生学院 轻工化工学院专业班级 食品科学与工程 4 班姓名学 号 3209002114一、课程设计的内容1、通过查阅有关资料， 熟悉基本工作原理、 特点和流程组成的设备及结构2、进行工艺参数的确定3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据 卧式贮罐设计工艺设计条件 每天贮

2、液的体积 100m3 贮罐的填充系数： 80% 每天分 2 班，每班用 4 个贮液罐三、课程设计应完成的工作 1课程设计说明书（纸质版和电子版） 各1 份（ 3000字） 2设备装配图（ A4）1 张，装订在说明书的最后面。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文献第一周周一2有关工艺设计计算第一周周二 至周五3装配图绘制第二周周一 至周三4撰写课程设计说明书第二周周四、 五五、应收集的资料及主要参考文献1 陈英南, 刘玉兰 . 常用化工单元设备的设计 M. 杭州：华东理工大学出版社，20052 张裕中 .食品加工技术装备 M. 北京：中

3、国轻工业出版社， 20003 无锡轻工大学，天津轻工业学院 .食品工厂机械与设备 M. 北京：中国轻工业 出版社， 19894 崔建云. 食品加工机械与设备 M . 北京：中国轻工业出版社， 20085 李功样，陈兰英，崔英德 . 常用化工单元设备设计 M. 广州 : 华南理工大学 出版社， 20034 GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例 S 北京：中国标准出版社， 1993发出任务书日期：2012 年 6月 11日 指导教师签名 ：计划完成日期：2012 年 6月 22日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：课程设计考核表设计题目每天贮液体积为 100m3的贮液罐姓名董

4、艳班级 09 食品科学与工程 4 班设计（论文）起始时间 2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日设计完成情况：独立完成，达到要求能够完成， 达到要求能够完成，基本达到要 不能按时完成，达不求 到基本要求说明书（论文）叙述清楚比较清楚基本清楚不清楚工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况） ：认真较认真一般不认真图面是否清晰清晰比较清晰基本清晰不清晰计算是否正确正确 基本正确 不正确设计（论文）是否符合规范要求规范 基本规范 不规范成绩评定:优秀良好中等及格不及格指导教师签字： 年 月 日摘要本次设计的是一套每天储液的体积为 100m3的牛奶储罐装置， 该装置

5、由搅拌 器 ，进、出料口，人孔，温度计、液位计、视镜 、支座等设备组成。通过工艺 计算，本课程设计每天贮液的体积 100m3，贮罐的填充系数： 80%，每天分 2 班， 每班用 4 个贮液罐， 以以上生产任务为设计基础。 罐体材料选择为 AISI304 不锈 钢材质，通过贮液体积计算，圆整体积到 16m3，根据（ HGT-3154-1985卧式椭 圆型封头系列） 图表可得到相关罐体的基础数据， 筒体壁厚 8mm，直径 1800mm， 长度 5600mm, 封头厚度 10mm等等，根据基础数据选合适的封头 （JBT4737-1995 椭圆形封头），通过一系列公式计算出搅拌器的功率为 1KW ，根

6、据实际生产需要， 选取适当的进出口管系列， 进出口接口管直径 159mm, 把基本的生产设计参数确 定后基本定型，通过基础数据绘制装配图。关键词 ：储罐，低压容器，工艺计算，装配图目录1. 设计方案的分析 . 11.1 贮罐类型的确定 11.2钢体的选择 11.3封头选择依据 11.4 容器的几何形状 11.5人孔的选择 11.6法兰的选择 11.7垫片的选择 21.8鞍座选择依据 22. 工艺设计条件 .23. 工艺流程示意图 .24. 设计基本参数 34.1 物料的物理化学性能参数 35. 工艺设计计算 .35.1 设备容量的确定 35.2 贮液罐的设计 . .35.21材质选择 35.2

7、2 几何尺寸确定 35.3壁厚的确定 45.4 封头的选择 .55.5 搅拌器轴功率的计算 55.6 主要管径的确定 65.61 人孔 65.62 视镜 65.63 物料进出口管 75.64排气孔 75.65 液面计 75.66温度计 85.7鞍座的选择 85.8 压力容器法兰的选择与设计 105.9 管法兰的选择与设计 105.10 垫片的选择与设计 115.11 螺栓的选择与设计 126. 课程设计的收获感想 .137. 参考文献 .14附录：储罐装配图贮罐的设计1. 设计方案的分析1.1 贮罐类型的确定 本次设计的贮罐采用卧式圆筒贮罐，卧式贮罐主要应用于储存量较小，并且 贮罐的耐压能力较

