1、过程设备课程设计过程装备与控制工程专业(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)第一部分过程设备课程设计适用专业：过程装备与控制工程一、 课程设计的性质、目的与任务按过程装备与控制工程专业教学计划要求，在学完专业核心课过程设备设计后，进行过程设备课程设计教学环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。本课程设计的先修课程为：过程装备力学基础，过程装备制造技术，工程材料二、 程设计的主要内容与要求本课程设计以化工生产中的单元过程设备为主，包括：塔、换热器、反应器、储罐等设备的设计。设计条件由工艺人员提供工艺条件、设备的初步选型
2、及轮廓尺寸。1. 课程设计的主要内容1.1设备的机械设计1.1. 1设备的结构设计1.1. 2设备的强度计算1.2. 技术条件的编制1.2.1 总装配图技术条件1.3绘制设备总装配图1.4编制设计说明书1.5对项目做经济性评价2. 课程设计要求 1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。 2.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。 3.设计计算要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠。 4.工程图纸要求绘图。 5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。学生应交出的设计文件2.1设计说明书一份（其中需要包含经济性评价部分）2.2总装配
3、图一张（1号图纸）三、课程设计教学的基本要求（一） 教学的基本要求1 课程设计是一次综合应用所学知识的实际训练环节，要求学生独立完成（二） 课程设计的能力培养要求1 巩固、灵活运用本课程基础理论知识2 通过课程设计，培养学生(1) 国家、专业标准及规范熟悉、使用能力；(2) 分析、综合解决实际工程问题能力；(3) 计算机综合应用能力；(4) 对过程装备工程概念的理解能力；(5) 综合素质、创新意识及创新能力。（三）课程设计的规范性要求课程设计报告由设计说明书和设计图纸组成。1设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写
4、采用仿宋体、内容要详尽，图纸采用CAD或SOLIDSWORKS绘制。2设计说明书内容完整，言简意赅，书面整洁。设计计算说明书文体包括：课程设计任务书、目录、摘要、正文、参考文献、附录等说明书一般以前言开始，以下为正文，正文要分章、节。每一章要另起一页。章用1位数表示，节用2位数表示，小节用3位数，序数可用加括弧或半括弧的数字，也可用外文字母表示，两位以上的节号数字间要加点号，章节居中，序数后退2格开始。四、课程设计进度与时间安排(需要学生填写)（5周内完成）序号内 容天数备 注1布置任务、讲课和查阅有关资料2工艺设计机械设计（结构设计）3机械设计（强度计算）及技术条件编制4设计图纸绘制包括草图
5、绘制5撰写设计说明书6质疑及成绩评定五、课程设计考核（一）每个学生交一份课程设计报告，内容包括：设计图纸（折合A1图纸）1张、设计说明书一份。（二）对学生设计内容质疑。质疑时间，每人10分钟左右。（三）成绩评定，依据学生在课程设计阶段的基本能力、工作能力、工作态度、设计进度；完成设计任务的独立性、创新性；设计说明书与图纸（论文）的质量及答辩情况。其中平时表现（出勤率、工作态度、完成设计任务的独立性）占10%、设计说明书占30%、图纸占40%、质疑成绩占20%四部分组成。课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格五级划分。（四）学生应严格遵守纪律，设计期间一般不准请假，确因特殊情况，必须请假；凡随机
6、抽查三次不到，评定成绩降低一级；累计缺勤时间达到或超过全过程的15者，取消质疑资格，按“不及格”处理，不记该实践环节的学分。六、主要参考资料1 国家质量技术监督局，GB钢制压力容器，中国标准出版社，19982 国家质量技术监督局，压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站，化工设备图样技术要求，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富，过程设备设计，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利，过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，20026 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社，1996课程设计题目1： （ 100 ）
