食品機械課程設計

1、課 程 設 計臥式貯罐的設計課程名稱 食品機械與設備 題目名稱 臥式貯罐的設計 學生學院_ _輕工化工學院_ _專業(yè)班級 09食品科學與工程4班 學 號 3209002114 學生姓名 指導教師 劉曉麗 2012 年 6 月11日廣東工業(yè)大學課程設計任務書題目名稱 每天貯液體積為100m³的貯液罐學生學院輕工化工學院專業(yè)班級食品科學與工程4班姓 名學 號3209002114一、課程設計的內(nèi)容1、通過查閱有關資料，熟悉基本工作原理、特點和流程組成的設備及結(jié)構。2、進行工藝參數(shù)的確定3、主要設備工作部件尺寸的設計4、繪制裝配圖 5、撰寫課程設計說明書二、課程設計的要求與數(shù)據(jù) 臥式貯罐設計

2、工藝設計條件 每天貯液的體積100m³ 貯罐的填充系數(shù)：80% 每天分2班，每班用4個貯液罐三、課程設計應完成的工作1課程設計說明書（紙質(zhì)版和電子版） 各1份（3000字）2設備裝配圖（A4）1張，裝訂在說明書的最后面。 四、課程設計進程安排序號設計各階段內(nèi)容地點起止日期1上午布置及講解設計任務；下午查閱資料及有關文獻第一周周一2有關工藝設計計算第一周周二至周五3裝配圖繪制第二周周一至周三4撰寫課程設計說明書第二周周四、五五、應收集的資料及主要參考文獻1 陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設備的設計M. 杭州：華東理工大學出版社，20052 張裕中.食品加工技術裝備M. 北京：中國輕工

3、業(yè)出版社，20003 無錫輕工大學，天津輕工業(yè)學院.食品工廠機械與設備M.北京：中國輕工業(yè)出版社，19894 崔建云. 食品加工機械與設備M . 北京：中國輕工業(yè)出版社，20085 李功樣，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設備設計M. 廣州: 華南理工大學出版社，20034 GB/T 14690-1993-1993，技術制圖比例S北京：中國標準出版社，1993發(fā)出任務書日期： 2012 年 6月 11日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2012 年 6月22日 基層教學單位責任人簽章：主管院長簽章：課程設計考核表設計題目每天貯液體積為100m³的貯液罐姓名董艷班級09食品科學與工程4班設

4、計（論文）起始時間2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日設計完成情況： 獨立完成，達到要求 能夠完成，達到要求 能夠完成，基本達到要求 不能按時完成，達不到基本要求說明書（論文）敘述 清楚 比較清楚 基本清楚 不清楚工作態(tài)度情況（學生對設計的認真程度、紀律及出勤情況）： 認真 較認真 一般 不認真圖面是否清晰 清晰 比較清晰 基本清晰 不清晰計算是否正確 正確 基本正確 不正確設計（論文）是否符合規(guī)范要求 規(guī)范 基本規(guī)范 不規(guī)范成績評定: 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格指導教師簽字： 年 月 日摘 要本次設計的是一套每天儲液的體積為100m³的牛奶儲罐裝置，

5、該裝置由攪拌器 ，進、出料口，人孔，溫度計、液位計、視鏡 、支座等設備組成。通過工藝計算，本課程設計每天貯液的體積100m³，貯罐的填充系數(shù)：80%，每天分2班，每班用4個貯液罐，以以上生產(chǎn)任務為設計基礎。罐體材料選擇為AISI304不銹鋼材質(zhì)，通過貯液體積計算，圓整體積到16m³，根據(jù)（HGT-3154-1985臥式橢圓型封頭系列）圖表可得到相關罐體的基礎數(shù)據(jù)，筒體壁厚8mm，直徑1800mm，長度5600mm,封頭厚度10mm等等，根據(jù)基礎數(shù)據(jù)選合適的封頭（JBT4737-1995橢圓形封頭），通過一系列公式計算出攪拌器的功率為1KW，根據(jù)實際生產(chǎn)需要，選取適當?shù)倪M出口

6、管系列，進出口接口管直徑159mm,把基本的生產(chǎn)設計參數(shù)確定后基本定型，通過基礎數(shù)據(jù)繪制裝配圖。關鍵詞：儲罐，低壓容器，工藝計算，裝配圖目 錄1.設計方案的分析.1 1.1貯罐類型的確定.1 1.2鋼體的選擇.1 1.3封頭選擇依據(jù).1 1.4容器的幾何形狀.1 1.5人孔的選擇.1 1.6法蘭的選擇.1 1.7墊片的選擇.2 1.8鞍座選擇依據(jù).22.工藝設計條件.23.工藝流程示意圖.24.設計基本參數(shù).3 4.1物料的物理化學性能參數(shù).35.工藝設計計算.3 5.1設備容量的確定.3 5.2 貯液罐的設計.3 5.21材質(zhì)選擇.3 5.22幾何尺寸確定.3 5.3壁厚的確定.4 5.4

