化工机械设计.doc

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1、新疆工程学院化工设备机械基础课程设计说明书题目名称： 脱水塔的设计 系 部： 化学与环境工程系 专业班级： 石化10-5(3) 班 学生姓名： 游延贺 指导教师： 薛风 完成日期： 2012-12-30 新疆工程学院课程设计评定意见设计题目： 脱水塔的设计 学生姓名： 游延贺 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日摘要：本设计为脱水塔设计，本文详细介绍了脱水塔的特点及在工业生产中的应用及发展前景，详细阐述了脱水塔的结构合计及强度校核和制造检修。参照GB150-1998钢制容器设计手册，综合考虑各种因素，结构设计需要选择使用合理、经济的结构形式同时满足制造、检修、安装等要求；而强度

2、设计包括选材，校核。确定主要结构尺寸、满足强度、刚度、和稳定性要求。根据设计压力确定壁厚，使脱水塔有足够的腐蚀裕量，从而使设计结果达到最优化。设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求。关键词： 脱水塔、结构设计、强度设计目录1.绪论11.1遵循标准11.2结构选择与论证12.参数确定33.圆筒壁厚设计34.封头壁厚设计45.校核罐体与封头水压试验强度56.换热部分计算56.1 热负荷计算56.2 热负荷校核56.3 盘管强度校核57.鞍座67.1 罐体质量67.2 封头质量67.3 脂肪酸质量67.4 附件质量78.人孔78.1 人孔选择78.2 人孔补强79.接管89.1 进料管89.

3、2 进料管补强89.3 脂肪酸的出料管99.4 脂肪酸粗料管补强99.5 抽气口管109.6 蒸汽进口管109.7疏水口管109.8温度计口109.9真空表口1110.人孔图与明细表1111.技术特性1212.接管表1313.技术要求1414.设备总装配图1515.设计终结1716.致谢1817.参考文献19化工机械设备设计1.绪论压力容器的选择要遵循一些标准和还要结构论证与选择其标准与原则如下1.1遵循标准钢制压力容器压力容器安全技术监察规程 钢制化工容器材料选用规定（1） 当压力容器使用普通低碳钢制造时，常用、（2） 考虑经济性（3） 其他准则：如碳素钢用于介质腐蚀性不强的常低压容器或壁厚

4、不大的中压容器；低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中压的容器；不锈钢用于介质腐蚀性较强的场合；耐热刚用于高温场合；奥氏体不锈钢不能用于易发生晶间腐蚀的场合。（4） 标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符合国家标准或行业标准。（5） 钢材使用的温度1.2结构选择与论证（1）封头的选择从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难，椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中引用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来说，球形封头用材最少，比椭圆形封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、

5、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最合理。（2）人孔选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要有筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人空有两个手柄。本次设计在综合考虑公称压力、公称直径工作温度以及人孔的结构和材料等诸方面因素的情况下，选用回转盖带劲对焊法兰人孔。（3）容器支座的选择容器支座有鞍式支座、褪式支座、支撑式支座、耳式支座、裙式支座等，用来支撑容器重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。因为本次设计额容器直径在1000以上，且是立式容器所以选用耳式支座。 （4）法兰型式的选择法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。压力容器法兰分平焊法兰和对

6、焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。在考虑到本次储存的介质为高度毒性介质，所以应选用带颈对焊法兰。（5）视镜的选择视镜是用来观察设备内部物料的工作情况，本次设计选用不带颈的视镜，因为其结构简单，不易沾料，有比较宽的视察范围。（6）压力表的选择压力容器上的压力表的最大量程应于设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力得1.53倍压力表的使用范围应不超过刻度极限的6070%又j结合本设计压力表的测量范围为00.5。（7）液面计的选择液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型很多

7、，大体上可分为：玻璃管液面计、透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板式玻璃板液面计、浮标式玻璃板液面计、防霜液面计、磁性液位计等。应为本次设计要成装毒性为高度介质的容器，所以不能选用玻璃管液面计。又因为要储存的介质稍有色泽，所以不能选用透光式玻璃板液面计。本次设计的设计高度小于，因而不能选用浮标式玻璃板液面计。本次设计的工作温度为，所以不能用防霜液面计。综合上述的内容，结合经济效益，本次设计选用反射式玻璃板式玻璃板液面计。（8）保温层的选择本次设计中液氯的操作温度小于，工艺也没有要求限制热损失，保温层的价格比较贵，保温层岩棉还有致癌作用，再从经济效益方面综合考虑，本次设计决定不涉及保温层。（9）视镜