8、强。由于设计体积较小（约为100m3 ）且工作压力较小（P=0.25MPa）可采用卧式圆筒形容器。贮罐是较典型的贮藏设备，在工业中应 用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、能够加热物料、较方便、 可供选用的结构材料广阔、 适应性强、 可用于各种温度和压强场合等优点， 故在 大型贮罐中占优势。卧式贮罐的特点是，具有耐压能力好、进口扬程低、结构稳定，强度大，易 清洗且造价低。1.2 钢体的选择本次的设计中，筒体、封头、鞍座垫板选用 16MnR，法兰选用 16Mn 锻，鞍 座和其余部件选用 Q235（低碳钢），接管选用 10 号热轧无缝钢管。1.3 封头选择依据 从强度、结构和制造方面综合

9、考虑，采用椭圆形封头最为合理。1.4 容器的几何形状 我国容器已实现了系列化和标准化1.5 人孔的选择 压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合 考虑公称压力、公称直径、工作温度以及人、 手孔的结构和材料等诸方面的因素。 人孔的类型很多， 选择使用上有较大的灵活性， 其尺寸大小及位置以设备内件安 装和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要 , 在这考虑到人孔盖直径较大 较重 , 可选择回转盖对焊法兰人孔。1.6 法兰的选择压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。 平焊法兰又分为甲型与乙型两种。 管 法兰

10、分带颈平焊法兰与板式平焊法兰。 本次课程设计的设计压力为 0.25MPa，所 以分别选用甲型平焊法兰和板式平焊法兰。法兰设计时，须注意以下二点：管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参 照原化学工业部于 1997 年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准（HG20592 HG20635-1997）的规定。1.7 垫片的选择在化工贮罐，普遍使用的垫片是石棉橡胶板（代号： XB350 ）。但是本次设 计贮罐贮藏的物料是鲜奶， 属于食品。 而石棉因有害健康被禁止使用， 因此此次 的设计选用无石棉材料的天然橡胶垫片（代号： NR）。1.8 鞍座选择依据 鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。 而一台卧式容器支

11、座一般情况不宜 多于二个。鞍式双支座分 S型和 F型。本次设计选用双鞍座轻型鞍座，并采用 S 型。2. 工艺设计条件卧式贮罐设计工艺设计条件 每天贮液的体积 100m3 贮罐的填充系数： 80% 每天分 2 班，每班用 4 个贮液罐3. 工艺流程示意图图 3.1 工艺流程图4. 设计基本参数4.1 物料的物理化学性能参数鲜奶密度为 1100 kg/m3设计压力（最大使用压力） : 0.25MPa 贮存物料的温度：最高贮存温度为室温，最低贮存温度取物料的凝固点 设计温度： 25°C腐蚀性：低腐蚀性，腐蚀余量大约为 1mm 毒性：无毒进出量：每天贮液体积为 100m3, 分 2 班，4个

12、贮罐，所以每个贮罐的装液体 积为 12.5m3。设计 0.1h 内装液完毕，所以体积流量为：Vs V /t 12.5/（0.1 3600） 0.035m3 /s5. 工艺设计计算5.1 设备容量的确定 生产能力要求：每天贮液的体积为 V 100m3/d 填充系数： b=80%贮液罐的总容积 : v总 v b =100/0.8=125 m3/d 分 2 班，每班用 2 个贮液罐则有贮液罐的容量为125v总=15.6252x4将容积圆整到 16m3，数量取 5 个（一个备用）5.2 贮液罐的设计5.21 材质选择选用 AISI304 不锈钢材质5.22 几何尺寸确定 由计算的容积查HGT 3154

13、-1985 卧式椭圆形封头贮罐系列国家标准，得到以下数据表 5.1 HG5-1580-85 (2.5Mpa)公封支称 全容 公称 壁头支座 座容 积 直径 厚长度 厚位置 位积 VDgSL 度L1置VgS1L2贮 罐 总 长 度 L0允 焊许 缝腐 系蚀 数裕 度 mm标准序号量kg16 15.98 1800 8 5600 10 4780 410 6600 1 1.5 2430 HG5-1580-85-325.3 壁厚的确定按上面查得壁厚为 S=8mm ，封头壁厚 S1=10mm （在压力为 2.5Mpa 的情 况下，对内径小于 3800mm 的最小厚度约为内径的 0.002 倍，碳素钢或普通

