化工課程設計(板式塔)

1、 化工設備設計基礎課程設計計算說明書學生姓名：學 號：所在學院：專 業(yè)：設計題目：指導教師：2021年月日目 錄一. 設計任務書2二. 設計參數與結構簡圖4三. 設備的總體設計及結構設計5四. 強度計算7五. 設計小結.13六. 參考文獻.14一、設計任務書1、設計題目根據化工原理課程設計工藝計算內容進行填料塔（或板式塔）設計。設計題目：各個同學按照自己的工藝參數確定自己的設計題目：填料塔（板式塔）DNXXX設計。 例： 精餾塔（DN1800）設計2、設計任務書 2.1設備的總體設計與結構設計（1）根據化工原理課程設計，確定塔設備的型式(填料塔、板式塔)；（2）根據化工工藝計算，確定塔板數目

2、(或填料高度)；（3）根據介質的不同，擬定管口方位；（4）結構設計，確定材料。 2.2設備的機械強度設計計算 （1）確定塔體、封頭的強度計算。 （2）各種開孔接管結構的設計，開孔補強的驗算。 （3）設備法蘭的型式及尺寸選用；管法蘭的選型。（4）裙式支座的設計驗算。（5）水壓試驗應力校核。2.3完成塔設備裝配圖（1）完成塔設備的裝配圖設計，包括主視圖、局部放大圖、焊縫節(jié)點圖、管口方位圖等。 （2）編寫技術要求、技術特性表、管口表、明細表和標題欄。3、原始資料3.1化工原理課程設計 塔工藝計算數據。 3.2參考資料： 1 董大勤.化工設備機械基礎M.北京：化學工業(yè)出版社，2003. 2 全國化工設

3、備技術中心站.化工設備圖樣技術要求2000版S 3 GB150-1998.鋼制壓力容器S 4 鄭曉梅.化工工程制圖 化工制圖M北京：化學工業(yè)出版社，2002. 5 JB/T4710-2005.鋼制塔式容器S4、文獻查閱要求 設計說明書中公式、內容等應明確文獻出處;裝配圖上應寫明引用標準號。5、設計成果1、提交設計說明書一份。 2、提交塔設備(填料塔、板式塔)裝配圖一張(A1)。（精餾塔設計例題） 二. 設計參數與結構簡圖1、設計參數精餾塔設計的工藝條件由化工原理課程設計計算而得。工作溫度 °C： 120 設計溫度 °C： 150工作壓力 MPa： 0.1 設計壓力 MPa：

4、 0.11塔體內徑 mm： 1800 塔板數 塊： 38 介質： 苯-甲苯混合物2、結構簡圖 （根據自己的設計題手畫） 圖1 精餾塔結構簡圖三. 精餾塔的總體設計及結構設計1、根據化工原理課程設計，確定塔設備的型式(填料塔、板式塔)。 本設計的精餾塔型式為板式塔2、根據化工工藝計算，確定塔板數目 (或填料高度)。 由化工工藝計算塔板數目為30塊3、根據介質條件的不同，擬定管口方位。 4、結構設計，設備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。1）零部件材料的選取 根據精餾塔工藝條件（介質的腐蝕性、設計壓力、設計溫度）、材料的焊接性能、零件的制造工藝及經濟合理性進行選材： 塔體：16MnR 封頭

5、：16MnR 接管：20 塔盤、底座：Q235-B容器法蘭：16MnR 管法蘭：16MnII（材料的許用應力按照化工設備機械基礎表8-7查并列表）材料 許用應力（MPa）Q345R(16MnR) 170Q235-B 11316MnII 17020 1332）塔盤結構根據工藝條件、塔體直徑，塔盤結構選為單液流分塊式塔盤，具體塔盤結構及尺寸的選取見第十七章第三節(jié)（p430-438）。（自選）3）工藝接管接管的選取根據介質流量，參照GB12771-91，接管的選取如下表：名稱進料管塔頂回流管塔底出料管塔頂蒸汽管再沸器回流管公稱直徑（mm）8080804505004 ）壓力容器法蘭和接管法蘭壓力容器法