7、封頭的選擇.5 5.5攪拌器軸功率的計算.5 5.6主要管徑的確定.6 5.61人孔.6 5.62視鏡.6 5.63物料進出口管.7 5.64排氣孔.7 5.65液面計.7 5.66溫度計.8 5.7鞍座的選擇.8 5.8壓力容器法蘭的選擇與設計.10 5.9管法蘭的選擇與設計.10 5.10墊片的選擇與設計.11 5.11螺栓的選擇與設計.126.課程設計的收獲感想.137.參考文獻.14附錄：儲罐裝配圖 貯罐的設計1.設計方案的分析1.1貯罐類型的確定本次設計的貯罐采用臥式圓筒貯罐，臥式貯罐主要應用于儲存量較小，并且貯罐的耐壓能力較強。由于設計體積較?。s為100m3）且工作壓力較小（P=

8、0.25MPa）可采用臥式圓筒形容器。貯罐是較典型的貯藏設備，在工業(yè)中應用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、能夠加熱物料、較方便、可供選用的結(jié)構材料廣闊、適應性強、可用于各種溫度和壓強場合等優(yōu)點，故在大型貯罐中占優(yōu)勢。臥式貯罐的特點是，具有耐壓能力好、進口揚程低、結(jié)構穩(wěn)定，強度大，易清洗且造價低。1.2鋼體的選擇本次的設計中，筒體、封頭、鞍座墊板選用16MnR，法蘭選用16Mn鍛，鞍座和其余部件選用Q235（低碳鋼），接管選用10號熱軋無縫鋼管。1.3封頭選擇依據(jù)從強度、結(jié)構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。1.4容器的幾何形狀我國容器已實現(xiàn)了系列化和標準化1.5人孔的選

9、擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設備的內(nèi)部構件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑、工作溫度以及人、手孔的結(jié)構和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設備內(nèi)件安裝和工人進出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對焊法蘭人孔。1.6法蘭的選擇壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。管法蘭分帶頸平焊法蘭與板式平焊法蘭。本次課程設計的設計壓力為0.25MPa，所以分別選用甲型平焊法蘭和板式平焊法蘭。法蘭設計時，須注意以

10、下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照原化學工業(yè)部于1997年頒布的鋼制管法蘭、墊片、緊固件標準（HG20592HG20635-1997）的規(guī)定。1.7墊片的選擇在化工貯罐，普遍使用的墊片是石棉橡膠板（代號：XB350）。但是本次設計貯罐貯藏的物料是鮮奶，屬于食品。而石棉因有害健康被禁止使用，因此此次的設計選用無石棉材料的天然橡膠墊片（代號：NR）。1.8鞍座選擇依據(jù)鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。而一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。鞍式雙支座分S型和F型。本次設計選用雙鞍座輕型鞍座，并采用S型。2.工藝設計條件 臥式貯罐設計工藝設計條件 每天貯液的體積100m³

11、貯罐的填充系數(shù)：80% 每天分2班，每班用4個貯液罐3.工藝流程示意圖圖3.1 工藝流程圖4.設計基本參數(shù)4.1物料的物理化學性能參數(shù)鮮奶密度為1100 kg/m3設計壓力（最大使用壓力）:0.25MPa貯存物料的溫度：最高貯存溫度為室溫，最低貯存溫度取物料的凝固點設計溫度：25°C腐蝕性：低腐蝕性，腐蝕余量大約為1mm毒性：無毒進出量：每天貯液體積為100m³,分2班，4個貯罐，所以每個貯罐的裝液體積為12.5m³。設計0.1h內(nèi)裝液完畢，所以體積流量為：5.工藝設計計算5.1設備容量的確定 生產(chǎn)能力要求：每天貯液的體積為V100m³/d填充系數(shù)： b

12、=80%貯液罐的總?cè)莘e:=100/0.8=125m³/d分2班，每班用2個貯液罐則有貯液罐的容量為=15.625將容積圓整到16m³，數(shù)量取5個（一個備用）5.2 貯液罐的設計5.21材質(zhì)選擇選用AISI304不銹鋼材質(zhì)5.22幾何尺寸確定 由計算的容積查公稱容積全容積公稱直徑壁厚S長度L封頭厚度支座位置支座位置貯罐總長度焊縫系數(shù)允許腐蝕裕度mm貯罐重量kg標準序號1615.98180085600104780410660011.52430HG5-1580-85-32HGT 3154-1985 臥式橢圓形封頭貯罐系列國家標準，得到以下數(shù)據(jù)圖5.1表5.1 HG5-1580-8

