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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
一.设计任务书…………………………………………………………2
二.设计参数与结构简图………………………………………………4
三.设备的总体设计及结构设计………………………………………5
四.强度计算……………………………………………………………7
五.设计小结…………………………………………………………..13
六.参考文献…………………………………………………………..14
一、设计任务书
1、设计题目
根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔(板式塔)设计。
各个同学按照自己的工艺参数确定设计题目:
填料塔(板式塔)DNXXX设计。
设计题目:
例:
精馏塔(DN1800)设计
2、设计任务书
2.1设备的总体设计与结构设计
(1)根据《化工原理》课程设计,确定塔设备的型式(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)根据介质的不同,拟定管口方位;
(4)结构设计,确定材料。
2.2设备的机械强度设计计算
(1)确定塔体、封头的强度计算。
(2)各种开孔接管结构的设计,开孔补强的验算。
(3)设备法兰的型式及尺寸选用;管法兰的选型。
(4)裙式支座的设计验算。
(5)水压试验应力校核。
2.3完成塔设备装配图
(1)完成塔设备的装配图设计,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、明细表和标题栏。
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.
[5]JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S].
4、文献查阅要求
设计说明书中公式、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
1、设计参数
本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
工作温度°C:
120设计温度°C:
150
工作压力MPa:
0.1设计压力MPa:
0.11
塔体内径mm:
1800塔板数块:
63
介质:
醋酸-丙酸混合物
2、结构简图(手画)
图1塔结构简图
三.设备的总体设计及结构设计
1、根据《化工原理》课程设计,确定塔设备的型式(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、根据介质条件的不同,拟定管口方位。
(画出俯视管口方位)
4、结构设计,设备法兰的型式及尺寸选用,管法兰等零部件选型。
1)零部件材料的选取
根据塔器使用条件(介质的腐蚀性、设计压力、设计温度)、材料的焊接性能、零件的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
(材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7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的选取见第十七章第三节(p430-438)。
(自选)
3)工艺接管
接管的选取根据介质流量,参照GB12771-91,接管的选取如下表:
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)压力容器法兰和接管法兰
压力容器法兰的选取按照《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SO450-1.0MFM28
16MnII
在沸器回流管法兰
HG20594法兰SO500-1.0MFM28
16MnII
5)法兰密封垫片的选取
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表10-30
6)裙座选取
裙座的选取根据参照《化工设备机械基础》图17-21确定裙座各尺寸。
7)人孔设置
人孔的选取根据筒体直径和公称压力参照《化工设备机械基础》表11-1和表11-6,例:
本设计中选用带颈平焊法兰人孔,公称压力1.0MPa,公称直径500mm,标准号为HG20594-95。
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)视镜和液位计的选取
视镜和液位计的选取根据《化工设备机械基础》表11-9、表11-11选取
10)焊接接头形式和和焊接材料的选取
焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节(p367-377),标准为HG20583-1998,A、B类焊接接头按照HG20583-1998中DU4,D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,
焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节(p379-382),标准GB/T5117-95、GB/T5118-95GB/T983-95
焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节(p378)
11)压力容器类别的划分
压力容器类别的划分按《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
计算壁厚:
(4-1)
式中:
塔体的理论计算壁厚,mm
pc:
塔体的计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm
:
钢板在设计温度下的许用应力,MPa
:
焊接接头系数;
名义厚度:
;(4-2)
;
;
式中:
名义厚度;
C1:
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=170MPa
pc:
取塔体的设计压力,0.11MPa
焊缝为双面焊,局部射线检测,=0.85
代入数据到式(4-1)得:
==0.69mm
C1=1mm
C2=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义厚度:
=2mm
按最小厚度min要求取=6mm
2)封头的强度计算
(封头的设计参照第八章第二节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:
(4-3)
式中:
塔体封头的理论计算壁厚,mm
pc:
塔体的计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm
:
钢板在设计温度下的许用应力,MPa
:
焊接接头系数;
名义厚度:
;
;
;
式中:
名义厚度;
C1:
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=170MPa
pc:
取塔体的设计压力,0.11MPa
焊缝为双面焊,100%射线检测,取=1
代入数据到式(4-3)得:
==0.59mm
C1=1mm
C2=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义厚度:
=2mm
按标准椭圆封头最小厚度min〉0.15%Di要求取=6mm
查《化工设备机械基础》(p196)
选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h0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》第十四章第二节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1.0MPa,公称直径500mm,标准号为HG20594-95
接管¢5308(p302) 材料:
20
a. 开孔所需补强面积;
A=d+2et(1-)(4-4)
式中:
强度削弱系数
d:
开孔直径mm
:
塔体的计算壁厚mm
et:
接管的有效厚度mm
d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518mm
et=nt-Ct=8-1=7mm
塔体材料:
16MnR=170MPa
接管材料:
20t=130MPa
==0.78
代入式(4-4)A=+2et(1-)
=518+20.697(1-0.78)
=359.5mm2
b.有效补强范围内的补强面积:
①有效补强范围
有效宽度:
B=2d=2518=1036mm
外伸高度:
h1===64.4mm
内伸高度:
h2=0mm
②壳体多余截面积
A1=(B-d)(-)-2et(-)(1-)(4-5)
代入式(4-5)
A1=(1036-518)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78)
=1211.2mm2
③接管多余截面积
A2=2h1(et-t)+2h2(et-C2)(4-6)
接管计算厚度t===0.22mm
式中di:
接管内直径mmdi=530-16=514mm
代入式(4-6)A2=2h1(et-t)+2h2(et-C2)=264.4(7-0.22)0.78=681mm2
④焊缝金属截面积
A3=66=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,还需对其他接管进行补强计算)
4)筒体的稳定性校核
因圆筒不受外压,所以此处不必对圆筒的周向稳定进行校核。
如筒体工作压力为真空,筒体的轴向稳定性校核参照第九章第六节(p242-244)。
5)裙座的轴向稳定性校核
裙座的轴向稳定性校核:
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进行裙座的轴向稳定性校核。
6)座圈的压应力校核
m封头=1202=240kg(p197)
m筒体=26726.5=240kg(p195)
m塔盘=n(Aa+Af+Ai)ρ=6995.4kg
m水=v筒26.2ρ水+v封2ρ水=
=68331kg(p195、197)
Q设备=m封头+m筒体+m塔盘=88445
Q附件=10%Q设备=8844.5
Q水=m水g=683319.81=6703
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