贮罐课程设计.docx
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贮罐课程设计.docx
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贮罐课程设计
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
本设备用于鲜奶,果汁等液料食品贮存,贮罐附带装置如下:
搅拌器,进、出料口,人孔,温度计、液位计、视镜、支座
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
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,装配图可以手画也可以电脑绘制。
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
教1-209
第一周周一
2
有关工艺设计计算
教1-209
第一周周二至周五
3
装配图绘制
教1-209
第二周周一至周三
4
撰写课程设计说明书
教1-209
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,2005
[2]张裕中.食品加工技术装备[M].北京:
中国轻工业出版社,2000
[3]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,1989
[4]崔建云.食品加工机械与设备[M].北京:
中国轻工业出版社,2008
[5]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,2003
发出任务书日期:
2011年6月27日指导教师签名:
计划完成日期:
2011年7月8日基层教学单位责任人签章:
主管院长签章:
贮罐的设计报告书
摘要:
关键词:
目录
1贮罐的设计背景1
2贮罐的分类及选型1
2.1贮罐的分类1
2.2贮罐的选型1
3材料用钢的选取2
3.1容器用钢2
3.2附件用钢2
4工艺尺寸的确定2
4.1设备容量的确定2
4.2贮液罐的设计3
4.3壁厚确定3
4.4封头的选择4
4.5搅拌器轴功率的计算4
4.6主要管径的确定4
4.7支座的选择6
5设计感想6
1贮罐的设计背景
化工工业和其它流程工业的生产都离不开贮罐。
所有的化工设备的壳体都是一种容器,容易的应用遍及各行各业,如航空、机械制造等,然而化工容器又有其本身的特点,不仅要适应化学工艺过程所要求的压力和温度条件,还要承受化学介质的作用,要长期的安全工作且保证良好的密封。
因此在容器的设计中应综合考虑各方面的因素,使之达到最优。
为能够进行连续生产,需要有储存的容器,因此设计贮罐是化工生产能够顺利进行的前提。
2贮罐的分类及选型
2.1贮罐的分类
贮罐按其形状可分为方形和矩形容器、球形容器、圆筒形容器(立式、卧式)。
按其承压性质可分为内压和外压容器,内压容器又可以分为低压、中压、高压和超高压4个压力等级。
按其工作的温度环境可分为低温、常温、中温、高温容器。
按制造器的材料可分为金属制与非金属制两类。
按其应用情况可分为反应压力容器(R)、换热压力容器(E)、分离压力容器(S)。
储存压力容器(C)等。
2.2贮罐的选型
在本设计中由于设计体积较小(取整为16m3)且工作压力较小(常压或p<0.1Mpa)可采用卧式圆筒形容器,方形和矩形容器大多在很小设计体积时采用,因其承压能力较小且使用材料较多;而球形容器虽承压能力强且节省材料,但制造较难且安装内件不方便;立式圆筒形容器承受自然原因引起的应力破坏的能力较弱,故选用卧式圆筒形容器。
3材料用钢的选取
3.1容器用钢
压力容器的使用工况(如温度、压力、介质特性和操作特点等)差别很大,制造压力容器所用的钢种类很多,既有碳素钢、低合金高强度钢和低温钢,也有中温抗氢钢,不锈钢和耐热钢,还有复合钢板。
一般中低压设备可采用屈服极限为245Mpa~345Mpa级的钢材;直径较大、压力较高的设备,均应采用普通低碳钢,强度级别宜用400Mpa级或以上;如果容器的操作温度超过400℃,还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。
本设计贮液为牛奶,没有毒性,基本没有腐蚀性。
而AISI304不锈钢材质具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。
贮存液体不容易生锈,而且价格较其他不锈钢材稍便宜。
因此选用AISI304不锈钢材质既符合工艺要求,也节约资源,以便获得更好的经济价值。
3.2附件用钢
优质低碳钢的强度较低,塑性好,焊接性能好,因此在化工设备制造中常用作热价换列管、设备接管、法兰的垫片包皮。
优质中碳钢的强度较高,韧性较好,但焊接性能较差,不宜用作接管用钢。
由于接管要求焊接性能好且塑性好。
故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。
