简体脱水塔设计计划书

1 简体脱水塔设计计划书 脱水塔的设计 肪酸、水 水塔 (1)2)3)150 (4)管式换热器的选择与核算 头式换热器除外） 零部件结构 2 纸另附） 容器的结构 一般承受内压的容器，除球形容器外，大多是由筒体和封头组成。筒体是圆筒形壳体，封头则有多种形式，高压容器多采用平板封头（近年来也有采用半球形封头的）；中、低压容器的封头除平板和半球形外，还有半椭圆形封头、碟形封头、锥形封头等。中、低压容器的筒体大都用单层钢板卷焊而成。对于高压容器多采用组合式筒体结构。 容器的分类 由于化工容器操作的特殊性，如果在选材、设计、制造、检验、实验中稍有疏忽 ，一旦发生安全事故，其后果不堪设想。所以包括我国在内的各有关国家都对压力容器的设计、制造、检验工作通过各种途径采用取证管理及监察工作，必须持证设计、制造和检验。各国对压力容器的取证管理及监察工作在原则上都是为了保证使用的安全性，都是根据容器一旦发生事故所可能造成的危害性划分等级或类别，但在具体划分上则有所不同。我国国家质量技术监督局所制定即公布的压力容器安全技术监察规程根据设计压力的高低、在运行中可能发生危险的程度、所储介质的毒性和易燃性等级把压力容器划分为一、二、三等三个类别。其要点如下： 按设计压力 的高低，划分为低压、中压、高压、起高压四个压力等级。 低压： 孔最大直径 d ，且 d 1000 凸形封头和球壳的开孔最大直径 d ； 锥形封头开孔的最大直径 d， 在椭圆形或碟形封头过渡部分 开孔时，应尽量将孔开设在封头中心部位附 6 近，当需要靠近封头的边缘时，应使孔边与封头边缘之间的投影距离不小于 开孔超出上述规定，则补强结构需做特殊考虑，必要时还应作验证性水压实验，以校核其可靠性。 (3) 允许不另行补强的最大孔径 并不是容器上所有的开孔都需要补强。因为在计算壁厚时考虑了焊缝系数而使壁厚有所增加，又因为钢板具有一定规格，实际选用钢板厚度大于计算所需壁厚，同时由于容器材料有所增加，又因为钢板具有一定的塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强。 允许不另行补强的最大孔径如下： 两相邻开孔中心的间距（曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍； 壳体名义厚度大于 12，接管公称直径小于或等于 80壳体名义厚度小于或等于 12，接管直径小于或等于 50 3、圆筒厚度的设计 计目的 设计一台真空脱水塔，内经取 000体总长度 L=7000 头采取椭圆形封头，封头直径 h 为 1000面深度 258计压力取 作温 度为 150。 数确定 1、 设计压力： P=、 设计温度： T=150 3、 压力容器的内经： 000、 筒体总长度 L=7000、 封头直径： h=1000曲面深度 58图算法确定璧厚 外压容器筒体的材料： 07 假设筒体名义厚度负偏差 n=12表 3板的厚度负偏差 虑到精馏塔内有腐蚀，查表 3 筒体的有效厚度 e= 1外直径 i+2 n=1000+2 12=1024=7000 7000 6 0 1024 1258 20 用内插法插图：根据图 13 0在图中交点处对应的 A 以所用材料为 0，查图，在设计温度 T=150下 E=10 所以许用外压力 p = 023( ) = 52 0 . 0 0 0 1 3 1 . 8 6 1 03 1 2 5 = p 假定璧厚符合计算要求。 故确定筒体璧厚为 13 计要求椭圆形封头。 头厚度的设计 假设风头名义厚度n=6为1C=C=3 e= e= 2） =8 封头高度 58： ho= n=258+6=264002 1 0 2 6 ( 2 2 5 8 ) 1 . 9 9 查表 13 算可得 01026= 9 2 3 . 4 2 . 4 3 8 4 . 7 5 又因为：00 . 1 2 5 0 . 1 2 5 0 . 0 0 0 33 8 4 . 7 5 查图 4系数 B=40 所以许用外压力 040 0 . 1 0 43 8 4 . 7 5 P 因 且接近 假定封头璧厚符合要求。 故确定椭圆封头璧厚为 6 算加强圈数目 前面计算的筒体名义厚度为 13合考虑须将筒体的厚度减小， 装置一些刚性构件来加强筒体以及提高其临界压力，单独增加璧厚的方法更家经济合理，因此，将筒体的名义厚度减至n=8时需要增加加强圈。 由公式得，加强圈的最大间距为： 2 . 500m a 6 ( ) 查图 4： 51 . 