乙腈精馏塔机械设计课程设计说明书

1、课 程 设 计 说 明 书题目： 乙腈精馏塔的机械设计（dn 1400 mm，pn 0.8 mpa）学院（系）： 化学与环境工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：化学与环境工程学院 教研室：化工学 号学生姓名专业班级 课程设计题目甲醛精馏塔的机械设计（dn2000 mm，pn1.5 mpa）课程设计（论文）任务1. 选材；2. 按设计压力计算塔体和封头壁厚；3. 塔设备质量载荷计算；4. 风载荷与风弯矩计算；5. 地震载荷与地震弯矩计算；6. 各种载荷引起的轴向应力；7. 偏心载荷与偏心弯矩计算；8. 塔体和裙座危险

2、截面的强度与稳定校核；9. 塔体水压试验和吊装时的应力校核；10. 基础环设计；11. 地脚螺栓计算；12. 撰写设计说明书；13. 绘制塔设备装配图。时间安排：第一周：周一周四，设计计算；周五周日，撰写设计说明书。第二周：周一周四，绘制塔设备装配图；周五，答辩。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日化工设备机械基础课程设计目 录第1章 绪 论11.1 课程设计的目的11.2 课程设计的要求11.3 课程设计的内容11.4 课程设计的步骤2第2章 塔体的机械计算32.1 按计算压力计算塔体和封头厚度32.1.1 塔体厚度的计算32.1.2 封头厚度计算32.2 塔设备质量载荷计算

3、32.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量32.2.2 塔内构件质量42.2.3 保温层质量42.2.4 平台与扶梯质量42.2.5 操作时物料质量42.2.6 附件质量52.2.7 充水质量52.2.8 各种质量载荷汇总52.3 风载荷与风弯矩的计算62.3.1 自振周期计算62.3.2 风载荷计算62.3.3 各段风载荷计算结果汇总72.3.4 风弯矩的计算72.4 地震弯矩计算72.5 偏心弯矩的计算82.6 各种载荷引起的轴向应力92.6.1 计算压力引起的轴向应力92.6.2 操作质量引起的轴向压应力92.6.3 最大弯矩引起的轴向应力102.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核112

4、.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核112.7.2 塔体与裙座的稳定性校核112.7.3 各危险截面强度校核汇总122.8 塔体水压试验和吊装时代应力校132.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力132.8.2 水压试验时应力校核142.9 基础环设计142.9.1 基础环尺寸142.9.2 基础环的应力校核142.9.3 基础环的厚度152.10 地脚螺栓计算162.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力162.10.2 地脚螺栓的螺纹小径16第3章 塔结构设计173.1 塔体173.2 板式塔及塔盘173.3塔设备附件173.3.1接管173.3.2 除沫装置183.3.3 吊柱183.3.

5、4 裙式支座183.3.5 保温圈18参考文献19设计结果评价及总结20附录a主要符号说明21附录b塔设备的装配图22 27第1章 绪 论1.1 课程设计的目的 （1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本 理论和知识基本知识。 （2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。 （3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。1.2 课程设计的要求 （1）树立正确的设计思想。 （2）具有积极主动的学习态度和进取精神。 （3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。 （4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。 （5）在设计中处理好尺寸

6、的圆整。 （6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。1.3 课程设计的内容丙烯精馏塔的机械设计。 dn=2000 mm pn=1.5 mpa设计步骤：1) 选材2) 按设计压力计算塔体和封头壁厚；3) 塔设备质量载荷计算；4) 风载荷与风弯矩计算；5) 地震载荷与地震弯矩计算；6) 各种载荷引起的轴向应力；7) 偏心载荷与偏心弯矩计算；8) 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核；9) 塔体水压试验和吊装时的应力校核；10) 基础环设计；11) 地脚螺栓计算；12) 撰写设计说明书；13) 绘制塔设备装配图。1.4 课程设计的步骤 （1） 全面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。（2

7、） 选材；（3） 按设计压力计算塔体和封头壁厚；（4） 塔设备质量载荷计算；（5） 风载荷与风弯矩计算；（6） 地震载荷与地震弯矩计算；（7） 各种载荷引起的轴向应力；（8） 偏心载荷与偏心弯矩计算；（9） 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核；（10） 塔体水压试验和吊装时的应力校核；（11） 基础环设计；（12） 地脚螺栓计算；（13） 撰写设计说明书；（14） 绘制塔设备装配图。第2章 塔体的机械计算2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度2.1.1 塔体厚度的计算（1）计算压力 （2）塔体计算厚度 （3）塔体设计厚度 （4）塔体名义厚度 （5）塔体有效厚度 2.1.2 封头厚度计算（1）计算