由于法兰必须具有足够大的强度和刚度,以满足连接条件,使之能够密封良好,故选用Q235-A的普通碳素钢。
16MnR钢良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性,适合用作封头钢材。
支座选取与筒体相同的材料,即AISI304不锈钢材质
4工艺尺寸的确定
每天贮液的体积100m3带搅拌装置的贮罐设计计算
4.1设备容量的确定
生产能力要求:
每天贮液的体积为V=100m3/d
设贮罐的填充系数φ=80%
贮液罐的总容积V总=V/φ=100/0.8=125m3
分2班,每班用4个贮液罐则有贮液罐的容量为
V1=125/(2×4)=15.625m3
将容积圆整到16m3,数量取5个(一个备用)
4.2贮液罐的设计
方案一:
(1)材质选择:
选用AISI304不锈钢材质
(2)几何尺寸确定
贮液罐兼有搅拌作用,取平盖,椭圆封头(底),带搅拌,储存液为牛奶,储存温度为常温,(方便设计,免去夹套和制冷系统等额外设计)贮存压力为0.25Mpa。
根据上面所算得的V1,查HGT3154-1985卧式椭圆形封头相关资料可得以下数据:
方案二:
(1)材质选择:
选用AISI304不锈钢材质
(2)几何尺寸确定
贮液罐兼有搅拌作用,取平盖,椭圆封头(底),带搅拌,为节省材料,取筒体长度H=D,则V1=0.785D3+πD3/24=16解方程得D=2.59478圆整取D=3mH=3m
方案分析:
(1)从厂房选址的角度分析:
一般楼房房高为3m。
方案二中,由于D已经圆整为3m,再加上如果场内设有排气管、输液管(一般设置在贮罐体上方,即罐体与房顶之间)等设备组成部分,厂房所需房高应大于3m。
因此如果选择方案二,一般楼房必定不能选,而只能在较空旷的地方建造满足设计要求高度的厂房。
而方案一中由于D圆整后也指是2m,还有1m的空间可供设置排气管、输液管等,一般楼房也可以满足要求。
因此在厂房选择方面方案一选择范围大,较有优势。
(2)从材料用量角度分析:
方案一中,按单个贮罐算,贮罐总长达6m多,占地面积较大,且贮罐体铸造所耗的钢材也较多,而方案二就比较有优势。
但本设计是四个(加上备用的就五个)贮罐并排放置(俯视图如下附图),这样方案一的贮罐放置就接近于正方形。
通过计算比较总占地和材料用量发现,方案一总占地面积只比方案二多10平方米左右,而总耗钢材只多30平方米左右(只算筒体部分用材,封头部分排除)
附图:
(标注忽略罐体间的间隙)
(3)从数据收集角度分析:
方案一方便而精确地查到筒体壁厚和封头厚度等信息,而方案二则无法精确查得其他零件的信息(因为圆整过并且令H=D则不能与标准匹配),虽然可以通过运用公式算出封头厚度等,但公式中的参数δ等也比较难查。
(4)从综合角度分析:
虽然方案一占地和耗钢材较多,但在可接受的范围,而且厂房选择和数据收集方面都比较有优势,因此选择方案一作为本设计方案。
4.3壁厚确定
贮夜罐为常压容器,在工作压力小于0.1Mpa且不与大气直接相通的情况下,由上面查表结果可得:
筒壁厚为S=6mm,封底选S封=10mm
(选择原则:
对内径小于3800mm的最小厚度约为内径的0.002倍,碳素钢或普通合金钢不小于3mm,不锈钢容器不小于2mm.封头比筒壁厚2-4mm)
•标准编号:
HG5—1580—85
•标准名称:
卧式椭圆形封头贮罐系列
•颁布部门:
中华人民共和国化学工业部内容简介:
本贮罐标准系列的设计压力P为2.5(25)、6(59)、10(98)、16(157)、18(176)、20(196)、22(216)、25(245)、30(294)、40(392)kgf/cm2(×10-2Mpa),设计温度为-20℃ 4.4封头的选择 封头HGT3154-1985卧式椭圆形封头 HGT3154-1985DN1800×10-16MnR 表示内径为1800mm,厚度10mm,材质为16MnR的椭圆形封头。 4.5搅拌器轴功率的计算 搅拌直径d=D/3=2.59478/3=0.865m P=2Npω3ρLd5=2×3.5×13×1100×(0.865)5=3728.82W≈3.73kW •P0-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,NP≈3.5双桨式45°搅拌器; •ω-涡轮转速: 取1r/min; •ρL-液体密度(kg/m3)本设计贮液为牛奶,密度取1100kg/m3; •2-搅拌器档数 电机功率Pg=K×(P/η)=1.5×(3.73/0.9)=6.22kW 式中K——附加消耗功率系数取1.4—1.6之间,此处取1.5 η——传动效率本设计取η=0.9 P——轴功率(kW) 电机的选用: 电机功率为6.22kW,用Y系列电机为例,功率较接近为7.5KW,型号有: Y132M-2、Y132M-4、Y160M-6、Y160L-8 4.6主要管径的确定 (1)人孔 根据设计的温度、最高压力、材质、介质及使用要求等条件,本次设计设置了1个人孔以方便安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置,查阅文献,选取标准号HG21521-97、公称压力为2.5Mpa的垂直吊盖带颈对焊法兰人孔,其公称直径选定为500mm,采用榫槽面密封面(TG型)和石棉橡胶板垫片。 