8、的选择视镜用来观察设备内部物料的工作情况，本次设计选用不带颈视镜，因为其结构简单，不易粘料，有比较宽的视察范围。（10）焊接结构设计及焊条的选择综合考虑各种因素，针对本次设计储存的介质是高毒性介质，所以本次设计的壳体A、B类焊接接头应为X型的如图1。对应的焊条选用E5016. 而对于法兰与壳体、接管连接的接头，应采用全焊透接头，如图2. 对应的焊条选用E5016.对于人孔、补强圈与壳体的接头选用D类接头形式，如图3. 对应的焊条选用E5016.图 全焊透接头 图 D类接头2.参数确定设计压力: 设计温度：材料: 公称直径：（根据化工设备机械基础第432页附表6-4）（根据化工设备机械基础第12

9、页表2-1）采用双面焊对接头（100%无损检测）=1.0（根据化工设备机械基础第217页表12-8）3.圆筒壁厚设计假设筒体名义壁厚为 由于脂肪酸对塔腐蚀所以因为钢板负偏差为0.25且小于名义厚度6%故则钢板厚度附加值筒体有效厚度：则 查化工设备机械基础第257页图13-6得查化工设备机械基础第260页图13-8得计算许用外压力得比较与显然，且较接近。故取则该外压圆筒采用的钢板制造其结果是满意的。4.封头壁厚设计假设名义封头厚度 由于脂肪酸对塔腐蚀所以因为钢板负偏差为0.25且小于名义厚度6%故则钢板厚度附加值则 根据化工设备机械基础第267页表13-3的数据采用内插法求得根据化工设备机械基础

10、第266页公式（13-28）计算系数根据化工设备机械基础第260页图13-9查得利用化工设备机械基础第266页公式（13-29）计算许用外压力=比较比较与显然，故故取是合适的，可以采用采用厚的制造该椭圆形封头。5.校核罐体与封头水压试验强度根据化工设备机械基础第222页公式： 则而因为，所以水压试验强度是足够的。6.换热部分计算6.1 热负荷计算由资料可知脂肪酸，比热容脂肪酸熔点为69.9密度设水蒸汽冷却到100,脂肪酸从80加热到130水蒸气100脂肪酸80130脂肪酸=6.2 热负荷校核由图可知盘管共有10圈则=18.84水蒸气=0.785水蒸气脂肪酸则盘管里水蒸气提供的热量是足够的。6.

11、3 盘管强度校核盘管采用规格的无缝钢管，因为水蒸气对管子轻微腐蚀，所以。钢板负偏差则 =1.75设水蒸气在管内的流速盘管=则盘管的强度是足够的。7.鞍座粗略计算鞍座负荷，储罐总质量：式中为罐体质量 为封头质量 为脂肪酸质量 为附件质量7.1 罐体质量 的负荷计算7.2 封头质量根据椭圆形封头的计算公式7.3 脂肪酸质量脂肪酸质量其中装填系数取0.9（容规规定：介质为液化气的固定式容器装填系数一般取0.9）脱水塔容器封头+筒=-1.87脂肪酸在130时的密度为860则 7.4 附件质量人孔质量约为50，其他接管及部分质量总和按100计算则 脱水塔总质量：根据耳式支座实际承受载荷的近似计算由于每个

12、耳座只承受3.28的负荷，根据化工设备机械基础第304页表14-18，可以选用型带垫板2号耳式支座，支座材料为标记为耳座2 材料：8.人孔8.1 人孔选择人孔作用：为了检查设备使用过程中是否产生的裂纹、变形、腐蚀等缺陷开设检查孔因设备内径为1000、设置一个500的人孔， （）采用法兰为,公称压力为根据脱水塔的设计温度、最高工作压力、材质、脂肪酸及使用要求等条件选用公称压力为的水平吊盖带劲板式平焊法兰人孔。（）人孔选定的直径为500采用突面封面（型）和石棉橡胶板垫片。该水平吊盖带劲板式平焊法兰人孔的标记为：人孔（）500-0.6 ()8.2 人孔补强按规定，壳体开孔接管公称直径小于或等于89可