14、合金 钢不小于 3mm, 不锈钢容器不小于 2mm. 封头比筒壁厚 2-3mm）标准编号 :JB/T 4735-1997标准名称 :钢制焊接常压容器颁布部门 :中华人民共和国机械工业部 内容简介 :本标准规定了钢制焊接常用容器的设计、制造、检验与验收的要求。5.4 封头的选择查表 JBT 4737-1995 椭圆形封头得在公径 1800 的封头的数据为以下表 5.2 JBT 4737-1995厚度公称直径曲面高度直边高度（碳素钢低内表面积容积质量合金钢复DN (mm)h(mm)h2 (mm)合钢板）2A( m2 )V(m3)m(kg)（mm）180045040103.73830.8652287

15、.91即封头 JBT 4737-1995 DN1800×10-16MnR，在这次课程设计，选用和筒体 相同的材料，为低合金钢材料。5.5 搅拌器轴功率的计算35根据公式 : P 2NP 3 Ld 5P0无通气搅拌输入的功率（ W）；NP功率准数，是搅拌雷诺数 ReM 的函数， NP3.5 双桨式 45 度搅拌器 ； 涡轮转速：取 1 r/min ；L液体密度（ kg/m3）取牛奶密度为 1100 kg/m3 ；2 搅拌器档数d D 1.8D 搅拌器的直径 d 3 = 3 =0.6m53P 3.5 0.65 1100 13 2 598.752 WP 电机功率Pg K ?K附加功率消耗系

16、数，取 K=1.5 传动效率，取 =0.9p轴功率( kw )PPg K997.92 w= 0.99792KWn5.6 主要管径的确定5.61 人孔 人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。 本次设计只设置 1 个人孔，材料使用 Q235-AF 碳素钢，查阅文献，选取标准号 HG 21516-2005，标准适用于公称压力 PN小于或等于 0.6MPa。本次设计公称压力为 0.25MPa<0.6MPa, 允许使用 0.6MPa 的标准。人孔直径为 450mm、高度 为 220+104=324mm，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴 800mm 处。尺寸表示如下：表 5.3 人

17、孔尺寸表(mm )密 封 面 型 式公 称 压 力 PN (M Pa)公Lbb1b2H1H2d螺柱数量螺柱直径×长度总 质 量 (kg)其 中 不 锈 钢 (kg)称D1AB直 径 DNdw×sD突面0.6450480×65955503301502003022242201042016M20×11595.7-5.62 视镜用于观察发酵罐内部的情况。本次设计只设置 1 个视镜，材料是 Q235碳素钢，查阅文献，根据标准号 HG21505-1992，以 0.6MPa 作为标准进行规格确定。视镜公称直径为 150mm， 高度为 54mm，采用 A 型突面视镜设计

18、。尺寸表示如下：表 5-4 视镜表 (mm)管法兰观重量重量公称直察DKdXHf1f2n-d5(kg)(kg)径孔AB(DN)d11501502602252021885434.58-1814.4514.055.63 物料进出口管3因为Vs 0.035m3 / s ,依据化工原理知鲜奶属于低粘度液体，流速一 般为 1.5-3.0m/s 之间，则取流体进入贮罐流速为 U 1 =2m/s，所以取流速 u=2.0m/s， 则：d(4Vs / 3.14u)(4 0.035 / 3.14 2) 0.149m 149mm经圆整采用 159mm× 5mm 热轧无缝钢管，实际鲜奶进出口管内流速为： u

19、=2.0m/s故管道接口选取如下：进料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径 159mm，开在筒体壁 上端排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径 159mm，开在筒体壁 下端设计接管高度为 180mm，为避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀， 进料管伸进设备内部并将管的一端切成 45°配用具有凸面密封的平焊管法兰，法 兰标记： HG20592，法兰 PL68-1.6RF Q235A。5.64 排气孔公称直径： 40，标准： JB/T81-19945.65 液面计公称直经：25，标准：PN0.25DN25HGJ49-91, 型号

20、 R6-1，液面计型号为 R6-1，根据 HG21588-1995，R 代表液面计选用反射式玻璃板液面计。根据HG21590-1995，可知液面计长度为 550mm。5.66 温度计公称直径： 32，标准： PN0.25DN32HGJ49-91，型号 Pt100，温度计型号为Pt100，属于铂电阻温度传感器。根据标准铂电阻温度计的固定装置安装标准，设计温度计长度为550mm。表 5.5仪器接口名称公称直径尺寸标准型号液面计25PN0.25DN25HGJ49-91R6-1温度计32PN0.25DN32HGJ49-91Pt100表 5.6 贮液罐设备性能技术参数三线表序号名称单位指标1电机KW1.

