1、课程设计填料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： 2013年 月1.设计任务书 22.设计参数与结构简图 43.设备的总体设计及结构设计 54.强度计算 75.设计小结 .136.参考文献 .14、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；（2） 根据化工工艺计算，确定填料高度；（3） 根据介质、工艺的
2、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塔设备结构草图（A3坐标纸）2.4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，2011.2全国化工
3、设备技术中心站化工设备图样技术要求2000版S.3GB150.14-2011. 压力容器 S4郑晓梅 . 化工工程制图 化工制图 M 北京：化学工业出版社， 2002.5JB/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、 提交塔设备装配图一张 (A1)。（填料塔设计例题）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2、结构简图（根据自己的设计题手画）除沫器液体进口气体出口卸料门填料塔体樹板气体进口h液休出口图i塔结构简图AfL工作温
4、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填料高度m：17介质： 对氯甲苯-邻氯甲苯混合物三.填料塔的总体设计及结构设计1、 根据化工原理课程设计，确定精馏塔设备的型式。本设计的精馏塔型式为填料塔2、 根据化工工艺计算，确定填料高度由化工工艺计算填料高度为17m.3、 根据介质条件的不同，拟定管口方位。f 0 p，所以 PN=0.25MPa。(c)确定结构尺寸(p283)。(d)法兰标记法兰RF 1800 - 0.25 JB/T4701-2000容器选取结果如下表：设备法兰MFM 1800-0.25 JB/T4703-2000材料 Q
5、345R(16 MnR)管法兰选取结果汇总:进料管法兰HG20594 法兰 SO80-1.0MFM 1816Mn II塔顶回流管法兰HG20594 法兰 SO80-1.0MFM 1816Mn II塔顶蒸汽管法兰HG20594 法兰 SO80-1.0MFM 1816Mn II塔底出料管法兰HG20594 法兰 SO450-1.0MFM 2816Mn II在沸器回流管法兰HG20594 法兰 SO500-1.0MFM 2816Mn II6)法兰密圭寸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 10-15法兰密封垫片选非金属软垫片 PN=0.25MPa (JB/T4704-2000) P29
6、4垫片 1800-0.25 JB/T4704-20007)裙座选取裙座的选取参考化工设备机械基础图17-34、参考图及课件确定裙座各尺寸支座选取直立裙式支座，裙座与塔体间的焊接头形式对接焊缝， 螺栓座个数 选为16个，螺栓座由盖板和筋板组成，用来安装地脚螺栓。为了便于检修和安 装，在裙座上开设2个椭圆形（500*400）不带盖板的人孔，为防止腐蚀性气体 积存在裙座，在裙座上方开 排气孔。裙座底设置排液孔。裙座与塔体间的焊接接头8） 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 11-2和 表 11-3，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
7、，标 准号为 HG20520-2005。9） 手孔设置手孔选取同上，手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 11-7和表 11-10,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 HG21516-2004。10） 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 11-18、p382选取 11）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 （ p431-440，焊接接头形式按HG20583-2011, A、B类焊接接头按照 HG20583-2011中DU4 ,D类焊接接头按
8、照HG20583-2011中G2,带补强圈D类焊接接头按照 HG20583-2011 中 G29。焊接材料的选取参照第十四章化工设备机械基础 1 4.5（p446-448）,12）压力容器类别的划分压力容器类别的划分按 固定式压力容器安全技术监察规程 ,化工设备机械基 础p452本设计塔器设计压力 0.11 MPa, v=32 L 介质为易爆、中毒危害介质, 故划分为U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p210）。塔体圆筒体壁厚计算按照 GB150.3-2011压力容器式3-1计算壁厚： PcD （ 4-1）2 t Pc式中 ：塔体的理论计算壁厚，mmpc：塔
9、体的计算压力，MPaDi :塔体内径，mmt:钢板在设计温度下的许用应力，MPa:焊接接头系数；名义厚度： n C ； （ 4-2）C1 C2 ；式中 n :名义厚度;C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差;:圆整量；e :有效厚度；查表化工设备机械基础表 8-6 Q345R t=189 MPapc：取塔体的设计压力，0.11 MPa焊缝为双面焊，局部射线检测， =0.85代入数据到式（4-1 ）得： ptcDi = 0.11 1800 =0.69 mm2 pc 2 189 0.85 0.11C1 =1 mmC2 =0 mm代入数据到式（4-2 ）得：名义厚度:C = 2 mm按最小厚度 min要求