13、不另行补强，但本次设计人孔的公称外径为50089，所以要进行补强。（1）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径有已知条件可知：壳体计算厚度，且接管采用规格的无缝钢管。则接管的计算厚度为：开孔直径：（接管的厚度附加量）（2）确定壳体和接管的实际厚度，开孔有效补强度及外侧补强高度已知壳体的名义厚度，补强厚度。接管有效补强厚度为接管外侧有效补强为（3）计算需要补强的金属面积和可以补强的金属面积需要补强的金属面积为可以作为补强的金属面积为：比较与,同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度是足够的。9.接管9.1 进料管进料管采用无缝管。管的一端切成，伸入脱水塔少许，配用突面带劲板式平焊管法兰：

14、 法兰 16因为该接管为厚度小于5，故该接管开孔需要补强。9.2 进料管补强（1）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：接管的计算厚度为：开孔直径为：（取厚度附加值）（2）确定壳体和接管的实际厚度，开孔有效补强及外侧有效补强高度已知壳体的名义厚度，补强厚度。接管有效补强厚度为接管外侧有效补强为（3）计算需要补强的金属面积和可以补强的金属面积需要补强的金属面积为可以作为补强的金属面积为：比较与,同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度是足够的。9.3 脂肪酸的出料管罐的底部安设一个出料管，管的规格采用无缝钢管管端装有一与截止阀相配的管法兰，且采用配用突面带劲板式平焊管法兰 法兰 16因

15、为该接管为，厚度小于5，故该接管开孔需要补强。9.4 脂肪酸粗料管补强（1）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径：接管的计算厚度为：开孔直径为：（取厚度附加值）（2）确定壳体和接管的实际厚度，开孔有效补强及外侧有效补强高度已知壳体的名义厚度，补强厚度。接管有效补强厚度为接管外侧有效补强为（3）计算需要补强的金属面积和可以补强的金属面积需要补强的金属面积为可以作为补强的金属面积为：比较与,同时考虑接管与壳体焊缝面积之后，该开孔接管补强的强度是足够的9.5 抽气口管采用无缝钢管，配用突面带劲板式平焊管法兰 法兰 16因为该接管厚度小于5，故该接管开孔需要补强，补强面积为343.49.6 蒸汽进口管采

16、用无缝钢管，配用突面带劲板式平焊管法兰 法兰 16因为该接管厚度小于5，故该接管开孔需要补强，补强面积为929.7疏水口管采用无缝钢管，管端采用一疏水阀相配的管法兰，且配用突面带劲板式平焊管法兰 法兰 169.8温度计口采用无缝钢管，配用突面带劲板式平焊管法兰 法兰 169.9真空表口采用无缝钢管，配用突面带劲板式平焊管法兰10.人孔图与明细表设置人孔是为了检查设备和便于安装与拆卸设备内部构件，为了检查设备使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷，应开设检查空。当设备内径大于300而小于500时，至少开设2个的检查孔，当设备内径大于500而小于1000时，至少开设1个的人孔或2个的手孔，当设备

17、的内径大于1000时，至少开设一个的人孔或2个的手孔。人孔和手孔的形状有圆形和椭圆两种。椭圆形人孔和手孔的短轴应与受压容器的筒身轴线平行。圆形孔的直径一般为450，容器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些，标准圆形人孔的公称直径有、共4种。椭圆形人孔的尺寸为、。容器在使用过程中，人孔需要经常打开时，可选用快开式结构人孔。根据设备的公称压力、工作温度、所用材料和结构形式的不同，均制定出人孔和人孔的标准系列图，供设计者设计时依据设计条件直接选用。常用的人孔和手孔标准有碳素钢和低合金钢制人孔和手孔（）和不锈钢人孔、手孔等。人孔明细表件号标准号名称数量材料尺寸/mm1筒节12法兰116（锻件）3垫片

18、1石棉橡胶板(代号)4法兰盖15螺柱206螺母407吊环18转臂19垫圈20110螺母25级11吊钩112环113无缝钢管12011.技术特性内筒 盘管序号名称指标 1设计压力-0.12工作压力-0.13设计温度1500C4物料名称脂肪酸5容积1.87m3序号名称指标1设计压力0.532工作压力0.53工作温度1500C4物料名称蒸汽5材质0Cr18NiTi12.接管表序号公称尺寸接管法兰标准密封面型式用途 突面进料口突面人孔突面出料口突面抽气口突面蒸汽进口突面疏水口突面温度计口突面视镜突面视镜突面视镜真空表空13.技术要求（1）本设备按钢制压力容器和钢制化工容器制造技术要求进行制造、检验和验