8 6 1 0E M P a 已知： 2 1 0 2 6 m m 稳定系数： m=3 12()C 以 5 2 . 5m a 6 1 . 8 6 1 0 ( 4 . 2 1 0 2 6 ) 1 0 2 63 0 . 1L =1773算加强圈数目 n 设置 n 个加强圈，将筒体分为 n+1 段 9 m a 773 n=3 加强圈的间距 7000 23333sL m m 选 40 40 4 的等边角 钢，查型钢规格表得 0 计算系数得： 0 20 . 1 1 0 2 6 2 3 . 6 94 . 2 ( 3 . 0 9 1 0 2 3 3 3 )ce s L 计算系数 A 的值得： 51 . 5 1 . 5 2 3 . 6 9 0 . 0 0 0 1 91 . 8 6 1 0 计算加强圈与筒组合分段所需的惯性距 I 得： 0 s e s 1 0 . 91 0 2 6 2 3 3 3 ( 4 . 2 3 . 0 9 1 0 2 3 3 3 ) 0 . 0 0 0 1 91 0 . 9D L A =185468 4加强圈两侧筒体起加强作用部分的宽度 : b = = 0 1 0 2 6 4 =74通有效段的截面积2 e 0 e= 2 b 2 0 . 5 5 e = 2 0 . 5 5 1 0 2 6 4 . 2 1 3 =1924 2 10 圆通有效段的惯性距为： 332e2 b 1 2 2 0 . 5 5 1 0 2 6 4 . 2 4 . 2 1 3I =定组合截面行心轴 位置 a 为： 2 0 9 1 0 3 0 . 8 9 5 1 7 . 2a = 8 . 33 . 0 9 1 0 8 4 3 . 4 6 1 1 5 2 . 5 d=算组合截面实际惯性距 2 2 2s 1 2= A d I A a 4 2 2 24 . 6 1 0 3 . 0 9 1 0 2 2 . 5 8 4 3 . 4 6 1 9 2 4 8 . 3 =335819 4因：故原选的 40 40 4 等边角钢可用。 5 塔体的强度与稳定性校核 对于增加加强圈后的筒体 0 122 1 0 2 68 4 . 2 m mc c m m 1026 2444 . 2故仅需对塔进行稳定性校核，无需强度校核。 算长度 L ： 2333 m m 区别短圆筒和长圆筒的临界长度为： 1 . 1 7 /1 . 1 7 1 0 2 6 1 0 2 6 / 4 . 2 9 1 5 4 . 9 8c r o o 区别短圆筒和刚性圆筒的临界长度为： 因为 L 此圆筒属于短圆筒。 11 圆筒的临界压力为： 2522 . 5 9/2 . 5 9 1 . 8 6 1 0 4 . 22 3 3 3 1 0 2 6 1 0 2 6 / 4 . 20 . 4 6 5o a 许用外应力 0 . 4 6 5 0 . 1 5 53 P 为 P 所以该塔稳定性符合要求。 承受外压凸形封头的稳定性计算是以外压球壳的稳定性计算为基础的。 椭圆形封头的当量球壳半径 1 0 . 9 1 0 2 6 9 2 3 . 4k D m m 钢制受均匀外压的球壳临界压力为： 2520 . 2 5 ( )4 . 20 . 2 5 1 . 8 6 1 0 ( )9 2 3 . 40 . 9 6 a 取 m=3，则许用压力 P 为： 0 . 9 6 0 . 3 23 P 因为 P ，所以椭圆形封头稳定性符合要求。 12 解槽的总质量 4321 式中 1m 筒体质量， ； 2m 封头质量， ； 3m 脂肪酸的质量， ； 4m 附件质量， 体质量 1 0 0 0 , 1 3 m m m m的筒节，由压力容器设计手册查得 0 1 8 1 0i 7930 。 所以 1 2295 L k g 式中 槽体内径， ； n 圆筒壁厚， ； L 圆筒长度， ； 材料密度，3 头质量 1 0 0 0 , 6 m m m m，直边高度0 258h m的标准椭圆封头，其质量，2m 为 2,3208 . 5 1 2 4 . 7 1 0 9 0i n i n D h k g 13 所以 ,22m 2 9 0 1 8 0m k g 式中n 封头壁厚， ； 0h 封头直边高度， ； 肪酸质量 甲苯3式中 充 料系数，取 v 溶解槽容积， 3m ，（封桶 V 甲苯在 100 C 时的密度，33876 ）。 32 02 V 2 0 . 1 3 0 9 0 . 7 8 5 0 . 6 7 D h ，封 封 233 . 6 7 6 . 1 720 . 7 6 . 1 7 8 6 7 1 6 4 . 4 7 L mm k g 封 桶 件质量 人控制量约为 100 他接管质量总和按 150。 