化工设备设计说明书内容

1、扬 州 大 学课 程 设 计（化工设备）设计题目： 班 级： 姓 名： 学 号： 设计时间： 指导教师： 目 录符号说明表一、 前言1(一) 课程设计的目的与任务 3(二) 塔设备的概述(三) 塔设备选材的原则及材料选择二、 塔设备机械设计条件三、 塔设备设计计算(一) 塔设备材料性能参数确定(二) 塔设备壁厚的确定(三) 塔设备质量载荷计算(四) 弯矩计算(五) 应力计算(六) 地脚螺栓的设计计算(七) 裙座与壳体连接焊缝的强度校核(八) 计算结果四、 参考文献五、 结束语附图符号说明表do-塔体外径，m一、 前言(一) 课程设计的目的与任务 （参见设计教材前言和第六章开头部分）(二) 塔设

2、备的概述（参见汤善甫教材和设计教材第六章，重点阐述塔的结构特点、组成部分、结构型式、功能等）(三) 塔设备选材的原则及材料选择（参见汤善甫教材和设计教材p166）二、 塔设备机械设计条件（参见设计教材p182）板式精馏塔机械设计任务书简图与说明比例设 计 参 数 及 要 求工作压力，mpa410-3塔体内径，mm1800设计压力，mpa0.1塔高，mm17519工作温度，102.5设计寿命，a20设计温度，103保温材料厚度，mm100介质名称甲醇-水保温材料密度，kg.m-3300介质密度，kg.m-3909.5塔盘上存留介质层高度，mm60基本风压，n.m-2350壳体材料q245r地震基

3、本烈度7内件材料q245r场地类别裙座材料q235-b塔形筛板塔偏心质量，kg0塔板数目20偏心距，mm0塔板间距，mm500厚度附加量，mm3接 管 表符号公称尺寸dn用途符号公称尺寸dn用途w1,2450检查孔c600气体出口vs1-470裙座排气孔d65回流液入口te1225温度计口qe1225取样口a600气体进口lg1-225液位计口b1265料液进口e125残液出口pi25压力计口m1-4500人孔管口方位图三、 塔设备设计计算(一) 塔设备材料性能参数确定主要指设计压力、设计温度、焊接接头系数、材料弹性模量、屈服极限、腐蚀裕量等。(二) 塔设备壁厚的确定塔底液面高度为2.23m(

4、液封盘液面离下封头焊缝接头高度) 液柱静压力 p计算压力 筒体计算厚度封头计算厚度 按刚度要求，筒体最小厚度 取厚度附加量c=3mm，考虑到风载荷等影响，适当增加壁厚，设定筒体、封头和裙座的名义厚度均为8mm。则：塔壳的有效厚度e=n-c=8-3=5mm封头的有效厚度eh=nh-c=8-3=5mm裙座的有效厚度es=ns-c=8-2=6mm(三) 塔设备质量载荷计算(1) 塔体质量m01 查附表7-1【1】，每米筒节质量356kg；查附表7-2，每个封头质量为224.4kg；已知：筒体高度h0=13.83m，裙座高度为3m；由此可得： 筒体质量m1： m1=356h0=35613.83=492

5、3.5kg 封头质量m2： m2=224.42=448.8kg 裙座质量m3： m3=3563=1068kg 塔体质量： (2) 塔附属体质量ma (3)塔段内件质量m02 查表6-16 筛板塔盘单位面积质量65kgm-2 (4) 保温层质量m03 封头保温层体积v3 封头保温层质量m3 保温层总质量m03 (5) 平台、扶梯质量m04塔体的人孔处安装1层操作平台，共4层，平台宽1m，包角360o。平台与保温层间隙d=50mm，平台宽度b=1m，扶梯总高度hf=17.3m(根据规定，距地面或平台2m以上设计为笼式扶梯，2m以下为开式扶梯，此处均简化计算成笼式扶梯)。查表6-2，笼式扶梯质量qf

6、=40kgm-1，平台质量qp=150kgm-2。 (6) 物料质量m05(7) 水压试验时质量 (8) 塔设备操作质量 图6-40 塔的分段图 (9) 塔设备量大质量(10) 塔设备最小质量 (11) 各计算段质量将全塔沿高分成4段，见意示图6-40，各段质量列入表6-25。表6-25 各段的质量 塔段号质量/kg 123 4 m01+ma400.5 1215.0 3115.0 3319.9 m020.0 0.0 1322.6 1983.8 m030.0 122.9 1263.4 1355.6 m0436.0 84.0 3215.3 3227.3 m050.0 752.2 4418.3 16

7、65.5 mw0.0 827.0 17803.8 18198.4 m0436.5 2174.1 13334.6 11552.1 mmax436.5 2248.9 26720.1 28084.9 mmin436.5 1421.9 7858.2 8299.5 塔段长度/mm900210070007315人孔、平台数0022塔板数00137(四) 弯矩计算（1）塔设备的基本自振周期计算（1）地震其弯矩的计算1) 水平地震力根据表6-24，地震烈度为7度，此情况仅考虑水平地震力对塔设备的影响。因为h/d= 17315/1800=9.6，且h20m，故也不也考虑高振型影响。塔沿高度方向分成4段，视每段高

8、度之间的质量为作用在该段高度1/2处集中质量，各段集中质量对该截面所引起的地震力和地震力列于表6-26。2) 地震弯矩本塔的危险截面为0-0截面，1-1截面和2-2截面见图6-41。各危险截面上的地震弯矩计算如下：0-0 截面地震弯矩1-1 截面地震弯矩2-2 截面地震弯矩表6-26 水平地震力计算内容及公式结 果第1段第2段第3段第4段各段操作质量m0，kg436.52174.113334.611552.1各点距地面的高度hi，mm4501950650013658mihi1.54.1671061.8721086.98810918.43910925.618109mihi30.398101216