6、蘭的選取按照化工設備機械基礎選JB/T47004707-2000標準。（按照化工設備機械基礎（p263）寫出選取過程）設計條件 ：工作溫度 °C： 120 設計溫度 °C： 150工作壓力 MPa： 0.1 設計壓力 MPa： 0.11塔體內徑 mm： 1800 介質： 苯-甲苯混合物（a）法蘭類型 DN=1800，p=0.11MPa，表10-1選甲型平焊；（b）p=0.11MPa，t=150，查表10-10 材料為16MnR，定PN=0.25MPa，150時 允許p=0.25MPa>p，所以PN=0.25MPa。（c）確定結構尺寸（p254）。（d）法蘭標記 法蘭R

7、F 18000.25 JB/T4701-2000選取結果如下表：設備法蘭MFM 1800-0.25 JB/T4703-2000 材料 Q345R(16MnR)管法蘭選取結果匯總：進料管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔頂回流管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔頂蒸汽管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔底出料管法蘭HG20594 法蘭SO450-1.0MFM 2816MnII 在沸器回流管法蘭HG20594 法蘭SO500-1.0MFM 2816MnII 5） 法蘭密封墊片的選取法蘭密封墊

8、片的選取參照化工設備機械基礎表10-30法蘭密封墊片選非金屬軟墊片 PN=0.25MPa （JB/T4704-2000） P265墊片 1800-0.25 JB/T4704-20006） 裙座選取裙座的選取根據參照化工設備機械基礎圖17-21確定裙座各尺寸。支座選取裙式支座7）人孔設置人孔的選取根據筒體直徑和公稱壓力參照化工設備機械基礎表11-1和表11-6，本設計中選用帶頸平焊法蘭人孔，公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標準號為HG20594-95。8） 手孔設置手孔選取同上，本設計中選用不銹鋼板式平焊人孔（僅限凸面），公稱壓力0.6MPa，公稱直徑150mm，標準號為HG2059

9、7-95。9）視鏡和液位計的選取視鏡和液位計的選取根據化工設備機械基礎表11-9、表11-11選取10） 焊接接頭形式和和焊接材料的選取焊接接頭形式的選取參照化工設備機械基礎第十四章第二節(jié)（p367-377），焊接接頭形式按HG20583-1998，A、B類焊接接頭按照HG20583-1998中DU4，D類焊接接頭按照HG20583-1998中G2，帶補強圈D類焊接接頭按照JB/T4736-2002中C，焊接材料的選取參照第十四章化工設備機械基礎第四節(jié)（p379-382），標準GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95焊接接頭的檢驗化工設備機械基礎第十四章第三節(jié)(p3

10、78)11）壓力容器類別的劃分壓力容器類別的劃分按壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，化工設備機械基礎p386本設計塔器為低壓分離設備，介質為易燃、中毒危害介質，故劃分為一類壓力容器。四、強度計算1、塔體壁厚計算（筒體的設計參照第八章第二節(jié)p172-185）。 塔體圓筒體壁厚計算按照GB150-1998鋼制壓力容器式5-1計算壁厚： （4-1）式中 ：塔體的理論計算壁厚，mmpc：塔體的計算壓力，MPaDi：塔體內徑，mm：鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa：焊接接頭系數；名義厚度： ； （4-2）；式中 ：名義厚度；C1：腐蝕裕量；C2：鋼板負偏差；：圓整量；：有效厚度；查表化工設備機械基礎表8-7=

11、170 MPapc：取塔體的設計壓力，0.11 MPa焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85 代入數據到式（4-1）得：= =0.69 mmC1 =1 mmC2 =0 mm代入數據到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm按最小厚度min要求 取 = 6 mm2) 封頭的強度計算（封頭的設計參照第八章第二節(jié)p175-185）。塔體封頭壁厚計算按照GB150-1998鋼制壓力容器式7-1計算壁厚： （4-3）式中 ：塔體封頭的理論計算壁厚，mmpc：塔體的計算壓力，MPaDi：塔體內徑，mm：鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa：焊接接頭系數；名義厚度： ； ；式中 ：名義厚度；C1：腐蝕裕量；C