8、厚度 mm（2）设计厚度 mm （3）名义厚度 mm（4）有效厚度 mm2.2 塔设备质量载荷计算2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量（1） 塔体高度：h1=4000 mm（2） 筒体高度：h2=36.79 m （4）由文献1查得dn 2000 mm，厚度14 mm的圆筒质量为695 kg/m（5）由文献1查得 dn 2000 mm，厚度14 mm的标准椭圆形封头质量为 313.5kg/m（6）裙座高度3060 mm（7）筒体质量 （8）封头质量 （9）裙座质量 （10）塔体质量2.2.2 塔内构件质量（由文献1查得浮阀塔盘质量为75 kg/m)2.2.3 保温层质量 其中m03为封头保温层质

9、量，由文献1查得（0.827-0.59)300)2.2.4 平台与扶梯质量 (由文献2查得平台质量qp=150 kg/m；笼式扶梯质量=40 kg/m；笼式扶梯高度h=39 m，平台数n=8)2.2.5 操作时物料质量(由文献1查得vf=0.397 m3，物料密度 kg/m3，封头容积。塔釜圆筒部分深度，塔板层数n=70，塔板上液层高度)2.2.6 附件质量按经验取附件质量 2.2.7 充水质量 （其中）2.2.8 各种质量载荷汇总各种质量载荷汇总见表2-1表2-1 各种质量载荷汇总塔段01122334455顶合计塔段长度/mm10002000700010000100001000040000人

10、孔与平台数0013228塔板数009222217701095195776651095010950127404535925666272627248471995713315442205220522938380408098825251817177672261237821166906690517027998224489191627392738318516340154626609380133801338762142943 续表280052008000140966962809031380306723001112828各塔段最小质量/kg79454591782619672190132096384642全塔操

11、作质量/kg全塔最小质量/kg水压试验时最大质量/kg2.3 风载荷与风弯矩的计算2.3.1 自振周期计算2.3.2 风载荷计算以01段为例计算风载荷 其中，a b 取，a mmb mm取des=2436mm， =7429 n2.3.3 各段风载荷计算结果汇总各段风载荷计算结果汇总见表2-2表2-2各段风载荷计算结果汇总计算段li/mmq0kivk平台数110004000.70.720.00752.801.0230.641002800864220004000.70.720.03752.801.1020.7230028001903370004000.70.720.112.801.2151.001

12、01257305774294100004000.70.790.352.801.5991.252035403571116925100004000.70.820.662.802.0241.423023603314256286100004000.70.851.002.802.4771.564023603314287012.3.4 风弯矩的计算截面00 截面11 截面22 2.4 地震弯矩计算取第一振型脉动增大系数，则衰减指数，地震设防烈度8度，故取。查得， ，等直径等厚度的塔， 按下列方法计算地震弯矩。截面00 截面11截面22 2.5 偏心弯矩的计算 偏心质量 偏心距偏心弯矩2.6 各种载荷引起的

13、轴向应力2.6.1 计算压力引起的轴向应力 其中 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力 截面00 截面11 其中 kg为人孔截面积的截面积，查相关标准得：=58630 mm2 截面22 mpa 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力 截面00 其中 = 取其中较大者， 截面11 其中 取其中较大者，为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：=2767700mm3 截面22 其中 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的22截面上，其中， 满足要求。2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核塔体22截面上的最大做和轴

14、向压应力 mpa， 查得，b=900，k=1.2,，满足要求。塔体11截面上的最打组合轴向压应力,，查得，,，满足要求。塔体00截面上的最大组合轴向应力， ，满足要求。2.7.3 各危险截面强度校核汇总各危险截面强度校核汇总见表2-3表2-3各危险截面强度校核汇总项 目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚度，mm161616截面以上的操作质量，kg690206840664990计算截面面积，mm2703365863070336计算截面的截面系数，mm3 246180002767700024618000最大弯矩 ，20.2719.5918.27大允许轴向拉应力173.4最大允许轴向压应

15、力/mpakb156156162k136136196续表计算压力引起的轴向拉应力,mpa0015操作质量引起的轴向压力 mpa9.6311.459.06最大弯矩引起的轴向压力mpa82.3470.7874.22最大组合轴向拉应力 mpa80.16最大组合轴向压应力 mpa91.9782.2383.28强度与稳定校核强度满足要求稳定性满足要求满足要求满足要求2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力1. 试验压力和液柱静压力引起的环向应力 液柱静压力=2. 试验压力引起的轴向拉应力 3. 最大质量引起的轴向压应力 4. 弯矩引起的轴向应力 2.8.2 水压试验时

