《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（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：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：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10-306） 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500 mm ，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/T5118-95 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》，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： 2[]c i t cp 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，MPaD i ：塔体内径，mm[]t σ：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 MPap 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 i t c p D p δσϕ=-= 0.11180021700.850.11⨯⨯⨯-=0.69 mm C 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 i t c p 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，MPaD i ：塔体内径，mm[]t σ：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 MPap 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 i t c p D p δσϕ=- =0.111800217010.50.11⨯⨯⨯-⨯=0.59 mm C 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450mm3)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：20a. 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 mmδ：塔体的计算壁厚mmδet ：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mmδet=δnt- Ct=8-1=7 mm塔体材料：16MnR []t σ =170 MPa接管材料：20 []t σt=130 MPa[][]ttr t f 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 2③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 it c p d p δσϕ=-= 0.11514213010.11⨯⨯⨯-=0.22mm 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。
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=120⨯2=240 kg （p197）m 筒体=267⨯26.5=240 kg （p195）m 塔盘=n(Aa+Af+Ai)ρ= 6995.4 kgm 水=v 筒⨯26.2⨯ρ水+ v 封⨯2⨯ρ水=⨯⨯⨯⨯=68331 kg （p195、197）Q 设备= m 封头+ m 筒体+ m 塔盘=88445 NQ 附件= 10%Q 设备=8844.5 NQ 水= m 水g=68331⨯9.81=670327 NA= π(1.8162-1.82)/4=0.034 m 2Q A =Q Q Q ++设备附件水A =22.6 MPa < []t σ校核合格7) 水压试验应力校核水压试验压力P T[]1.25[]T t P P σσ'= （3-7） 卧置水压试验压力：T T P P '=+ γh水压试验压力下的应力校核：[]2T i e T eP D δσδ+=0.9S ϕσ≤ （3-8） 式中 ϕ： 焊接接头系数e δ： 塔体有效厚度S σ： 塔体材料的屈服极限T P ： 水压试验压力T σ： 圆筒水压试验压力下的应力[]σ：试验温度下材料的许用应力[]t σ：设计温度下材料的许用应力D i ： 圆筒内直径代入数据到式（3-8）[]2T i e T eP D δσδ+== 0.9S ϕσ≤ 满足水压试验压力下的应力校核条件。