位置开在顶封头上,位于左边轴线离中心轴500mm处。 人孔PN2.5Mpa、DN500mm(HG21521-97)明细表 件号 标准号 名称 数量 材料 1 HG20601-97 法兰盖 1 16MnR 2 HG20606~20612-97 垫片 1 石棉橡胶垫 3 HG20593(4) 法兰 1 16MnD(锻件) 4 HG20613-97 螺柱 35 5 HG20613-97 螺母 25 6 筒节 1 16MnR 7 把手 2 Q235-A.F 8 吊环 1 Q235-A.F 9 吊钩 1 Q235-A.F 10 GB41 螺母 2 4级 11 GB95 垫圈 1 100HV 12 转臂 1 Q235-A.F 13 环 1 Q235-A.F 14 无缝钢管 1 20 15 支承板 1 Q235-A.F (2)视镜 本次设计设置了1个视镜以便于观察发酵罐内部的情况,标准号HG21505-1992,直径为DN=100mm,高度为52mm,开在顶封头上,位于右边轴线离中心轴500mm处。 (3)温度计 本次设计设置了2个温度计Pt100,尺寸标准PN0.25DN32HGJ49-91,公称直径为32。 分别在贮罐体两边成对称分布 (4)液面计 本贮罐采用透光式玻璃板液面计R6-1。 尺寸标准PN0.25DN25HGJ49-91,公称直径为25mm。 (5)接口管 a.管道接口: 进料口: PN0.25DN100,HG20593-97,接口管直径108mm,开在封头上 排料口: PN0.25DN100,HG20593-97,接口管直径108mm,开在罐底 b.仪表接口: 名称 公称直径 尺寸标准 型号 液面计 25 PN0.25DN25HGJ49-91 R6-1 温度计 32 PN0.25DN32HGJ49-91 Pt100 贮液罐设备性能技术参数表 序号 名称 单位 指标 1 电机 Kw 7.5 2 搅拌轴 Rpm 1.5 3 总容量 m3 16 4 实容量 m3 12.8 5 贮液罐直径 m 1.8 6 贮液罐出口直径 mm 0.108 4.7支座的选择 卧式罐选择鞍式支座(标准: JB/T4724.1-2007),通过查阅相关的标准,根据罐的公称直径DN值1800mm选择相应尺寸,取其鞍座高度为250mm,底板l1为1280mm,b1为220mm,l3为296mm具体数据可以查阅标准,支座的材料选择与筒体材料相同的材料。 5设计感想 这次课程设计给我留下了太多记忆深刻的东西,学到了很多课本上学不到的知识。 设计过程真的有很多感慨,恨不得都把它们记录下来,下面就小抒几点,作为设计的感想: 第一,我的设计任务是贮罐,我喜欢每个同学都有不同的设计任务,不像化工原理课程设计那样,很多同学不用做就抄同组组员的数据就可以,这样很不公平! 所以先对老师的任务安排赞一个! 想要设计出合理的贮罐,我得查阅很多的文献和资料,力求对理论有透彻的理解。 在这过程中,我就像海绵吸水一样吸取着贮罐方面的知识,开阔设计性的思维。 第二,在贮罐知识的学习过程中,贮罐的设计蓝图已经在我脑海中浮现,剩下的就是把蓝图变为实物的工作,一次我一下子就有了逾理论于实践的激情。 因此,这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际,来解决实际问题的经历,还培养了我分析问题,解决问题的能力,以及上网检索信息的能力。 第三,本设计老师在ppt上有给出参考例子,让我们的设计有路可循,不至于懵懵懂懂的不知从何入手,因此设计过程比较顺利! 第四,本次设计很多数据、尺寸、规格都要靠自己设定和自己查阅文献标准,这样就锻炼了我们从海量信息中筛选的能力,这中能力对我们以后的工作和发展都具有重要意义。 第五,很享受跟同学们聚在一起画图的时刻,好像我们班很久没这样聚在一起过了! 那种氛围让人感到很舒服! 跟其他同学比,我的画法几何的技术还真是有待提高,本应该可以画得更好的! 然后就是搅拌器的画法,无论在网上还是在文献中都没找到,都靠自己创造设计,这就改变了我依赖书本的习惯! 第六,在本次课程学习中我真的学到很多知识,而且设计气氛自由,我可以在设计过程中验证了自己的一些猜想,开始感觉自己有点科学家精神了! 如果真的拿出了自己的全部精力去对待,就一定可以得到想要的结果! 最后,毕竟设计最终要以生产为实现。 就以本设计所得出的一些结论在生产上的应用作为结束吧: 贮罐的设计要考虑很多因素,占地的面积,铸造的用材、厂房选址和厂房高度要求等,功能更复杂的贮罐还要加夹套保温,还有手孔、排污管、放空管、安全阀、搅拌器等,具体要根据生产需要来增加。 另外,对于视镜、温度计等附件的设置原因和作用要熟悉,以便更好的使用,从而使贮罐实现高质量的利用!
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