7、M3液化石油气储罐设计设 计 条 件 表管 口 表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口放气管人 孔安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管压力表接口温度计接口课程设计题目2： （ 50 ）M3液氯储罐设计设 计 条 件 表管 口 表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口空气进口管空气出口管液氯进口管液氯出口管安全阀接口压力表接口人 孔课程设计题目3：（30）M3液氨储罐设计设 计 条 件 表管 口 表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口液氨入口液氨出口安全阀接口排污管放空口气氨出口人 孔压力表接口课程设计题目4： （
8、200 ）M3液化天然气储罐设计设 计 条 件 表管 口 表接管代号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称液位计接口放气管无无无无人 孔安全阀接口排污管液相出口管液相回流管液相进口管气相管压力表接口温度计接口课程设计题目5：分离乙醇水混合液的筛板精馏塔设计. 原始数据及条件 生产能力：年处理量8万吨（开工率300天年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶 乙醇含量不低于88% 塔底 乙醇含量不高于 10% 塔顶压强进料热状况回流比单板压降建厂地址4Kpa（表压）自选自选0.7KPa武汉 . 设计要求： （一）编制一份设计说明书。 （二）绘制一个带控制点的工艺
9、流程图（2#图） （三）绘制精馏塔的装置图（1#图纸）课程设计题目6：搅拌釜设计设计的反应釜容积为2.0m3、操作容积为1.6m3：搅拌装置配置的电动机功率为3.0KW、搅拌轴的转速为85rmin、搅拌浆的形式为框式；加热的方式为用夹套内的导热油进行电加热：装置上设有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、12个电加热器套管、1个人孔（或固体物料进口）、1个测控接管。 . 设计要求： （一）编制一份设计说明书。 （二）绘制精馏塔的装置图（1#图纸）课程设计题目7：乙醇精馏塔的设计（1）、进料含乙醇38.2，其余为水（均为质量分数，下同）（2）、生产乙醇含量不低于93.1；（3）、釜残液中乙醇含量
10、不高于；1（4）、生产能力5000TY乙醇产品，年开工7200小时 1、间接蒸汽加热；2、塔顶压力：1.03atm（绝对压强）3、进料热状态：泡点进料；4、回流比：R=5；5、单板压降:75mm液注。 设计要求： （一）编制一份设计说明书，主要内容包括： （二）绘制一个带控制点的工艺流程图（2#图） （三）绘制精馏塔的装置图（1#图纸）课程设计题目8：清水吸收变换气的填料塔装置设计1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量：4.5% （体积）；3、混合气体流量：4000m3。（10）地震基本烈度：67度（11）天然气容积成分(%)：CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N21. 93
11、.3 4.6 1.4 0.2 0.25 0.252. 92.1 5.5 1.2 0.3 0.50 0.403. 91.8 4.3 2.2 0.5 0.50 0.704. 92.1 5.5 1.9 0.1 0.00 0.405. 92.5 4.3 2.0 1.1 0.00 0.106. 85.8 4.9 4.5 4.5 0.10 0.207. 89.6 5.0 3.5 1.2 0.5 0.20二、设计任务要求完成本工程的基本设计文件，包括：说明书，计算书，线路走向图，站场平面布置图及工艺流程图；论文撰写要符合一般学术论文的写作规范，具备学术性、科学性和创造性等特点。应语言流畅、准确，层次清晰、文
12、字详略得当、论点清楚、论据准确、中心突出、材料翔实、论证完整、严密，并有独立的观点和见解。要求：1、 达到一定的设计深度要求；2、 初步掌握主要设备的选型；3、 熟悉并熟练应用常用工程制图软件；4、 熟悉储运项目设计程序步骤；5、 掌握储运项目常用标准规范；6、 熟悉并掌握天然气长输管路工艺的计算方法；7、 掌握长输管道站场的工艺流程图和平面布置图；8、 初步掌握站场管线安装设计；9、 通过与实际工程项目的结合，加深对所学知识的理解和认识。三、主要参考文献与相关标准1 姚光镇主编输气管道设计与管理东营：石油大学出版社1991.62 天然气长输管道工程设计，石油大学出版社3 冯叔初等油气集输东营