于是 504 所以设备总质量为 6 64321 取支座角钢厚度 查压力容器设计手册，根据 200选用褪式支座 垫板厚度为 4角钢厚度为 8座数目先选定为 4 个，每个支座允许载荷 2 。 14 每个 支座的实际载荷 2 664 可见， ，因此 4 个 式支座 满足自身的承载要求。 因为封头的有效厚度为 ，由压力容器设计手册查得椭圆形封头的允许垂直载荷 。由于 ，所以用 4 个 式支座满足封头允许的垂直载荷要求。 故本溶解槽的支座选用 4713 支 腿 , 。 (1) 人孔的分类与结构形式 : 按压力分类有常压人孔与受压人孔； 按形状分类有圆形人孔和椭圆形人孔，有时也有矩形人孔； 按安装位置分类有垂直人孔和水平人孔； 按盖子的支承形式分类有回转盖人孔和吊盖人孔； 按盖子的结构形式分类有平盖人孔和拱形盖人孔； 按法兰的结构形式分类有平焊法兰人孔和对 焊法兰人孔； 按开启的难易程度分类有快开人孔和一般人孔。 (2) 人孔的结构 15 人孔的结构形式主要决定于操作压力，操作介质和启闭的频繁程度。 孔 选取 根据溶解槽的设计温度、最高工作压力、材质、介质、及使用要求等条件，人孔 用公称压力为 垂直吊盖板式平焊法兰人孔（ ,人孔公称直径选定为 500用突面密封（ ）和石棉橡胶板垫片，人孔结构如图 2示，人孔各部件名称见表 2 该垂直吊盖板式平焊法兰人孔的标记为： 16 人孔 G)280 2 人孔 细表 序号 标准号 名称 数量 材料 尺寸 1 13节 1 0 18 10i 2 8 0,106 3 0 1 Hd w 2 兰 1 16 3 片 1 石棉橡胶板 代号 4 兰盖 1 101900 44,42 21 5 柱 20 2 160 6 母 40 吊环 1 8 转臂 1 485圈20 1 10010 170母20 2 5 级 11 吊钩 1 12 环 1 13 163缝钢管 1 20 14 支撑板 1 101900 17 强 本设计选用的人孔 1M 筒节内径 10，壁厚 0，壁厚附加量 （ 1）计算消去的承受应边所需的金属截面积由压力容器设计手册查得补强圈开孔直径 26102 ，内径 351 ，外径 802 。 所以需要补强的金属面积为 （ 2）多余截面积 有效区范围 2 2 022 壳体多余截面积 21 1) 01 2 2 1( e 接管的计算长度 ct 接管多余截面积 18 212 7 3)(2 焊缝截面积不予考虑，于是截面积 221 9 4 p （ 3）补强厚度 补强面积 所以补强圈厚度 其中e 壳体的有效厚度， 壳体的计算厚度， 接管的有效厚度， e 接管的计算厚度， 接管的名义厚度， 为常用钢板的最下厚度为 2以去 9. 视镜的选择 视镜是用来观察设备内部物料化学和物理过程情况的装置。视镜是除受工作压力外，还要承受高温、热应力和化学腐蚀的作用。视镜的设计还需要考虑视镜玻璃的工作压力。 视镜的结构形式 多为圆形或为长宽形，而又以圆形视镜最为普遍。玻璃表面多数是平面，有时为了特殊的目的，也用球面。 19 图 3视镜 圆形视镜的公称直径 一般为 能供一只眼睛窥视。 供两只眼睛窥视。可供较大容器、反应器、塔设备之用。 不带颈视镜结构简单，不易结料，便于窥视，应优先选用，但接缘与筒体或封头焊接时，必须采取适 当的措施以避免产生焊接变形，影响使用，故选不带颈视镜。视镜玻璃材质为硼硅玻璃。 接管是用来供物料进出的，可选用带法兰的短接管，接管应选取与筒体相似的材料，为了控制公益操作过程，在塔体上需设置温度计，可用内压管或外压管焊接在设备上。 假设取 169 3螺旋焊接管，公称直径 3表 3 t =159 =1 0 . 1 1 0 0 0 0 . 3 1 42 1 5 9 1 0 . 12 成立 查表 3服饰裕量2C=1 取保温层厚 50表 650内伸出长度 25管的尺寸 保温层厚度 50管公称直径 89伸出长度 150厚 3压试验 假设液压用洁净水在 25C。 下试验 查表 T=170 3 4 5 20 试验压力： 1 . 2 5 1 . 2 5 0 . 2 1 0 . 1 2 5T c M P 试验应力核对 ()20 . 1 2 5 (1 0 0 0 4 . 2 )2 4 . 21 5 . 7T i 0 . 9 0 . 9 0 . 8 3 4 5 2 4 8 . 4 所以试验压力满足条件即试验压力为 强圈的选择 是否需要补强 按照 定，由于筒节的公称直径已经大于不另行补强的最大直径89此开孔可能需要补强。 