19、收，并接受国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程的监督。（2）焊接接头形式及尺寸除图中注明外，按的规定，不带补强圈的接管与筒体的焊接接头为J角焊缝尺寸按较薄板的厚度，法兰的焊接按相应法兰的标准中的规定。（3）设备筒体的、类焊接接头应进行无损检测、检测长度为100%，射线检测不低于为合格，且射线照相质量不低于级。（4）设备制造完毕，以0.1表压进行水压试验。14.设备总装配图10法兰PL65-1.0Q345R19JB/T4712-92耳座2Q345R48法兰PN25-1.0Q345R17法兰PN20-1.0Q345R16接管Q345R15法兰PN500-0.

20、6Q345R14法兰PL150-0.6Q245R13法兰PL150-0.6Q245R12 法兰PL100-10Q345R11法兰PL150-0.6Q245R1图号和标准名称材料数量审核脱水塔装配图校对设计制图描图2012年12月31日比例1:10表14-1总图材料明细表表14-2符号说明-容器元件在设计温度下得许用应力。Mpa-容器元件在试验温度下的许用力，MPa-圆筒材料在试验温度下的屈服点，MPa-计算压力,Mpa-试验压力,MPaP-设计压力,MP-圆筒的设计厚度，mm -圆筒的计算厚度（壁厚），mm-圆筒的名义厚度，mm-圆筒有效壁厚，mmC- -厚度附加量，mm- 钢板厚度的负偏差，

21、mm- 腐蚀裕量K-椭圆形封头的形状系数 -圆筒的名义厚度，mm-圆筒内直径，mm15.设计终结这次设计是在大学三年全部课程的基础上，通过老师讲解，查阅了相关资料的基础上进行的。是一次理论与实践相结合的综合性训练。两个星期以来，我们在指导教师的热心指导下，经过个人的努力，顺利完成了本次设计任务。设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、等要求；而强度计算的内容包括氯气缓冲罐的材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，使氯气缓冲罐有足够的腐蚀裕度，该设计分析包括内压薄壁圆筒与封头的强度设计、容器零部件的设计，包括法兰连接、容器支座、容器开口

22、及补强、容器附件的设计。最终确定缓冲罐的标准。从而使设计结果达到最优化组合。最后就是绘图和论文的编排与打印。设计是一个从无到有的过程，其中有很多因素都必须考虑到，因此需要一定的耐心和细心才能够完得成。在这次的课程设计过程中，使我学到了很多知识，把以前的理论知识联系到实际当中，通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次毕业设计，是我所学知识很好的总结。此次设计不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。但是，由于时

23、间和自己掌握的知识有限，在设计的过程中难免有错误，衷心希望老师指正。最后，我要感谢我的指导老师郭老师，他对我的毕业设计进行了多次的修改，我的毕业设计才得以顺利完成。同样我也要衷心的感谢教育过和指导过我的老师，感谢给予我帮助的朋友们，谨献上我最真挚的祝福16.致谢为期几周的课程设计已经接近尾声，回顾这匆匆而去的几周，我心里百感交集。从 开始接到任务书时的茫然及不知所措，再到加班加点的设计计算及反复的验证修改时的 烦躁忧虑，最后是即将定稿的喜悦。在这过程中，万分感谢指导老师管老师对我所提出 的疑难问题的详细指导和解答，为我的后续设计节约了大量的时间，对整个设计过程有 了整体而明确的方向。更重要的是

24、，让我深刻体会到了课程设计的意义，如何将课本上知识 灵活的运用到我的设计之中。这次设计我也饱尝了牵一发而动全身的无语，时常面临着骑虎难下的尴尬；也充分认识到了自己的短板， 同时也感到学校图书馆有关化工类书籍与资料的匮乏。 即使在这诸多的不利因素干扰情况下，我还是高效准确地完成了设计。由于本人水平有限， 设计中一定有很多疏漏和错误之处， 恳请老师批评指正！17.参考文献1 化工设备设计手册.上海：科学技术出版社；19822 钢制压力容器:GB150-1998. 中国标准出版社出版3 中华人民共和国行业标准JB/T47004707-2000.压力容器法兰，20004 压力容器与化工设备使用手册.北京：化学工业出版社 20005 过程设备设计. 北京 化学工业出版社 2001 6化工设备机械基础.大连理工大学出版社 200919