13、：石油大学出版社2002.74 王志昌主编输气管道工程北京：石油工业出版社199745 李长俊主编天然气管道输送北京：石油工业出版社200011课程设计题目23：化工管路设计2过程设备课程设计计算过程设备设计包括工艺设计和机械设计两部分。21工艺设计工艺设计是根据设计任务提供的原始数据和生产工艺要求，通过工艺计算确定：1 盛装液化气体的压力容器设计存储量式中，W储存量，t ； 装量系数； V压力容器容积，m3 ； t设计温度下饱和液体密度，tm3；2 设备的初步选型及轮廓尺寸，如卧式容器的直径与长度；可参阅化工工艺设计手册22 机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两部分。 2.2.1结构设计
14、 1) 设计条件（以结构设计条件表和管口表的形式列出） 2-1 设计条件表项 目内 容备 注工作介质液化天然气工作压力 MPa30设计压力 MPa20工作温度 设计温度 公称容积（Vg） m3计算容积（V计） m3工作容积（V工） m3装量系数 (V)0.9介质密度（t） tm3材 质保温要求其它要求 2-2 管 口 表公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称注意：(1) 设计压力应根据最高工作压力来确定。对于盛装液化气体的压力容器，应按以下几条来确定最高工作压力：a. 盛装临界温度大于等于50的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，其最高工作压力为所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度
15、下的饱和蒸汽压力；如无保冷设施，其最高工作压力不得低于该液化气体在50时的饱和蒸汽压力。b.盛装临界温度低于50的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，并能确保低温储存的，其最高工作压力不得低于试验实测的最高工作温度下的饱和蒸汽压力；没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其最高工作压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50的气体压力。c.固定式液化石油气储罐的最高工作压力应按不低于50时混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定。若无实际组分数据或不做组分分析，则如下确定最高工作压力： 当其50的饱和蒸汽压力低于异丁烷50的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50异丁烷的饱和蒸汽
16、压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸汽压力； 当其50的饱和蒸汽压力高于50异丁烷的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50丙烷的饱和蒸汽压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸汽压力； 当其50的饱和蒸汽压力高于50丙烷的饱和蒸汽压力时，若无保冷设施，取50丙烯的饱和蒸汽压力；若有可靠保冷设施，取可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸汽压力。 应当注意，饱和蒸汽压力一般指绝压，而设计压力则应是表压。对于设备是否需要保冷，可视设备的下列储存形式来决定：常温压力储存容器内物料温度随季节温度变化，工作压力为相应温度下的饱和蒸汽压，因此，此种类型的储存不设
17、保温层；低温常压储存容器内物料温度要经常保持为常压（大气压）下的饱和温度，因此，此种类型的储存应设置良好的保温层。如常压下丙烷的饱和温度为-42.7，异丁烷的饱和温度为-12.8，因此，特别在夏天保温层也要维持这样的低温。低温压力储存容器内物料温度要经常保持为在一定压力（高于大气压）下的饱和温度。因此，此种类型的储存也应设置保温层，容器内的温度较低温常压储存高，但压力较常温压力储存为低。 （2）设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的平均温度值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度。对于0以下的金属温度，设计
