化工设备机械基础课程设计(浮阀塔设计)

1、 化工设备机械基础课程设计浮阀塔设计 学院名称： 化学与环境工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 08化工2w 姓 名： 陈慧媛 2011 年 12月目 录第1章 绪论11.1 课程设计的性质和任务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21.4.1 准备阶段21.4.2 机械设计阶段21.4.3 设计计算说明书21.4.4 课程设计答辩2第2章 设计参数及要求32.1 设计参数32.2 已知设计条件3第3章 塔体机械设计53.1按计算压力计算塔体及封头厚度53.1.1塔体厚度计算53.1.2封头厚度计算53.2塔设备质量载荷计算53.2.1筒体、圆筒、

2、封头、裙座的质量63.2.2塔内构件的质量63.2.3保温层的质量73.2.4平台、扶梯的质量73.2.5操作时物料的质量83.2.6附件的质量83.2.7充水的质量83.2.8偏心质量93.3风载荷与风弯矩的计算103.3.1风载荷的计算103.3.2风弯矩的计算123.4地震弯矩的计算123.4.1地震载荷的计算123.4.2地震弯矩的计算143.5偏心弯矩的计算153.6各种载荷引起的轴向应力163.6.1计算压力引起的轴向应力163.6.2操作质量引起的轴向应力163.6.3最大弯矩引起的轴向应力173.7塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核173.7.1截面的最大组合轴向拉应力校核17

3、3.7.2塔体与裙座稳定性校核183.8塔体水压试验和吊装时的应力校核193.8.1水压试验时各种载荷引起的应力193.8.2水压试验时应力校核193.9基础环设计203.9.1基础环尺寸203.9.2基础环的动力校核203.9.3基础环的厚度213.10地脚螺栓设计213.10.1地脚螺栓的最大拉应力213.10.2地脚螺栓的螺纹小径22第4章塔结构的设计234.1塔盘结构234.2塔盘的支撑24参考文献25设计结果及总结26附录一 主要符号说明27第1章 绪论1.1 课程设计的性质和任务（1） 通过学习培养学生综合运用化工设备基础及有关先修课程的基本知识，进行典型中、低压化工设备设计。（2

4、） 培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料。使学生树立正确的设计思想，掌握设计的基本方法和步骤以及处理工程实际问题的能力。1.2 课程设计的要求（1） 根据专业特点和要求进行选题（换热器、塔式容器、反应器等）。工艺参数由化工原理课程设计完成，化工设备设计要求完成强度设计计算、总体结构设计、绘制设备装配图，编制设计计算说明书。（2） 通过学习，掌握化工设备设计的基本方法和步骤，提高设计、计算、绘图的能力，加强计算机应用能力以及处理工程实际问题的能力。1.3 课程设计的内容根据教学大纲要求，完成一种典型设备的机械设计，工作量包括：设备总装配图1张，零件图12

5、张，设计计算说明书1份。成绩评定：总成绩=工作态度（30%）+设计计算（30%）+图文表达（20%）+独立工作能力（10%）+答辩（10%）1.4 课程设计的步骤1.4.1 准备阶段（1） 设计前应预先准备好设计资料、手册、图册、计算和绘图工具、图纸及报告纸等；（2） 认真研究设计任务书，分析设计题目的原始数据和工业条件，明确设计要求和设计内容；（3） 设计前应认真复习有关教科书、熟悉有关资料和设计步骤；（4） 有条件应结合现场参观，熟悉典型设备的结构，比较其优点，以便择出较适当的结构为己用。1.4.2 机械设计阶段（1） 全面考虑按压力大小、温度高低和腐蚀性大小等因素来选材。（2） 选用零部

6、件。（3） 计算外载荷，常用列表法、分相统计的方法来进行。（4） 强度、刚度、稳定性设计和校核计算。（5） 传动设备的选型、计算。（6） 绘制设备总装图。（7） 绘制零部件图。（8） 提出技术要求。1.4.3 设计计算说明书（1） 目录；（2） 设计任务书；（3） 设计方案的分析和拟定；（4） 各部分尺寸的确定和设计计算；（5） 设计小结；（6） 参考资料；1.4.4 课程设计答辩第2章 设计参数及要求2.1 设计参数表2-1 浮阀塔设备设计参数设计参数及要求工作压力/mpa0.8塔体内径/mm2900设计压力/ mpa0.85塔高/mm26320工作温度/45设计寿命/a10设计温度/70浮

