塔设备计算实例讲解.docx
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塔设备计算实例讲解
《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
1.设计任务书2
2.设计参数与结构简图4
3.设备的总体设计及结构设计5
4.强度计算7
5.设计小结..13
6.参考文献..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(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:
16Mnil
(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:
名称
进料管
塔顶回流管
塔底出料管
塔顶蒸汽管
再沸器回流管
公称直径
(mm)
80
80
80
450
500
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:
设备法兰
MFM1800-0.25JB/T4703-2000
材料16MnR
管法兰选取结果汇总:
进料管法兰
HG20594法兰S080-1.0MFM18
16MnII
塔顶回流管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶蒸汽管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔底出料管法兰
HG20594法兰SO450-1.0MFM28
16MnII
在沸器回流管法兰
HG20594法兰SO500-1.0MFM28
16MnII
5)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10-30
6)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500mm,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/T5118-95GB/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:
PcD—(4-1)
2Q]P-Pc
式中、;:
塔体的理论计算壁厚,mm
pc:
塔体的计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm
[二「:
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)
CC2;
式中
;e^'"n-C;
、;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[二]t=170MPa
pc:
取塔体的设计压力,0.11MPa
焊缝为双面焊,局部射线检测,=0.85
C1=1mm
C2=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义厚度:
、:
n八・Cr=2mm
按最小厚度:
min要求取:
.n=6mm
2)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:
PcDi
2[打'-0.5pc
(4-3)
式中、;:
塔体圭寸头的理论计算壁厚,mm
pc:
塔体的计算压力,MPa
Di:
塔体内径,mm
[;汀:
钢板在设计温度下的许用应力,MPa
「:
焊接接头系数;
名义厚度:
■C■■■■;
CC2;
。
八n「C;
式中“:
名义厚度;
C1:
腐蚀裕量;
C2:
钢板负偏差;
匚:
圆整量;
;e:
有效厚度;
查表《化工设备机械基础》表8-7[;汀=170MPa
pc:
取塔体的设计压力,0.11MPa
焊缝为双面焊,100%射线检测,取=1
代入数据到式(4-3)得:
严
2巴]Cp-0.5pc
mm
0.111800
21701-0.50.11
Ci=1mm
C2=0mm
代入数据到式(4-2)得:
名义厚度:
、:
nmer=2mm
按标准椭圆圭寸头最小厚度;min〉0.15%Di要求取:
.n=6mm
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°取25mm
圭寸头高度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p375C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500mm,标准号为HG20594-95接管C5308(p302)材料:
20
a.开孔所需补强面积;
A=d、+2「、et(1-fr)(4-4)
式中fr:
强度削弱系数
d:
开孔直径mm
-:
塔体的计算壁厚mm
-et:
接管的有效厚度mm
d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518mmet=、nt-Ct=8-1=7mm
塔体材料:
16MnR[汀=170MPa
接管材料:
20[汀t=130MPa
代入式(4-4)A=d-+2-:
.et(1-fr)
=5180.69+20.697(1-0.78)
2
=359.5mm
b.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=2518=1036mm
外伸高度:
h1=.dnt=5188=64.4mm
内伸高度:
h2=0mm
2壳体多余截面积
A1=(B-d)(、e-)-2et(、e-、)(1-fr)(4-5)
代入式(4-5)
A1=(1036-518)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78)
2
=1211.2mm
3接管多余截面积
式中di:
接管内直径mmdi=530-16=514mm
代入式(4-6)A2=2h1(、et-、t)fr+2h?
(、et-C2)fr
2
=264.4(7-0.22)0.78=681mm
4焊缝金属截面积
2
A3=66=36mm
A1+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=1202=240kg(p197)
m筒体=26726.5=240kg(p195)
m塔盘=n(Aa+Af+Ai)p=6995.4kg
m水=v筒26.2p水+v封2p水=2.54526.21000+0.82621000
=68331kg(p195、197)
Q设备=m封头+m筒体+m塔盘=88445N
Q附件=10%Q设备=8844.5N
Q水=m水g=683319.81=670327N
222
A=n(1.816-1.8)/4=0.034m
校核合格
7)水压试验应力校核
水压试验压力Pt
式中:
:
焊接接头系数
、:
e:
塔体有效厚度
轨:
塔体材料的屈服极限
PT:
水压试验压力
Ct:
圆筒水压试验压力下的应力[二]:
试验温度下材料的许用应力
[二:
设计温度下材料的许用应力
Di:
圆筒内直径
代入数据到式(3-8)
—RD
2飞
09;「s
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].
[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].
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