10、取 n= 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GB150.3-2011压力容器式5-1计算壁厚:Pc Di2H05PC(4-3)式中 ：塔体圭寸头的理论计算壁厚，mmpc：塔体的计算压力，MPaDi :塔体内径，mmt :钢板在设计温度下的许用应力，MPa:焊接接头系数;名义厚度： n C ；C1 C2 ；式中 n :名义厚度;C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差;:圆整量；e :有效厚度；查表化工设备机械基础表 8-7 Q345R t =189 MPapc：取塔体的设计压力，0.11 MPa焊缝为双面焊，100%射线检测，取 =1代入数
11、据到式（4-3）得:Pc Di2 t 0.5pcmm0.11 18002 189 1 0.5 0.11Ci =1 mmC2 =0 mm代入数据到式(4-2 )得：名义厚度： n C = 2 mm按标准椭圆圭寸头最小厚度 min0.15%Di要求 取 n = 6 mm查化工设备机械基础(p229)选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h。取25mm圭寸头高度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p387 (列出所选尺寸),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(p389)。 例：人孔开孔
12、补强计算：人孔选公称压力1.0MPa，公称直径500 mm,标准号为HG20520-2005 接管 C 530 8(p360) 材料：20a.开孔所需补强面积；A=d +2 et(1-fj (4-4)式中 fr :强度削弱系数d :开孔直径 mm:塔体的计算壁厚mmet：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mmet= nt- Ct=8-1=7 mm塔体材料：Q345R t =189 MPa接管材料：20 t=140 MPat fr tt140 = =0.78189代入式(4-4) A=d +2 et(1-fr)=518 0.69+2 0.69 7(1-0
13、.78)2=359.5 mmb.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：h1= . d nt = 518 8 =64.4 mm内伸高度：h2= 0 mm2壳体多余截面积A1=(B-d)( e- )-2 et( e- )(1- fr) (4-5)代入式(4-5)A1= (1036-518)(7-0.69)-2 7(7-0.69)(1-0.78)2=1211.2 mm3接管多余截面积A2=2h 1( et- t) fr +2h2( et-C2) ( 4-6)接管计算厚度t=Pcdi2 t Pc0.11 5142 130 1 0.11=0.22
14、mm式中 di :接管内直径 mm di=530-16=514 mm代入式(4-6)A2=2h1( et- t) fr +2h?( et-C2) fr2=2 64.4(7-0.22)0.78=681 mm4焊缝金属截面积2A3=6 6=36 mmA1+A2+A3A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）筒体的稳定性校核如筒体工作压因圆筒不受外压，所以此处不必对圆筒的周向稳定进行校核 力为真空，筒体的轴向稳定性校核参照第九章第六节。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及参
15、考图确定裙座各项尺寸，查取相关许用应力根据化工设备机械基础p272计算裙座的轴向稳定许用应力 B= t。a.计算裙座的轴向稳定许用应力 Bb.裙座的轴向压缩应力校核封头质量m封头=120 2=240 kg （p229）筒体质量 m筒体=267 26.5=240 kg（p227）（其中26.5为塔筒体高度）塔盘质量 m 塔盘=n（Aa+Af+Ai） p = 6995.4 kg设备充满水的质量 m水=v筒26.5 p水+ v封2 p水=2.545 26.5 1000+0.826 2 1000 =68331 kgQ设备=m封头+ m筒体+ m塔盘=88445 NQ 附件=10%Q 设备=8844.5
16、 NQ 水=m 水 g=68331 9.81=670327 N裙座横截面积 A= n (1.8162-1.82)/4=0.034 m2Q设备 Q附件A-Q7水=22.6MPa t =B校核合格7）水压试验应力校核水压试验压力Pt(4-7)片1.25P卄Pt 1.25P 斗=1.25x0.11=0.14 MPa卧置水压试验压力：PT pt + h=0.14+0.23=0.37 MPa水压试验压力下的应力校核：PJDj0.9(4-8)焊接接头系数 =0.85e塔体有效厚度 e= n-Cl-C2s :塔体材料的屈服极限(p168) s=345 MPaR :水压试验压力T :圆筒水压试验压力下的应力:试验温度下材料的许用应力式中t :设计温度下材料的许用应力Di:圆筒内直径代入数据到式(4-8)0.9PTDj e满足水压试验压力下的应力校核条件五 . 设计小结约 300 字左右）六 . 参考文献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.3GB150-1998. 钢制压力容器 S4郑晓梅.化工工程制图 化工制图 M 北京：化学工业出版社， 2002.5JB/T4710-2005. 钢制塔式容器 S