7、阀（泡罩）规格/个数介质名称vc,h2o,edc浮阀（泡罩）间距mm介质密度/（kg/m3）800保温材料厚度/mm100设计基本地震加速度0.3g保温材料密度/（kg/m3）300基本风压/（n/m2）400塔盘上存留介质层高度/mm100抗震设防烈度8壳体材料q345r场地类别内件材料06cr19ni10塔形裙座材料q235-b塔板数目/个40偏心质量/kg4000塔板间距/mm400偏心距/mm2000地面粗糙度（类）b2.2 已知设计条件已知设计条件塔体内径塔体高度设计压力设计温度材料塔体许用应力 设计温度下弹性模量常温屈服点厚度附加量塔体焊接接头系数介质密度塔盘数每块塔盘存留介质层高

8、度基本风压值地震设防烈度度设计基本地震加速度场地类型类地面粗糙度类偏心质量偏心距塔外保温层厚度保温材料密度裙座材料许用应力 常温屈服点 设计温度下弹性模量厚度附加量人孔、平台数地脚螺栓材料许用应力腐蚀裕量个数第3章 塔体机械设计3.1按计算压力计算塔体及封头厚度3.1.1塔体厚度计算塔内液柱高度：h=1000+2100+765-600=3265mm=3.265m液柱静压力：0.05p（可忽略）计算压力： (参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)，圆筒的计算厚度：名义厚度：圆整后取名义厚度：(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第99页,表4-13)

9、有效厚度：3.1.2封头厚度计算计算压力： 封头的计算厚度：名义厚度：圆整后取名义厚度：有效厚度：3.2塔设备质量载荷计算计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封头焊缝为2-2截面，塔板间第一个人孔为3-3截面，塔板间第二个人孔为4-4截面，塔板间第三个人孔为5-5截面，塔顶为6-6截面。表3-1 塔体分段长度0-11-22-33-44-55-695028706007800640080303.2.1筒体、圆筒、封头、裙座的质量筒体质量：由 ，查得单位筒体质量(参考化工设备机械基础课程设计书，第二版，化学工业出版社，第11页,表d-1)筒体高度：封头质量：由 ，查得

10、封头质量（参考中华人民共和国行业标准jb/t4746-2002，附录b eha椭圆形封头型式参数）裙座质量：由裙座高度为塔体总质量：表3-2塔体分段质量0-11-22-33-44-55-6818.623345.81517.0266721.3385514.9446904.673.2.2塔内构件的质量筛板塔塔盘单位质量(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1)塔内构件的质量：表3-3塔内构件分段质量0-11-22-33-44-55-60006436.86436.86931.943.2.3保温层的质量由，即则取直边(参考化工设备机械基础课程设计指导书第二版，化学工业出版

11、社，第113页,表d-2)查得封头容积 （同上）表3-4温层分段质量0-11-22-33-44-55-60223.44170.9162221.911823.112217.473.2.4平台、扶梯的质量查得平台单位质量 笼式扶梯单位质量(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第237页,表8-1)其中平台数，平台宽带为，笼式扶梯高度为平台、扶梯的质量：表3-5平台、扶梯分段质量0-11-22-33-44-55-638114.8876.88681164.88681108.88681100.88683.2.5操作时物料的质量取板上液层高度，塔低液高度，封头容积操作时物料质量：表3-6操作物

12、料分段质量0-11-22-33-44-55-602765.363168.88816900.7366865.9247394.0723.2.6附件的质量依照经验取表3-7附件分段质量0-11-22-33-44-55-6204.655836.4525129.25651680.33451378.7361726.16753.2.7充水的质量表3-8充水分段质量0-11-22-33-44-55-603456.73961.1151494.4342251.8449669.653.2.8偏心质量操作质量：偏心质量：表3-9偏心分段质量0-11-22-33-44-55-6014002600000表3-10质量汇总

13、表0-11-22-33-44-55-6塔体分段质量818.623345.81517.0266721.3385514.9446904.67塔内构件分段质量0006436.86436.86931.94温层分段质量0223.44170.9162221.911823.112217.47平台、扶梯分段质量38114.8876.88681164.88681108.88681100.8868操作物料分段质量02765.363168.88816900.7366865.9247394.072附件分段质量204.655836.4525129.25651680.33451378.7361726.1675充水分段质量