18、温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。2） 结构设计a.筒体和封头结构设计 筒体直径一般由工艺条件决定，但要注意符合压力容器的公称直径标准。标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头型式。封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致。b.接管及接管法兰设计 法兰设计一般为根据法兰标准的选型设计。法兰有压力容器法兰和管法兰，二者属于不同的标准体系。 管法兰参照HG20592标准，容器法兰参照JB4700标准，法兰设计的内容如下：（1）根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公称压力PN；（2）根据公称直径DN、公称压力PN及介质特性决定法兰类型及密封面型式；（3）根据温度、压力及介质腐蚀性选择垫
19、片材料；（4）选择与法兰材料、垫片材料相匹配的螺柱和螺母材料。选择的标准法兰应按照相应标准中的规定进行标记。c. 人孔、手孔、视镜、液面计、压力计、温度计及安全阀结构设计压力容器开设人孔和手孔是为了检查设备内部空间以及装拆设备的内部零部件。一般当设 备的公称直径在900mm以下时可根据需要设置适当数量的手孔，超过900mm时应开设人孔。人也有圆形和长圆形两种。人孔大小的设置原则是方便人的进出。因此，圆形人孔的公称直径规定为400600mm，可根据容器直径及所处地区的冷暧程度来选择。当人孔经常需要打开时，可选用快开人孔。人手孔已有相应标准，设计时可根据设计条件直接选用。 视镜用来观察设备内部物料
20、的工作情况。用凸缘构成的视镜称为不带颈视镜，其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围，应优先选用。液面计种类很多，有玻璃板式液面计，玻璃管式液面计，用于低温设备的防霜液面计以及浮标液面计等，设计时可根据设备操作情况选相应标准的液面计。液面计一般通过法兰、活接头或螺纹接头与设备联接在一起，设计时应根据所选的液面计配相应的接口。设备高度不很高（三米以下），物料内没有结晶等易堵塞固体时，可采用玻璃管式或板式液面计。板式液面计较笨重，成本高，但承压也高（适用于压力在1.6MPa以上）。当要求观察的液面变化范围很小时，可采用结构简单，不易堵塞的视镜。液面计的长度和安装位置应根据最高液面和最低液面的要求来
21、确定，对于直径较大的设备，若一个液面计不能满足要求，就应考虑采用两个或多个液面计来配合使用。d. 支座结构设计 按照JBT4712 容器支座进行设计 e. 焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分，通常所称的焊缝与焊接接头具有同样的含义。焊接接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊接接头结构的设计应在设备的总装配图或部件图中以节点图的方式表示出来。压力容器焊接结构设计的基本原则(1) 回转壳体的拚接接头必须采用对接接头壳体上的所有纵向及环向接头、凸形封头上的拚接接头，即A、B类接头，必须采用对接焊，不允许
22、采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。(2) 对接接头应采用等厚度焊接当厚度差较大的两部分回转壳体对接时应对厚度较大的一侧进行削薄加工，以使得两侧的厚度基本相等。这样可减小刚度差，降低应力集中，并便于焊接。 (3) 焊接接头应便于进行无损检测对某些无损检测要求较高的容器，应使一些角接接头设计成对接接头，例如，采用嵌入式接管。容器焊接接头的坡口设计焊接接头的坡口设计是焊接结构设计的重要内容。坡口形式指被焊两金属件相连接处预先被加工成的结构形式，一般由焊接工艺本身来决定。坡口的基本尺寸为坡口角度、钝边高度（根高）P和根部间隙（根距）b（图2-1）。设备
23、设计图纸上对重要的焊接接头必须用节点图表明坡口基本尺寸的具体数值。坡口形式的选择主要考虑以下因素： 填充于焊缝部位的金属尽量少。这样既可节省焊接材料，又可减少焊接工作量。 根据需要尽量采用双面焊或单面焊双面成型。 便于施焊，改善劳动条件。尽量减少容器内部焊接的工作量，清根尽可能在容器外部进行。 尽量减小焊接变形和残余应力。如较厚板材拚接时宜设计成内外对称的X形坡口。 （1）壳体对接接头的坡口设计 属于壳体的对接接头，当厚度较小时可以进行双面焊的则可不开坡口，厚度较大时则必须开坡口。常用的对接坡口有V形、U形及X形三种。选用参见下表2-3接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的