00 6 接管 接管伸出长度 L=150设接管内伸出长度为 25 计算开孔后被削弱的金属截面积 A 查表 3壁厚附加量为 C=2=孔直径 2 5 8 8 2 3 . 8 5 9 5 . 6id d C m m 查表 3 170t M ，钢管的许用应力 135 ， 故强度削弱系数 135 0 . 7 9170 21 筒体开孔计算厚度 20 . 2 1 0 0 02 1 7 0 0 . 8 5 0 . 20 . 6 9 接管有效厚度6 3 . 8 2 . 22 ( 1 )5 9 5 . 6 0 . 6 9 2 0 . 6 9 2 . 2 ( 1 0 . 7 9 )4 1 1 . 6e t n m mA d f 确定有效补强范围 2 2 5 9 5 . 6 1 1 9 1 . 2225 9 5 . 6 2 8 2 66 2 3 . 6n n tB d m 故取大值： 1 1 9 1 外侧有效高度： 1 5 9 5 . 6 6 5 9 . 8d m m 接管实际内伸高度为 25内侧有效高度2 计 算 有 效 范 围 内 用 来 补 强 的 金 属 面 . 8 4 . 2 m m 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) (1 )e n t d C f 2( 1 1 9 1 . 2 5 9 5 . 6 ) ( 4 . 2 0 . 6 9 ) 2 ( 6 3 . 8 )( 4 . 2 0 . 6 9 ) ( 1 0 . 7 9 )2 0 8 7 . 3 其中筒体开孔处有效厚度 8 3 . 8 4 . 2 m m 22 20 . 2 5 8 82 1 3 5 1 0 . 20 . 4 3it 2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 5 9 . 8 ( 2 . 2 0 . 4 3 ) 0 . 7 9 2 3 4 . 8 ( 2 . 2 3 ) 0 . 7 9123e t t r e t rA h f h c c. 计算焊缝金属截面积3A，取焊角高度为 8 故焊缝截面积为： 23282A 64 2用来补强的金属面积为 1 2 322 0 8 7 1 2 3 6 4 2 2 7 4 . 3A e A A 因为 故不需另行补强。 11 标准法兰的选取 初步选定法兰的类型 根据 000计压力 步选取甲型平焊法兰。 选定法兰的公称压力 根据法兰的材料、容器设计压力及操作温度，查表 6公称压力为 兰的材料为 16件，校核时选压力容器管法兰公称压力级别为 验证初步选取法兰的适用性 根据以上选取的法兰公称压力和设备内径，再查表 6 知初步选择的甲型平焊法兰满足要求。 选择密封面 给据要求选择凸凹密封面。 由表 6 法兰外径 D=1130旋孔中心圆直径 1D=109023 凹面密封面外径 2D=1055面密封面内径 3D=1045面密封面外径 4D=1042兰盘厚度 =48栓孔直径 D=23栓数量 36 螺纹 M=20 法兰标记 法兰 000 B/24 罐内径， 罐长度， 计算压力， 圆筒材料在设计温度下的许用应力， 钢板厚度的负偏差， 腐蚀裕量， 试验压力 圆筒的有效厚度 圆筒的名义厚度 圆筒材料在设计温度下的计算应力， 容器的总质量 封头内壁曲面高度 设计压力 容器的体积 F 每一支座承受的负荷 钢材的标准抗拉强度 G 重力加速 度 圆筒的外径 接管有效厚度 C 厚度附加量 圆筒的计算厚度 圆筒设计厚度 焊接接头系数 强度消弱系数 B 有效宽度， d 开孔直径， 化工设备课程设计 1 喻建良主编 化工设备机械基础 M. 大连：大连理工大学出版社， 2 魏崇光，郑晓梅 . 化工工程制图 M. 北京：化学工业出版社 ,1998 3 娄爱娟 ,吴志泉 . 化工设计 M东理工大学出版社， 2002 4 华东理工大学机械制图教研组 . 化工制 图 M. 北京：高等教育出版社， 1993 5 王静康 . 化工设计 M. 北京：化学工业出版， 1998 6 傅启民 . 化工设计 M. 合肥：中国科学技术大学出版社， 2000 化工设备课程设计 14. 化工原理课程设计之心得体会 经过连续一周紧锣密鼓的奋战，化工原理课程设计终于告一段落。 经过这次化工原理课程设计，我充分认识到以下几点： （ 1） 高于理论 这次专业性较强的课程设计，让我认识到：课堂上理论知识掌握的再好，没有落实到实处，是远远 不够的。换热器的设计，从课本上简单的理论计算，到根据需求满足一定条件的切实地进行设计，不再仅仅包括呆板单调的计算，还要根据具体要求选择、区分和确