14、03456.73961.1151494.4342251.8449669.65操作时分段质量1061.2758685.8637462.97335126.0123128.426275.21偏心分段质量014002600000最大质量最小质量3.3风载荷与风弯矩的计算3.3.1风载荷的计算塔体外径：，笼式扶梯宽度：，塔顶管线外径：，温层厚度：塔体各段长度：0-11-22-33-44-55-69502870600780064008030各段平台数：0-11-22-33-44-55-6001111平台构件投影区面积：00111100操作平台当量宽度：0-11-22-33-44-55-6003000230

15、.769281.25224.159各段有效直径/mm：0-11-22-33-44-55-63724372467243954.7694005.253948.159各截面到地面高度/m：0-11-22-33-44-55-60.953.824.4212.2218.6226.65风压高度变化系数：由场地为b类(参考化工设备机械基础课程设计指导书第二版，化学工业出版社，第86页,表5-23)，查得0-11-22-33-44-55-61.01.01.01.0621.1641.26体系系数：基本风压值：塔设备的自振周期：塔设备自震周期：脉动增大系数：由，查得(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，

16、第242页,表8-6)脉动影响系数：(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-7)0-11-22-33-44-55-60.720.720.720.7360.780.82由得：0-11-22-33-44-55-60.03560.14330.16590.45850.69871再由，查得(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第242页,表8-8)各段振型系数：0-11-22-33-44-55-60.007120.033720.046360.2940.58831各段风振系数： 0-11-22-33-44-55-61.1471.5911.6841.9352.2989

17、2.419各段风载荷:0-11-22-33-44-55-6215.8783637.5851681.3115526.38819206.16727056.6873.3.2风弯矩的计算00截面11截面22截面3.4地震弯矩的计算3.4.1地震载荷的计算各段操作质量/kg:0-11-22-33-44-55-61061.2758685.8637462.97335126.0123128.426275.21各点距地面高度/mm:0-11-22-33-44-55-64752385412083201542022635/mm：0-11-22-33-44-55-6：0-11-22-33-44-55-6+=0-11-

18、22-33-44-55-60-11-22-33-44-55-6基本振型参与系数:0-11-22-33-44-55-60.1050.30220.762551.35587阻尼比=0.02衰减指数阻尼调整系数3.4.2地震弯矩的计算地震综合影响系数：地震影响系数最大值(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-2)场地土的特征周期值(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第239页,表8-3)地震影响系数：水平地震力：0-11-22-33-44-55-68.308758.4231483.0920068.633340.0667346.49垂直地震影响系数当量质量底面垂

19、直地震力：0-11-22-33-44-55-6任意质量处垂直地震力：0-11-22-33-44-55-645.411865.072766.0726309.232165.753609.5任意计算截面处垂直地震力0-0截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5截面116773.82116728.41114863.34112097.2785788.0753622.37由，则底截面处地震弯矩：截面处11地震弯矩： 截面处22地震弯矩：3.5偏心弯矩的计算偏心质量 偏心距偏心弯矩最大弯矩：计算内容00截面11截面22截面最大弯矩取较大者，所以地震弯矩为最大弯矩。3.6各种载荷引起的轴向应力3.6

20、.1计算压力引起的轴向应力设计压力引起的轴向应力00截面11截面22截面003.6.2操作质量引起的轴向应力计算截面以上的操作质量：00截面11截面22截面101739.7382100678.463291992.6002检查孔加强管长度 检查孔加强管水平方向的最大宽度 检查孔加强管厚度1-1截面处裙座筒体的截面积： 00截面11截面22截面10.96111.199.913.6.3最大弯矩引起的轴向应力截面处裙座筒体的截面系数：截面处的裙座壳的截面系数： 00截面11截面22截面40.655342.0732.6123.7塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核3.7.1截面的最大组合轴向拉应力校核载荷

21、组合系数：系数a：设计温度下的许用应力： 系数b： (参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第311页,附表9-1)计算内容00截面11截面22截面105105170111.6111.6141.6126126204107.1107.1173.4 111.6111.6141.6圆筒最大组合压应力：对内压塔（满足要求）00截面11截面22截面51.6153.2642.522圆筒最大组合压应力：对内压塔（满足要求）00截面11截面22截面29.6930.8884.3273.7.2塔体与裙座稳定性校核塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力 满足要求其中塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力：满足