13、5 (2.5Mpa)5.3壁厚的確定按上面查得壁厚為S=8mm ，封頭壁厚S1=10mm （在壓力為2.5Mpa的情況下，對內(nèi)徑小于3800mm的最小厚度約為內(nèi)徑的0.002倍，碳素鋼或普通合金鋼不小于3mm, 不銹鋼容器不小于2mm. 封頭比筒壁厚2-3mm）標準編號:JB/T 4735-1997 標準名稱:鋼制焊接常壓容器 頒布部門:中華人民共和國機械工業(yè)部 內(nèi)容簡介:本標準規(guī)定了鋼制焊接常用容器的設計、制造、檢驗與驗收的要求。 5.4 封頭的選擇查表JBT 4737-1995 橢圓形封頭得在公徑1800的封頭的數(shù)據(jù)為以下圖5.2表5.2 JBT 4737-1995公稱直徑DN（mm）曲面

14、高度h(mm)直邊高度(mm)厚度(碳素鋼低合金鋼復合鋼板)（mm）內(nèi)表面積A()容積V()質(zhì)量m(kg)180045040103.73830.8652287.91即封頭JBT 4737-1995 DN1800×10-16MnR，在這次課程設計，選用和筒體相同的材料，為低合金鋼材料。5.5攪拌器軸功率的計算根據(jù)公式:P0無通氣攪拌輸入的功率（W）；NP功率準數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)ReM的函數(shù)， NP3.5 雙槳式45度攪拌器 ；渦輪轉(zhuǎn)速：取1 r/min；L液體密度（kg/m3）取牛奶密度為1100 kg/m3 ；2 攪拌器檔數(shù)D攪拌器的直徑 =0.6m電機功率 K附加功率消耗系數(shù)，取K=

15、1.5傳動效率，取=0.9p軸功率（kw）w=5.6主要管徑的確定5.61人孔人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內(nèi)部的裝置。本次設計只設置1個人孔，材料使用Q235-AF碳素鋼，查閱文獻，選取標準號HG 21516-2005，標準適用于公稱壓力PN小于或等于0.6MPa。本次設計公稱壓力為0.25MPa<0.6MPa,允許使用0.6MPa的標準。人孔直徑為450mm、高度為220+104=324mm，開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸800mm處。尺寸表示如下： 表5.3 人孔尺寸表 （mm）密封面型式公稱壓力PN(MPa)公稱直徑DNdw×sDD1ABLbb1b2H1

16、H2d螺柱數(shù)量螺柱直徑×長度總質(zhì)量(kg)其中不銹鋼(kg)突面0.6450480×65955503301502003022242201042016M20×11595.7-5.62視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設計只設置1個視鏡，材料是Q235碳素鋼，查閱文獻，根據(jù)標準號HG21505-1992，以0.6MPa作為標準進行規(guī)格確定。視鏡公稱直徑為150mm，高度為54mm，采用A型突面視鏡設計。尺寸表示如下： 表5-4 視鏡表 (mm)管法蘭公稱直徑（DN）觀察孔d1DKdXHf1f2n-d5重量（kg）A重量（kg）B15015026022520218854

17、34.58-1814.4514.055.63物料進出口管因為,依據(jù)化工原理知鮮奶屬于低粘度液體，流速一般為之間，則取流體進入貯罐流速為=2m/s，所以取流速u=2.0m/s，則：經(jīng)圓整采用¢159mm×5mm熱軋無縫鋼管，實際鮮奶進出口管內(nèi)流速為：u=2.0m/s故管道接口選取如下：進料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑159mm，開在筒體壁上端排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑159mm，開在筒體壁下端設計接管高度為180mm，為避免物料沿設備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕，進料管伸進設備內(nèi)部并將管的一端切成45&

18、#176;配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592，法蘭PL68-1.6RF Q235A。5.64排氣孔公稱直徑：40，標準：JB/T81-19945.65液面計公稱直經(jīng)：25，標準：PN0.25DN25HGJ49-91, 型號R6-1，液面計型號為R6-1，根據(jù)HG21588-1995，R代表液面計選用反射式玻璃板液面計。根據(jù)HG21590-1995，可知液面計長度為550mm。5.66溫度計公稱直徑：32，標準：PN0.25DN32HGJ49-91，型號Pt100，溫度計型號為Pt100，屬于鉑電阻溫度傳感器。根據(jù)標準鉑電阻溫度計的固定裝置安裝標準，設計溫度計長度為550mm