9、.12110123.662101529.432101533.1101015a/b7.73710-7 基本振型参与系数0.00740.06660.40551.2350阻尼系数z0.02衰减系数g调整系数2地震影响系数最大值由表6-12，取=0.12各类场地土的特征周期tg, s由表6-17，取tg=0.35地震影响系数查图6-31，t1 tg水平地震力f1k，n3.80170.516364.6316794.40（3）风弯矩的计算1) 水平风力将塔沿高度分成4段（见图6-40），计算结果见表6-27。表6-27 各段水平风力计算结果塔 段 号1234塔段长度li，mm900210070007315

10、各计算段的外径doi，mmdoi=di+2n=1800+28=1816塔顶管线外径do，mm630第i段保温层厚度si，mm00100100管线保温层厚度ps，mm100笼式扶梯当量宽度k3, mm400操作平台所在计算段的长度lo，mm900210070007315平台数0022平台和栏杆构成的投影面积a，mm001.61061.6106操作平台当量宽度k4，mmk4=2a/lo00457437各计算段有效直径dei，mm笼式扶梯与塔顶管线布置成180odei=doi+2si+k3+k4+do+2ps 3046304635033483各计算段顶截面距地面的高度hit，mm9003000100

11、0017315风压高度变化系数fi根据hit查表6-180.80.811.19体型系数k10.7风振系数k2i1.7基本风压值qo, nm-2350各计算段的水平风力913.432131.351021212627.862) 风弯矩0-0截面的风弯矩 1-1截面的风弯矩 2-2截面的风弯矩3) 各计算截面的最大弯矩依据 取其中较大者 0-0截面 （地震弯矩控制） i-i截面（地震弯矩控制） ii-ii截面 （地震弯矩控制）(五) 应力计算（1）筒体应力计算验算塔体ii-ii截面处操作和压力试验时的强度和稳定性，结果示于表6-28。表6-28 筒体应力校核计 算 截 面ii-ii(1) 操作时：计

12、算截面以上塔的操作质量 kg24886.7 塔体有效厚度mm5, 查gb150-2011，图4-5得b=68mpa3.052108最大弯矩nmm2.439108操作压强引起的轴向应力mpa10.83重力引起的轴向应力mpa8.64弯矩引起的轴向应力mpa19.18最大组合压应力 取 81.6mpa27.8281.6最大组合拉应力141.12mpa21.37141.12(2) 液压试验时：水压试验压强 mpa0.126液柱高度hmm14.515水压试验时的静压强hgr mpa0.142计算截面以上的风弯矩mpa1.703108计算截面以上塔的质量kg54805 压强引起的轴向应力 mpa11.3

13、7重力引起的轴向应力mpa19.02 弯矩引起的轴向应力mpa4.02周向应力mpa48.37176.4液压时最大组合压应力 取81.6mpa23.0481.6液压试验时最大组合拉应力mpa-3.63 (压应力)176.4结论：ii-ii截面的强度和稳定性满足要求。（2）裙座应力裙座壳为圆形，则,查gb150-2011图4-5得b=80mpa。操作时轴向许用应力 取mpa 液压试验时轴向许用应力 取mpa1) 0-0截面0-0截面的抗弯截面系数 0-0截面的面积 正常操作时最大压应力 水压试验时最大压应力 结论：0-0 截面强度和稳定性均满足要求。2) 1-1截面（检查孔所在截面）查表6-4，

14、裙座上设置2个a型检查孔，lm=250mm；bm=450mm。取m= 10mm； es=6mm；dim=1800mm加强管面积 裙座壳截面面积 裙座壳的抗弯截面系数 操作时最大压应力水压试验时最大压应力故 i-i 截面强度和稳定性均满足要求。(六) 地脚螺栓的设计计算（1）基础环1) 基础环的几何尺寸基础环外径 dob=dis+(160400)=2016mm基础环内径 dib=dis-(160400)=1600mm基础环伸出宽度 基础环面积 基础环截面系数 2) 混凝土基础上的最大压应力（下式中取大值） 取sbmax=0.91mpa3) 基础环厚度计算 选用带筋板的地脚螺栓座，并取地脚螺栓数为

15、16。查附表7-10，初选地脚螺栓m24，则相邻两筋板最大外侧间距l=302mm，因为b=100mm，故b/l=0.33。查表6-22 得：mx=-0.429 sbmaxb2=-3904nmmmm-1；my=0.0081sbmaxl2=672nmmmm-1ms取mx和my中较大者3904nmmmm-1基础环厚度 取=16mm。（2）地脚螺栓1) 地脚螺栓的最大拉应力（下式中取大值） 取sb=0.46mpa 2) 确定螺纹小径d1取16个地脚螺栓， bt=147mpa 参照表6-23，选m24的地脚螺栓。（3） 筋板参照附表7-10，取n1=2；dg=12mm；l2=100mm；lk=168mm一个地脚螺栓受的力 细长比 临界细长比 由于，筋板的许用应力 筋板稳定性满足要求。（4）盖板地脚螺栓之间的距离=p(do+2b)/n=p(1816+255)/16=377mm，选用环形盖板加垫板结构。参照附表7-10，选用m24地脚螺栓柱的尺寸。取l2=100mm；l3=70mm；l4=50 mm；d2= 27mm；d3=40 mm；dc=16mm；dz=12mm环形盖板的最大压应力盖板强度满足要求。(七) 裙座与壳体连接焊缝的强度校核本精馏塔裙座与塔壳连接选用对接