22、要求其中塔体截面0-0上的最大组合轴向压应力：满足要求3.8塔体水压试验和吊装时的应力校核3.8.1水压试验时各种载荷引起的应力试验介质密度：液柱高度：液柱静压：试验压力：试验压力和液柱静压力引起的环向应力： 试验压力引起的轴向啦应力：最大质量引起的轴向压应力：2-2截面处最大质量： 弯矩引起的轴向应力 3.8.2水压试验时应力校核 筒体常温屈服点=3452-2截面测压试验时：，满足要求压力试验时圆筒最大组合应力：液压试验时：(满足要求)(满足要求)3.9基础环设计3.9.1基础环尺寸裙座内径：裙座外径：基础环外径：基础环内径：基础环伸出宽度：相邻两筋板最大外侧间距：(参考化工设备机械基础第六

23、版，大连理工大学出版社，第251页,表8-11)基础环面积：基础环截面系数： 3.9.2基础环的动力校核基础环材料的许用应力水压试验时压应力：操作时压应力：混凝土基础上的最大压力：取以上俩者较大的。选75号混凝土，满足要求3.9.3基础环的厚度；假设螺栓直径为，查得(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第251页,表8-11)当时，查得：(参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第250页,表8-10)对x轴的弯矩：对y轴的弯矩：取其中较大的值按有筋板时计算基础环厚度：所以最后圆整到3.10地脚螺栓设计3.10.1地脚螺栓的最大拉应力其中 取以上两数中较大值3.10.2地脚

24、螺栓的螺纹小径,选取地脚螺栓个数n=40个；则圆整到42 所以选取的螺栓（参考化工设备机械基础第六版，大连理工大学出版社，第253页,表8-13）第4章 塔结构的设计4.1塔盘结构塔盘在结构方面要有一定的刚度，以维持就水平；塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免弃、液短路；塔盘应便于制造、安装、维护，并且成本要低。（1）塔盘塔盘结构有整块式与分块式两种。塔径在以下时，建议采用整块式塔盘，塔径在以上时，一般选用分块式塔盘。本塔直径为2，故选用分块式塔盘。在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很不方便。因此，当塔径在以上

25、时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整体圆筒，不分塔节。而塔盘系分成数块，通过人孔送进塔内，装到焊在塔内壁的塔盘固定件上。塔盘分块，应该使结构简单，装拆方便，有足够刚度，便于制造、安装和检修。一般采用自身梁式塔盘板，有时也采用槽式塔盘板。这两种结构的特点是：(1)结构简单，装拆方便。将塔盘板冲压折边，使其具有足够刚度，不但可简化塔盘结构，而且可少耗钢材。(2)制造方便，模具简单，能以通用模具压成不同长度的塔盘板。分块塔盘板的长度随塔径大小而异，最长可达。宽度由塔体人孔尺寸、塔盘板的结构强度及升气孔的排列情况等因素决定。例如，自身梁式塔盘板为，槽式塔盘板为。对于塔盘板厚，碳钢为，不锈钢为。分块

26、式塔盘之间的连接，根据人孔位置及检修要求，分为上可拆连接和上、下可拆连接两种。常用的紧固构件是螺栓和椭圆垫板。塔盘板安放于焊在塔壁上的支持圈上。塔盘板与支持圈的连接一般用卡子。这种塔盘紧固方式虽然被普遍采用，但所用紧固构件加工量大，装拆麻烦，而且螺栓需用抗锈蚀材料。另一种紧固方式是用楔形紧固件，其特点是结构简单，装拆方便，不用特殊材料，成本低等。4.2塔盘的支撑对于直径不大的塔（直径在2000mm一下），塔盘的支撑一般用焊在塔壁上的支持圈。支持圈一般用扁钢弯制成或将钢板切为圆弧焊成，有时也有用角钢。若塔盘版的跨度较小，本身强度足够，这不需要支撑梁。本它直径为2900mm，选用扁钢弯制的支撑圈，加支撑梁。参考文献【1】蔡纪宁,张秋翔. 化工机械设备基础课程设计指导书. 北京：化学工业出版社，2000.6【2】刁玉玮,王立业,喻建良. 化工机械设备基础.大连：大连理工出版社（第六版），2006.12【3】熊洁羽. 化工制图.北京：化学工业出版社，2005.6【4】路秀林,王者相.化工设备设计全书-塔设备.北京：化学工业出版社，2004.01【5】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)，2005.6 【6】顾芳珍,陈国恒化工设备设计基础.北京：化学工