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塔设备计算实例
《化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名:
学号:
所在学院:
专业:
设计题目:
指导教师:
2006年月日
1.设计任务书2
2.设计参数与结构简图4
3.设备得总体设计及结构设计5
四•强度计算7
5.设计小结13
6.参考文献、、14
一、设计任务书
根据《化工原理》课程设汁工艺计算内容进行填料塔(板式塔)设计。
各个同学按照自己得工艺参数确定设讣题山填料塔(板式塔)DNXXX设计。
设计题目:
例:
精憎塔(DN18OO)设计
2、设计任务书
2、1设备得总体设汁与结构设计
(1)根据《化工原理》课程设计,确定塔设备得型式(填料塔、板式塔);
(2)根据化工工艺计算,确定塔板数目(或填料高度);
(3)根据介质得不同,拟定管口方位;
(4)结构设计,确定材料。
2、2设备得机械强度设计计算
(1)确定塔体、封头得强度计算。
(2)各种开孔接管结构得设计,开孔补强得验算。
(3)设备法兰得型式及尺寸选用;管法兰得选型。
(4)裙式支座得设计验算。
(5)水压试验应力校核。
2、3完成塔设备装配图
(1)完成塔设备得装配图设计,包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
(2)编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表与标题栏。
3、原始资料
3、1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。
3、2参考资料:
[1]董大勤、化工设备机械基础[M]、北京:
化学工业出版社,2003、
[2]全国化工设备技术中心站、《化工设备图样技术要求》2000版[S].
[3]GB150-1998>钢制压力容器[S].
[4]郑晓梅、化工工程制图化工制图[M].北京:
化学工业出版社,2002、
[□]JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S].
4、文献査阅要求
设讣说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
5、设计成果
1、提交设计说明书一份。
2、提交塔设备(填料塔、板式塔)装配图一张(A1)。
二、设计参数与结构简图
本课程设计得工艺条件山化工原理课程设讣计算而得。
图1塔结构简图
三、设备得总体设计及结构设计
1、根据《化工原理》课程设计,确定塔设备得型式(填料塔、板式塔)。
2、根据化工工艺计算,确定塔板数目(或填料高度)。
3、根据介质条件得不同,拟定管口方位。
(画出俯视管口方位)
4、结构设讣,设备法兰得型式及尺寸选用,管法兰等零部件选型。
1)零部件材料得选取
根据塔器使用条件(介质得腐蚀性、设计压力、设计温度)、材料得焊接性能、零件得制造工艺及经济合理性进行选材:
塔体:
16MnR封头:
16MnR
接管:
20底座:
Q235-B
塔盘:
16MnR法兰:
16MnII
(材料得许用应力按照《化匸设备机械基础》表&7查并列表)
2)塔盘结构
根据工艺条件、塔体直径,塔盘结构选为单液流分块式塔盘,具体塔盘结构及
尺寸得选取见第十七章第三节(p430-438)o(自选)
3)工艺接管
接管得选取根据介质流量,参照GB12771-91,接管得选取如下表:
名称
进料管
塔顶回流管
塔底出料管
塔顶蒸汽管
再沸器回流管
公称直径
(mm)
80
80
80
450
500
4)压力容器法兰与接管法兰
压力容器法兰得选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700〜4707-2000标
准。
(按照《化工设备机械基础》(p263)写出选取过程)
容器法兰选取结果如下表:
设备法兰
MFM1800-0、25JB/T4703-2000
材料16MnR
管法兰选取结果汇总:
进料管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶回流管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶蒸汽管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔底出料管法兰
HG20594法兰SO450-U0MFM28
16MnII
在沸器回流管法兰
HG20594法兰SO500-U0MFM28
16MnII
5)法兰密封垫片得选取
法兰密封垫片得选取参照《化工设备机械基础》表10-30
6)裙座选取
裙座得选取根据参照《化工设备机械基础》图17-21确定裙座各尺寸。
7)人孔设置
人孔得选取根据筒体直径与公称压力参照《化工设备机械基础》表11-1与表11-6,例:
本设计中选用带颈平焊法兰人孔,公称压力l、0MPa,公称直径500mm,标准号为HG20594-95o
8)手孔设置
手孔选取同上,例:
本设计•中选用不锈钢板式平焊人孔(仅限凸面),公称压力0、6MPa,公称直径150mm,标准号为HG20597-95。
9)视镜与液位计得选取
视镜与液位计得选取根据《化工设备机械基础》表11-9、表11-11选取
10)焊接接头形式与与焊接材料得选取
焊接接头形式得选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节(p367-377),标准为HG20583-199&A、B类焊接接头按照HG20583-1998中DU4Q类焊接接头按照HG20583-1998中G2,带补强圈D类焊接接头按照JB/T4736-2002中C,
焊接材料得选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节(p379-382),标准
GB/T5117-95、GB/T5118-95GB/T983-95
焊接接头得检验《化工设备机械基础》笫十四章笫三节(p378)
11)压力容器类别得划分
压力容器类别得划分按《压力容器安全技术监察规程》,本设计塔器为低压分离设备,介质为易燃、中毒危害介质,故划分为一类压力容器。
四、强度计算
1、塔体壁厚计算
塔体圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1
(4-1)
计算壁厚:
6=
式中J:
塔体得理论计算壁厚am
pc:
塔体得计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm[o-y:
钢板在设计温度下得许用应力,MPj
0:
焊接接头系数;
6M-C;
式中氏:
名义厚度;
G:
腐蚀裕量;
C2:
钢板负偏差;
△:
圆整量;
◎:
有效厚度;
查表《化工设备机械基础》表8-7[a-r=170MPa
pc:
取塔体得设计压力,0、11MPa
焊缝为双面焊,局部射线检测,0=0、85
Ci=1mm
C?
