66 《化工容器设计》课程设计年级：2008级专业：化学工程与工艺姓名：张洪姣学号：2008115023指导教师：郝惠娣老师全容积：1.03m西北大学化工学院二零一零年七月三日目录一设计内容概述1. 1 设计要求1. 2 设计参数1. 3 设计条件二强度设计计算2. 1 厚度计算2. 2 最小壁厚2. 3 应力校核三标准零部件的选取3.1 支座3.2 手孔3.3 视镜3.4 法兰3.5 接管一、夹套反应釜设计任务书（一）设计内容：设计一台夹套传热式配料罐（二）设计参数和技术性能指标（三）设计要求：1.进行罐体和夹套设计计算；2.选择支座形式并计算；3.手孔校核计算；4.选择接管，管法兰，设备法兰；（四）设计要求，压力容器的基本要求是安全性和经济性的统一。

安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下，尽可能做到经济。

经济性包括材料的节约，经济的制造过程，经济的安装维修。

设计檔，压力容器的设计檔，包括设计图样，技术条件，强度计算书，必要时还要包括设计或安装、使用说明书。

若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。

强度计算书的内容至少应包括：设计条件，所用规范和标准、材料、腐蚀裕度、计算厚度、名义厚度、计算应力等。

设计图样包括总图和零部件图。

设计条件，应根据设计任务提供的原始数据和工艺要求进行设计，即首先满足工艺设计条件。

设计条件常用设计条件图表示，主要包括简图，设计要求，接管表等内容。

简图示意性地画出了容器的主体，主要内件的形状，部分结构尺寸，接管位置，支座形式及其它需要表达的内容。

设计参数及要求容器内夹套内工作压力，MPa设计压力，MPa 0.2 0.5 工作温度，℃设计温度，℃<100 <150介质染料及有机溶剂冷却水或蒸汽全容积, 3m 1.0 操作容积,3m0.8 传热面积,2m>3腐蚀情况微弱推荐材料Q235--A接管表符号公称尺寸DN连接面形式用途a 25 突面蒸汽入口b 25 突面加料口c 80 凸凹面视镜d 65 突面温度计管口e 25 突面压缩空气入口f 40 突面放料口g 25 突面冷凝水出口h 100 突面手孔二、设计计算 （夹套反应釜设计计算）(一)几何尺寸 1-1全容积 V=1.2m 33m 1-2 操作容积V 1=1.0 m 33m 1-3 传热面积 F=3m 22m 1-4 釜体形式：圆筒形 1-5 封头形式：椭圆形 1-6 半径比 i= H 1/ D 1=1.11-7 初算筒体内径 1D ≅ 34/V i π 带入计算得：1D ≅1.116m 1-8 圆整筒体内径 1D =1200mm1-9 一米高的容积1m V 按附表4-1选取 1m V =1.131 m 3 1-10 釜体封头容积1V 封 按附表4-1选取 1V 封=0.255 3m 1-11 釜体高度1H =(V-1V 封)/ 1m V =0.836 m 1-12圆整釜体高度1H =1000mm1-13 实际容积V=1m V *1H +1V 封=1.131*1.1+0.2553m =1.393m 1-14 夹套筒体内径2D 按表4-3选取得：2D =1D +100=1300mm 1-15 装料系数η=V 操/V=0.8 1-16操作容积V 操=1.03m1-17 夹套筒体高度2H ≥(ηV-1V 封)/1m V =0.623m 1-18 圆整夹套筒体高度2H =800mm1-19 罐体封头表面积1F 封 按附表4-2选取 F 1封=1.66522m 1-20 一米高筒体内表面积 1m F 按附表4-1选取 F 1m =3.772m1-21 实际总传热面积按式4-5校核 F=F 1m *H 2+F 1封=3.77*0.80+1.6652=5.062m >32m （二）、强度计算（按内压计算厚度） 2-1、 设备材料 Q235-A2-2、 设计压力（罐体内）P 1=0.2MPa 2-3、 设计压力（夹套内） P 2=0.3MPa 2-4、 设计温度（罐体内）t 1<100℃ 2-5、 设计温度（夹套内）t 2<150℃ 2-6、 液柱静压力P 1H = 10-6ρgh 略去不计 2-7、 计算压力 P 1C =P 1=0.2MPa 2-8、 液柱静压力 P 2H =0MPa 2-9、 计算压力P 2C = P 2=0.3 MPa2-10、 罐体及夹套焊接系数 采用双面焊，局部无损探伤 φ=0.85 2-11、 设计温度下材料许用应力[σ]t =113Mpa 2-12、 罐体筒体计算厚度 []11112C tCP D δ=σϕ-P =1.32mm 2-13、 夹套筒体计算厚度 []22222C t CP D δ=σϕ-P =2.03mm2-14、 罐体封头计算厚度1111' 1.092[]0.5c tcP D mm P δσϕ==- 2-15、 夹头封头计算厚度2222' 1.722[]0.5c t cP D mm P δσϕ==-2-16、 假设钢板厚度为3.8~4.0 2-17、 取钢板厚度负偏差 C 1=0.18mm2-18、 腐蚀裕度C 2=2.0mm2-19、 厚度附加量 C=C 1+C 2=2. 18mm2-20、 罐体筒体设计厚度 δ1c =δ1+C 2=1.32+2.0=3.32mm 2-21、 夹套筒体设计厚度 δ2C =δ2+C 2=2.03+2.0=4.03mm 2-22、 罐体封头设计厚度 δ1C ʹ=δ1ʹ+C 2=1.32+2.0=3.32mm 2-23、 夹套封头设计厚度 δ2C ʹ=δ2ʹ+C 2=2.03+2.0=4.03mm 2-24、 罐体筒体名义厚度 δ1n =4mm 2-25、 夹套筒体名义厚度 δ2n =6mm 2-26、 罐体封头名义厚度 δ1n ʹ=4mm 2-27、 夹套封头名义厚度 δ2n ʹ=6mm 三 稳定性校核（按外压校核厚度） 3-1罐体筒体名义厚度 δ1n =6mm (假设) 3-2厚度附加量 C=C 1+C 2=0.8+2.0=2.8mm 3-3罐体筒体有效厚度δ1e =δ1n -C=3.2mm3-4罐体筒体外径D 1O =1D +2δ1n =1200+2*6=1212mm 3-5筒体计算长度L=H 2+1/3h 1+h 2=800+1/3*300+25=925mm 3-6系数L/D 1O =925/1212=0.763 3-7系数D 1O /δ1e =1212/3.2=378.753-8系数 查参考文献1 图11-5 得： A=0.00024 3-9系数 查参考文献1 图 11-8 得： B=34 3-10需用外压力[P]=11/O eBD δ=0.090Mpa<0.3MPa 3-11罐体筒体名义厚度1n δδ1n =8mm(假设)3-12厚度附加量C=C 1+C 2=0.8+2.0=2.8mm 3-13罐体筒体有效厚度δ1e =δ1n -C=8-2.8=5.2mm 3-14罐体筒体外径D 1O =D 1+2δ1n =1200+2*8=1216mm 3-15筒体计算长度L=H 2+1/3h 1+h 2=925mm 3-16系数L/D 1O =925/1216=0.761 3-17系数D 1O /δ1e =1216/5.2=233.8 3-18系数A=0.0005 3-19系数 B=70 3-20许用外压力[]p =11/O eBD δ=0.30Mpa>0.3Mpa 所以稳定。