19、。表5.5 儀器接口名稱公稱直徑尺寸標準型號液面計25PN0.25DN25HGJ49-91R6-1溫度計32PN0.25DN32HGJ49-91Pt100表5.6 貯液罐設備性能技術參數(shù)三線表序號名稱單位指標1電機KW1.002攪拌軸rpm1.53總?cè)萘縨³164實用量m³15.635貯液罐直徑m1.86貯液罐出口直徑mm1595.7鞍座的選擇 臥式罐選擇鞍式支座（標準：JB/T4724.1-2007），根據(jù)罐的公稱直徑DN值大小，以及允許載荷的大小，和圓筒強度的需要，查閱相關的標準，可選擇120°包角輕型帶墊板鞍式支座。支座的材料最好與筒體材料相同，焊接采用電焊

20、弧，焊條牌號根據(jù)支座材料（即筒體材料，為AISI304不銹鋼材質(zhì)）參照選用GB5117-95碳鋼焊條。焊接接頭型式和尺寸按GB/T985中的規(guī)定，選用對接型式，尺寸為焊絲直徑為4mm。 支座的具體參數(shù)如下：圖5.3 鞍式支座查JBT 4712.1-2007容器支座第1部分鞍式支座得數(shù)據(jù)為以下 表5.7 鞍式支座數(shù)據(jù) 單位：mm公稱直徑DN允許載荷Q kN鞍座高度h底板底板底板腹板筋板筋板筋板筋板18008562501280220161429619026012接下表墊板弧長墊板墊板墊板螺栓間距螺栓螺孔d螺栓螺紋螺栓孔長鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量kg21003501040112028

21、M2460185225.8壓力容器法蘭的選擇與設計根據(jù)壓力容器法蘭TB4702-92標準，本次設計采用甲型平焊法蘭（平密封面），法蘭采用16Mn(鍛)作為材料，設計壓力為0.25MPa。 表5-8 壓力容器法蘭尺寸表 單位：mm公稱直徑DN法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量1800193018901855184118385623M20525.9管法蘭的選擇與設計由于設計壓力為0.25MPa，管法蘭采用16Mn(鍛)，根據(jù)HG20593-97標準，板式平焊法蘭適用于壓力為0.25MPa0.6MPa。本次設計采用全平面板式平焊鋼制管法蘭。 表5.9 管法蘭尺寸表 單位：mm管口名稱公稱直

22、徑DN管子外徑B法蘭外徑D螺栓孔中心直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋Th法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B法蘭理論重量（Kg）液面計253210075114M1014330.73溫度計323812090144M1216391.19接管150159265225188M16201615.14視鏡150159265225188M16201615.14人孔4504805955502216M203048520.55.10墊片的選擇與設計由于設計壓力為0.25MPa,根據(jù)HG20606610-1997標準，該標準適用于公稱壓力為0.25MPa4MPa,墊片材料采用天然橡膠（NR），墊片的類型根據(jù)全平面板式平焊鋼制管法

23、蘭，相應地采用全平面墊片，如下圖。 表5-10 鋼制管非金屬墊片尺寸表 單位：mm 管口名稱公稱直徑DN墊片內(nèi)徑墊片外徑螺栓孔數(shù)量n螺栓孔直徑L螺栓孔中心圓直徑K墊片厚度T液面計2534100411751.5溫度計3243120411901.5接管1501692658182251.5視鏡1501692658182251.5人孔450480595162249535.11螺栓的選擇與設計設計壓力為0.25MPa,螺栓材料采用Q235，根據(jù)HG20613鋼制管法蘭用緊固件，本次設計使用的管法蘭六角頭螺栓采用符合GB 5785（細牙）的要求。如下圖所示，螺栓的端部應采用倒角端。圖5.4因此六角頭螺栓對應使用的螺母應是如下圖所示類型。圖5.5表5.11 六角螺栓長度、質(zhì)量表管口名稱公稱直徑DN螺紋M螺栓數(shù)量n質(zhì)量（Kg）質(zhì)量(Kg)液面計25M1045036.325036.32溫度計32M1246060.716060.71接管150M16870132.370132.3視鏡150M16870132.370132.3人孔450M201695277.490265.5螺紋相應的墊片尺寸，引用GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓墊片材料采用非金屬墊片，天然橡膠（NR）。 表5.12 螺紋相應墊片尺寸表 單位：mm公稱尺寸（螺紋規(guī)格）d內(nèi)徑d