=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义厚度:
J;r=J+C+A=2mm
按最小厚度3min要求取◎二6mm
2)封头得强度计算
(封头得设计参照笫八章笫二节P175-185)。
塔体封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
计算壁厚:
J=—山—(4-3)
2[b]少-0.5Pc
式中J:
塔体封头得理论计算壁厚肿m
pc:
塔体得计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm
M:
钢板在设计温度下得许用应力,MPa
©焊接接头系数;
名义厚度:
Jn=J+C+A;
Q=4_C;
式中①:
名义厚度;
Cl:
腐蚀裕量;
C2:
钢板负偏差;
△:
圆整量;
有效厚度;
查表《化工设备机械基础》表8-7[o-r=170MPa
Pc:
取塔体得设计压力,0、11MPa
焊缝为双面焊,100%射线检测,取0二1
代入数据到式(4-3)得:
2[b『0-O・5几
0.11x1800
2x170x1-0.5x0.11
=0.59
mm
Ci=1mm
C2=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义片度:
》”=»+C+A=2mm
按标准椭圆封头最小片度5min〉0、15%Di要求取①二6mm
查《化匸设备机械基础》(pl96)
选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h()取25mm
封头高度h取450mm
3)开孔补强计算
开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构,补强圈尺寸按照《化工设备机械基础》P327(列出所选尺寸),焊接坡口尺寸选《化工设备机械基础》笫十四章笫二节p375C型。
开孔补强计算采用等面积补强法,其公式参照第十二章第一节(p326-p335)。
例:
人孔开孔补强计算:
人孔选公称压力1、OMPa,公称直径500mm,标准号为HG20594-95
接管C530x8(p302)材料:
20
a、开孔所需补强面积;
A=dJ+2JJet(l-/r)(4-4)
式中fr:
强度削弱系数
d:
开孔直径mm
"塔体得计算壁厚mmdet:
接管得有效厚度mm
d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518mm
3et=3nt-Ct=8-1=7mm
塔体材料:
16MnR[a]'=170MPa
接管材料:
20[a]'t=130MPa
代入式(4-4)X=dJ+2JJet(l-<)
=359、5mm2
b、有效补强范圉内得补强面积:
1有效补强范围
有效宽度:
B二2d二2x518二1036mm
外伸高度:
阮二嗣7=5/518x8=64.4mm
内伸高度:
花二0mm
2壳体多余截面积
Al=(B-d)(Jr-5)-2Jet((4-5)
代入式(4-5)
Al=(1036-518)(7-0^69)—2x7(77、69)(1-0、78)
二1211、2nun"
3接管多余截面积
A2=2h1(5et-5t)fr+2h:
(Jet-C2)fr(4-6)
接管计算厚度Jt=J=—昭一=-(门兰刃4•=0.22mm2[b]‘0—代2x130x1-0.11
式中di:
接管内直径mmdi=530-16=514mm
代入式(4-6)A2=2h1(Jet-^t)fr+2h:
(Jet-C2)fr
二2x64、4(7-0、22)0、78=681mm:
4焊缝金属截面积
A3二6x6=36mm2
A1+A2+A3>A满足不另行补强条件,所以不需补强。
其它开孔直径比人孔直径要小,故不需再进行开孔计算
(如计算结果需要补强,还需对其她接管进行补强汁算)
4)筒体得稳定性校核
因圆筒不受外压,所以此处不必对圆筒得周向稳定进行校核。
如筒体工作压
力为真空,筒体得轴向稳定性校核参照第九章第六节(p242-244)。
5)裙座得轴向稳定性校核
裙座得轴向稳定性校核:
参照《化工设备机械基础》P442图17-21确定裙座各项尺寸,查取相关许用应力。
根据《化工设备机械基础》p242进行裙座得轴向稳定性校核。
6)座圈得压应力校核
m刃头二120x2=240kg(p197)
m(4=267x26、5=240kg(pl95)
m)xft=n(Aa+Af+Ai)P=6995.4kg
m嵐二v简x26、2xp水+v对x2xp水=2、545x26、2x1000+0、826x2x1000
=68331kg(pl95、197)
Qi劇二m対头+m+m別=88445N
Qwm=10%Q咔=8844、5N
QK二m水g=68331x9、81=670327N
A=n(l、816^1、82)/4=0.034nr
©=_蛆+Q丁生二22、6MPa<[a]'
AA
校核合格
7)水压试验应力校核
水压试验压力Pt
用=1.25卩回(3-7)
[刃
卧置水压试验压力•.片=P;+yh
水压试验圧力下得应力校核:
(3-8)
式中0:
焊接接头系数
◎:
塔体有效厚度
%:
塔体材料得屈服极限
PT:
水压试验压力
O>:
圆筒水压试验压力下得应力
[O-]:
试验温度下材料得许用应力
M:
设计温度下材料得许用应力
Di:
圆筒内直径
代入数据到式(3-8)
刃=SO.沁
满足水压试验压力下得应力校核条件。
五、设计小结
(约300字左右)
六、参考文献
[1]董大勤、化工设备机械基础[M]、北京:
化学工业出版社,2003、
[2]全国化工设备技术中心站、《化工设备图样技术要求》2000版[S].
[3]GB150-1998>钢制压力容器[S].
[4]郑晓梅、化工工程制图化工制图[M].北京:
化学工业出版社,2002、
[5]JB/T4710-2005、钢制塔式容器[S].
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