3-21筒体罐体名义厚度δ1n =8mm(确定) 3-22筒体封头名义厚度δ1n ʹ=8mm(假设) 3-23厚度附加量C=C 1+C 2=0.8+2.0=2.8mm 3-24罐体封头有效厚度δ1e ʹ= δ1n ʹ-C=8-2.8=5.2mm 3-25罐体封头外径D 1O ʹ= D 1ʹ+2*δ1n ʹ=1200+2*8=1216mm 3-26标准椭圆封头当量球壳外半径R 1O ʹ=0.9*D 1O ʹ=0.9*1216=1094.4mm3-27系数A=110.125(/)O e R δ''=0.00059 3-28系数 查参考文献1 图 11-8 得：B=85 3-29许用外压力[]1/O e B p R δ=''=0.404MPa>0.3MPa3-30罐体封头名义厚度δ1n ʹ=8mm(确定)（四）水压试验校核 4-1罐体试验压力P 1T =1.25P 1[][]tσσ=1.25*0.2=0.25 MPa 4-2夹套水压试验压力P 1T =1.25P 2[][]tσσ=1.25*0.3=0.375Mpa 4-3材料屈服点应力σs =235MPa4-4 T σ≤0.9φ s σ=0.9*0.85*235=179.8MPa 4-5罐体圆筒应力1T σ=1111()2T e ep D δδ+=29.0<179.8MPa4-6夹套内压试验应力2T σ=2222()2T e ep D δδ+=47.1<179.8MPa三、标准零部件的选取3.1 支座1）支坐类型:根据罐体的公称直径是1200mm,可由参考文献2的附表4-9选择标准耳式支坐，又因设备思需要保温故选择B 型，由 JB/T 4725—92可知选择 耳座B3。

2）数量：4个（对称且承重）。

3）[Q]=30KN 。

3.2 手孔查参考文献2的附表4-10，根据DN=150mm ，PN=1.0Mpa,选择带颈平焊法兰手孔，其有关资料如下：标准号HG21530-95 凹凸面MFMH1=160mm, H2=85.5mm, m=23.3kg3.3 视镜由DN=80mm,PN=1.0MPa,可知选择不带颈的视镜，查参考文献可得资料如下:D=145mm,D1=120mm,b1=25mm,b2=14mm 标准号为JB593-64-2 3.4 法兰设备共需选用4个，其中压力容器法兰1个，管法兰3个。

1）根据DN=1200mm,PN=0.6MPa,查参考文献2的附表4-4和4-5可知选取甲型平焊法兰：名称为法兰-T 1200-0.6 ；具体资料如下：D=1330mm,D1=1290mm,D2=1255mm,D3=1241mm,D4=1238mm,d=23mm; 螺柱M20, 数量52；凸面法兰质量：117.4kg，凹面法兰质量：115.2kg2) 图中a,b,e,g接管公称尺寸均为25mm。

根据DN=25mm,PN=1.0MPa,查参考文献2的附表4-12可得有关资料如下：管子外径A=32mm，法兰外径D=100mm，法兰理论质量为0.65kg。

3）图中d接管公称尺寸为65mm。