21、002搅拌轴rpm1.53总容量m3164实用量m315.635贮液罐直径m1.86贮液罐出口直径mm1595.7 鞍座的选择卧式罐选择鞍式支座（标准： JB/T4724.1-2007），根据罐的公称直径 DN 值 大小，以及允许载荷的大小， 和圆筒强度的需要， 查阅相关的标准， 可选择 120° 包角轻型带垫板鞍式支座。支座的材料最好与筒体材料相同，焊接采用电焊弧， 焊条牌号根据支座材料（即筒体材料，为 AISI304 不锈钢材质）参照选用 GB5117-95 碳钢焊条。焊接接头型式和尺寸按 GB/T985 中的规定，选用对接型 式，尺寸为焊丝直径为 4mm。支座的具体参数如下：图

22、 5.3 鞍式支座查 JBT 4712.1-2007容器支座第 1 部分鞍式支座得数据为以下表 5.7 鞍式支座数据 单位： mm公称直径DN允许 载荷 Q kN鞍座腹板2筋板l3筋板b2筋板b3筋板3高度 h底板l1底板b1底板118008562501280220161429619026012接下表垫板弧长垫板b4垫板4垫板 e螺栓间距l2螺栓螺栓 孔长l鞍座 质量 kg增加 100mm 高度增 加的质 量 kg螺孔 d螺栓螺纹21003501040112028M2460185225.8 压力容器法兰的选择与设计根据压力容器法兰 TB4702-92 标准，本次设计采用甲型平焊法兰（平密封 面

23、），法兰采用 16Mn（ 锻） 作为材料，设计压力为 0.25MPa。表 5-8 压力容器法兰尺寸表单位 ： mm公称直径DN法兰D法兰D1法兰D2法兰D3法兰D4法兰法兰 d螺柱规格螺柱数量1800193018901855184118385623M20525.9 管法兰的选择与设计由于设计压力为 0.25MPa，管法兰采用 16Mn（锻），根据 HG20593-97标准，板式平焊法兰适用于压力为 0.25MPa0.6MPa。本次设计采用全平面板式平焊钢 制管法兰。管口公称管子法兰螺栓螺栓螺栓螺纹法兰法兰法兰理名称直径外径外径孔中孔直孔数Th厚度内径论重量DNBD心直径L量nCB（Kg）径K液

24、面计253210075114M1014330.73温度计323812090144M1216391.19接管150159265225188M16201615.14视镜150159265225188M16201615.14人孔4504805955502216M203048520.5表 5.9 管法兰尺寸表单位： mm5.10 垫片的选择与设计由于设计压力为 0.25MPa, 根据 HG20606610-1997 标准，该标准适用于公 称压力为 0.25MPa4MPa, 垫片材料采用天然橡胶（ NR），垫片的类型根据全平 面板式平焊钢制管法兰，相应地采用全平面垫片，如下图。表 5-10 钢制管非金属

25、垫片尺寸表 单位 ： mm管口公称垫片垫片螺栓螺栓螺栓孔垫片名称直径内径外径孔数孔直中心圆厚度DNDN maxD2量径直径 KTnL液面计2534100411751.5温度计3243120411901.5接管1501692658182251.5视镜1501692658182251.5人孔450480595162249535.11螺栓的选择与设计设计压力为 0.25MPa, 螺栓材料采用 Q235，根据 HG20613钢制管法兰用紧 固件，本次设计使用的管法兰六角头螺栓采用符合 GB 5785（细牙）的要求。如 下图所示，螺栓的端部应采用倒角端。图 5.4图 5.5因此六角头螺栓对应使用的螺母应是如下图所示类型表 5.11 六角螺栓长度、质量表管口名称公称 直径 DN螺纹 M螺栓 数量 nLSR质量（Kg）LZR质量 (Kg)液面计25M1045036.325036.32温度计32M1246060.716060.71接管150M16870132.370132.3视镜150M16870132.370132.3人孔450M201695277.490265.5螺纹相应的垫片尺寸，引用 GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓垫片材 料采用非金属垫片，天然橡胶（ NR）。表 5.12 螺纹相应垫片尺寸表 单位： mm公称尺寸 （螺纹规 格） d内