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化工设备课程设计计算书(板式塔)

《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:2011年月日目录一.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(或板式塔)设计。

设计题目:各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目:填料塔(板式塔)DNXXX设计。

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)。

(精馏塔设计例题)二. 设计参数与结构简图1、设计参数精馏塔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:38 介质:苯-甲苯混合物2、结构简图(根据自己的设计题手画)图1 精馏塔结构简图三. 精馏塔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)。

本设计的精馏塔型式为板式塔2、根据化工工艺计算,确定塔板数目(或填料高度)。

由化工工艺计算塔板数目为30块3、根据介质条件的不同,拟定管口方位。

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精馏塔工艺条件(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 塔盘、底座:Q235-B容器法兰:16MnR 管法兰: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)材料许用应力[]t(MPa)Q345R(16MnR) 170Q235-B 11316MnII 17020 1332)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: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)设计条件: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 介质:苯-甲苯混合物(a)法兰类型DN=1800,p=0.11MPa,表10-1选甲型平焊;(b)p=0.11MPa,t=150℃,查表10-10材料为16MnR,定PN=0.25MPa,150℃时允许[p]=0.25MPa>p,所以PN=0.25MPa。

(c)确定结构尺寸(p254)。

(d)法兰标记法兰-RF 1800-0.25 JB/T4701-2000选取结果如下表:管法兰选取结果汇总: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法兰密封垫片选非金属软垫片PN=0.25MPa (JB/T4704-2000)P265垫片1800-0.25 JB/T4704-20006)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。

支座选取裙式支座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,本设计中选用带颈平焊法兰人孔,公称压力1.0MPa,公称直径500 mm,标准号为HG20594-95。

8)手孔设置手孔选取同上,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),焊接接头形式按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/T5118-95 GB/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》,《化工设备机械基础》p386 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(筒体的设计参照第八章第二节p172-185)。

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: 2[]c itcp D p δσϕ=- (4-1)式中 δ:塔体的理论计算壁厚,mmp c :塔体的计算压力,MPa D i :塔体内径,mm[]tσ:钢板在设计温度下的许用应力,MPaϕ:焊接接头系数;名义厚度: n C δδ=++∆; (4-2)12C C C =+;e n C δδ=-;式中 n δ:名义厚度;C 1:腐蚀裕量; C 2:钢板负偏差;∆:圆整量;e δ:有效厚度;查表《化工设备机械基础》表8-7[]t σ=170 MPa p c :取塔体的设计压力,0.11 MPa 焊缝为双面焊,局部射线检测,ϕ=0.85代入数据到式(4-1)得:2[]c itcp D p δσϕ=-=0.11180021700.850.11⨯⨯⨯-=0.69 mmC 1 =1 mm C 2 =0 mm代入数据到式(4-2)得:名义厚度: n C δδ=++∆= 2 mm 按最小厚度δmin 要求 取 n δ= 6 mm2) 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: 2[]0.5c itcp D p δσϕ=- (4-3)式中 δ:塔体封头的理论计算壁厚,mmp c :塔体的计算压力,MPa D i :塔体内径,mm[]tσ:钢板在设计温度下的许用应力,MPaϕ:焊接接头系数;名义厚度: n C δδ=++∆;12C C C =+;e n C δδ=-;式中 n δ:名义厚度;C 1:腐蚀裕量; C 2:钢板负偏差;∆:圆整量;e δ:有效厚度;查表《化工设备机械基础》表8-7[]t σ=170 MPa p c :取塔体的设计压力,0.11 MPa 焊缝为双面焊,100%射线检测,取ϕ=1代入数据到式(4-3)得: 2[]0.5c itcp D p δσϕ=-=0.111800217010.50.11⨯⨯⨯-⨯=0.59 mmC 1 =1 mmC 2 =0 mm代入数据到式(4-2)得:名义厚度: n C δδ=++∆= 2 mm 按标准椭圆封头最小厚度δmin 〉0.15%D i 要求 取 n δ= 6 mm 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h 0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p375 C 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500 mm ,标准号为HG20594-95 接管¢530⨯8(p302) 材料:20 a. 开孔所需补强面积 ; A=d δ+2δδet(1-r f )(4-4)式中 r f :强度削弱系数 d :开孔直径 mm δ:塔体的计算壁厚mm δet :接管的有效厚度mm d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mm δet=δnt- Ct=8-1=7 mm塔体材料:16MnR []t σ =170 MPa接管材料:20 []t σt=130 MPa[][]tt r tf σσ==130170=0.78 代入式(4-4) A=d δ+2δδet(1-r f )=5180.69⨯+2⨯0.69⨯7(1-0.78) = 359.5 mm 2b. 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=2⨯518=1036 mm 外伸高度:h 1==64.4 mm 内伸高度:h 2= 0 mm②壳体多余截面积A1=(B-d)( e δ-δ)-2δet ( e δ-δ)(1-r f ) (4-5) 代入式(4-5)A1=(1036-518)(7-0.69)-2⨯7(7-0.69)(1-0.78) = 1211.2 mm 2 ③接管多余截面积A2=2h 1(δet-δt) r f +2h 2(δet-C2) r f (4-6) 接管计算厚度δt=2[]c itcp d p δσϕ=-=0.11514213010.11⨯⨯⨯-=0.22 mm式中 di :接管内直径 mm di=530-16=514 mm代入式(4-6) A2=2h 1(δet-δt) r f +2h 2(δet-C2) r f=2⨯64.4(7-0.22)0.78=681 mm 2④焊缝金属截面积 A3=6⨯6=36 mm 2A1+A2+A3>A 满足不另行补强条件,所以不需补强。

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