24、焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊与双面焊、焊透与不焊透等问题。典型的接管与补强圈的焊接结构参见5。常用焊接方法与焊接材料根据焊接过程中接头的状态，焊接方法可归纳为三个基本类型，即熔化焊、压力焊和钎焊。压力容器制造中常用的焊接方法是熔化焊中的电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。其中，电弧焊又包括焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。各种熔化焊都是依靠电能转变成热能，熔化金属形成焊缝而把两部分构件焊成一体的。熔化焊过程中，由电能转变成的热能会将焊接材料和母材的被焊部位加热熔化而形成一个不大的熔化区，叫焊接熔池。熔池体积小、温度高、存在时间短。如果裸露于空气中，
25、高温液态金属将与空气中的氧、氮等发生剧烈反应，难于形成有实用价值的焊缝。因此，对以熔池为中心的焊接区进行保护使之免受空气侵害，是熔化焊的一个关键技术问题。一般在压力容器的设计中，都是按焊条电弧焊的要求来进行焊接结构的设计，并选用相应的焊接材料。因此，下面仅介绍焊条电弧焊及其焊接材料。焊条电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气体和熔渣的共同保护下，有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。焊条电弧焊设备简单，便于操作，适用于各种焊接，
26、在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用焊条电弧焊。其缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。焊条电弧焊的焊接材料是焊条。容器设计时，要选择合适的焊条牌号，并在图纸上注明。（1） 焊条成分及作用 焊条由焊芯和药皮两大部分组成。焊芯的作用有二：一是作为电极传导电流和引燃电弧，二是自身熔化并与母材熔合在一起形成焊缝。药皮是决定焊缝质量的重要因素。药皮可以提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，保证焊缝脱氧和去除硫磷杂质，并能给焊缝金属添加适量的有益合金元素以及改善焊接工艺性能。为了保证药皮在焊接过程中发挥这些作用，药皮的成分比较复杂，常由79种以
27、上原料配成，根据其作用的不同分别叫作稳弧剂、脱氧剂（降低药皮和熔渣的氧化性，脱除金属中的氧）、造渣剂（形成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊缝并改善焊缝成形）、造气剂（进一步加强对焊缝区的保护）、合金剂（使焊缝金属获得必要的化学成分）、粘结剂（将药皮牢固地粘结于焊芯上）、稀渣剂（增加渣的流动性，降低渣的粘度）等。（2） 焊条的分类 焊条按用途可分为碳钢焊条，低合金钢焊条，钼和铬钼耐热钢焊条，不锈钢焊条，堆焊焊条，低温钢焊条，铸铁焊条及各类合金焊条等。压力容器制造中，使用最广泛的是碳钢焊条和低合金钢焊条。这两类焊条的牌号见附录。按药皮化学性质可分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条药皮中主要含有TiO
28、2、MnO2、FeO等酸性氧化物及少量有机物，氧化性较强，施焊时药皮中合金元素烧损较大，焊缝金属的氧氮含量较高，故焊缝力学性能（特别是冲击韧性）较低；酸性渣难于脱硫脱磷，因而焊缝的抗裂性较差。但焊条工艺性能好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感性不大，抗气孔能力强。酸性焊条广泛地用于一般结构的焊接。碱性焊条药皮中主要含有CaCO3、CaF2、MgCO3、SiO2等碱性氧化物，并含有较多的铁合金，如锰铁、钛铁、钼铁、钒铁、硅铁等作为脱氧剂和渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低，所以也叫“低氢焊条”。碱性焊条药皮中某些成分能有效地脱硫脱磷，故其抗裂性能良好，焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较高。碱性焊条多用于焊接重要结构，是压力容器制造中广泛使用的焊条。（3） 焊条的选用 焊条选用应考虑以下因素：a. 考虑母材力学性能与化学成分。对低碳钢和低合金钢构件，要按等强度原则选择焊条，即要求焊缝与母材强度相等或基本相等，而不要求焊缝金属的化学成分与母材相同。焊接厚壁结构时，由于冷却速度快，焊接应力大，容易产生裂纹，因而第一层打底焊缝应选用塑性好、强度稍低的低氢焊条，然后选用与母材等强度的焊条进行焊接。当低碳钢与低合金钢之间、或不同种类的低合金钢之间进行异种钢焊接时，应选用与其中强度较低的钢材等强度的焊条进行焊接。耐热钢、不锈钢的焊