16、应力校核（1）筒体环向应力校核 满足要求（2）最大组合轴向应力校核 248.6 mpa 满足要求（3）最大组合轴向压应力校核 满足要求。2.9 基础环设计2.9.1 基础环尺寸 取 2.9.2 基础环的应力校核，其中 （1）取以上两者中的较大值，选用100号混凝土，由文献2查得其许用应力 , 满足要求。2.9.3 基础环的厚度；。，假设螺栓直径为，由文献2查得，当时，由文献2查得 取其中较大值，故按有筋板时计算基础环厚度+c=9.61 mm圆整后取2.10 地脚螺栓计算2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力，其中m=84642，m=5.25108 nmm，m1.7836109 nmm，m0=6

17、9020，zb=3.975108 mm2，ab=1318800 mm2. （1） （2） 取较大值，.2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数。n=36，=147mpa，c2=3mm,d1= mm，查得m42螺栓的螺纹小径d1=37.129 mm，故选用36个m42大地脚螺栓，满足要求。第3章 塔结构设计3.1 塔体塔体包括塔壳筒体、封头、人孔、手孔液面计、接管、法兰等各受压元件，其结构形状和要求满足gb150的有关规定，当踏壳筒体计算厚度由外载荷决定时，宜采用不等厚度的筒节组焊而成，其筒体的长度应根据计算及结构设计的需要确定，但易调整至钢板规格宽度的数板倍，相邻厚度差不宜太大。一般

18、取2mm。对于变径塔，变径过渡的锥壳厚度不得小于与其连接的上下圆筒的厚度。3.2 板式塔及塔盘塔盘是板式塔内气、液接触的主要元件，包括塔盘版，降液管等，溢流堰、紧固件和支撑件等，据塔盘的结构特点，常将板式塔分为泡置塔、筛板塔、浮阀塔，由于塔内径为1400mm800mm,采用分块式塔盘，塔盘的可拆构建应能从人孔进出，最高一层塔盘和塔顶的距离常高于塔盘间距离，且这段装有除沫器，最低一层塔盘到塔底的距离也比塔盘高。进料塔盘上一层塔盘的间距也比一般高。每隔10层塔盘，要开一个人孔，开人孔处的塔盘间距大，一般为700mm(5m左右开一个)。3.3塔设备附件3.3.1接管进料管 填料塔中的进料管常与喷淋装

19、置相连。出料管 出料管常位于塔釜底部，出料管上焊有三块支承扁钢，把出料管活嵌在引出管道里。出料口外形尺寸应小于裙座内径，且引出口直径应大于出料管法兰直径。在塔底出料的管口外，常设置防涡流挡板。气体进口管 气体进口管或称进气管，其位置由工艺条件确定。但均应设置在最高液面之上，以避免液体淹没气体通道，或产生冲溅，夹带现象。 气体出口管 当减少出塔气中央带液滴，常在出口处设置挡板或在塔顶安除沫器。3.3.2 除沫装置除沫装置属气液分离装置，用以出去气体夹带的液滴和雾沫，保证传质效率。除沫装置可安装在塔内或塔上部，也可作为独立的气液分离设备。3.3.3 吊柱对于高度大于15m的室外无框架的整体塔，应考

20、虑安装和检修时吊塔台及其附件的方便，所以常在塔顶安装可转动的吊柱。3.3.4 裙式支座 裙座是塔设备广泛采用的一种支座。裙座有圆筒形和圆锥形两种型式。一般选用筒形裙座，裙座筒体的名义厚度不应小于6mm。3.3.5 保温圈 塔外保温材料的之承圈叫做保温圈叫做保温图。需保温（保冷）的塔设备，除特殊情况外（如带法兰的塔节），均应设置保温圈。保温圈的形状分为块圆环，根据塔径不同，由4-8块组成。根据保温表面形状不同分为、型。塔体保温圈为型。塔顶保温圈为。塔底保温圈为。 参考文献1 蔡纪宁，张秋翔.化工机械基础课程设计指导书.北京： 化学工业出版社，2010,8.2 刁玉玮，王立业，喻健良.化工设备机械

21、基础（第六版）大连:大连理工大学出版社(第六版)， 2006,12.3 涂伟萍,陈佩珍,程达芬.化工过程及设备设计.北京: 化工工业出版社，2000.4 朱有庭,曲文海，于浦义.化工设备设计手册 北京: 化学工业出版社（第一版）, 2005.5 国家质量技术监督局. 压力容器安全技术监察规程. 北京: 中国劳动社会保障出版社 , 1985.设计结果评价及总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关化工机械设备方面的知识，而且学会了如何去设计一个化工设备，在设计设备时都应该注意哪些问题，如何解决问题等等。通过本次的课设学习，使我有了很深的感触。作为一名设计人员，在进行生产工艺及设备的设计时应该具有缜密的思维，只有把可能面临的问题都考虑周到你所设计的东西才能投入使用。而且不单单从设备的可行性入手，还要考虑到经济问题和效益问题等等。所以我认为一个设计人员应该具备敏锐的头脑