12、2：鋼板負偏差；：圓整量；：有效厚度；查表化工設備機械基礎表8-7=170 MPapc：取塔體的設計壓力，0.11 MPa焊縫為雙面焊，100%射線檢測，取=1 代入數據到式（4-3）得：=0.59 mmC1 =1 mmC2 =0 mm代入數據到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm按標準橢圓封頭最小厚度min 0.15%Di要求 取 = 6 mm查化工設備機械基礎(p196)選標準橢圓形封頭JB/T4746-2002封頭直邊高度h0取25mm 封頭高度h取450mm3)開孔補強計算開孔補強結構選用JB/T4736-2002補強圈結構，補強圈尺寸按照化工設備機械基礎p327（列出所選尺寸），

13、焊接坡口尺寸選化工設備機械基礎第十四章第二節(jié)p375 C型。開孔補強計算采用等面積補強法，其公式參照第十二章第一節(jié)（p326-p335）。例：人孔開孔補強計算：人孔選公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標準號為HG20594-95 接管5308(p302)材料：20a.開孔所需補強面積 ； A=d+2et(1-) （4-4） 式中 ：強度削弱系數 d ：開孔直徑 mm：塔體的計算壁厚mmet：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mmet=nt- Ct=8-1=7 mm 塔體材料：16MnR =170 MPa 接管材料：20 t=130 MPa=0

14、.78代入式（4-4） A=+2et(1-)=518+20.697(1-0.78)= 359.5 mm2 b. 有效補強范圍內的補強面積：有效補強范圍 有效寬度： B=2d=2518=1036 mm 外伸高度：h1= =64.4 mm 內伸高度：h2= 0 mm殼體多余截面積 A1=(B-d)(-)-2et(-)(1-) （4-5）代入式（4-5） A1=(1036-518)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78) = 1211.2 mm2接管多余截面積 A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2)（4-6） 接管計算厚度t= =0.22 mm 式中 di：接管內直徑 mm

15、di=530-16=514 mm代入式（4-6） A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) =264.4(7-0.22)0.78=681 mm2焊縫金屬截面積 A3=66=36 mm2A1+A2+A3>A 滿足不另行補強條件，所以不需補強。其它開孔直徑比人孔直徑要小，故不需再進行開孔計算（如計算結果需要補強，還需對其他接管進行補強計算）4) 筒體的穩(wěn)定性校核因圓筒不受外壓，所以此處不必對圓筒的周向穩(wěn)定進行校核。如筒體工作壓力為真空，筒體的軸向穩(wěn)定性校核參照第九章第六節(jié)（p242-244）。5) 裙座的軸向穩(wěn)定性校核裙座的軸向穩(wěn)定性校核：參照化工設備機械基礎p442圖17-21確定

16、裙座各項尺寸，查取相關許用應力。根據化工設備機械基礎p242進行裙座的軸向穩(wěn)定性校核。6）座圈的壓應力校核 m封頭=1202=240 kg（p197）m筒體=26726.5=240 kg（p195）m塔盤=n(Aa+Af+Ai)= 6995.4 kgm水=v筒26.2水+ v封2水=2.54526.21000+0.82621000=68331 kg（p195、197）Q設備= m封頭+ m筒體+ m塔盤=88445 Q附件= 10%Q設備=8844.5 Q水= m水g=683319.81=670327 A= (1.8162-1.82)/4=0.034 m2=22.6 MPa < 校核合格7) 水壓試驗應力校核水壓試驗壓力PT（3-7）=1.25x0.11=0.14 MPa臥置水壓試驗壓力：+h=0.14+0.23=0.37 MPa 水壓試驗壓力下的應力校核： （3-8）式中 ： 焊接接頭系數 =0.85 ： 塔體有效厚度 =-C1-C2： 塔體材料的屈服極限(p168) =34