丁二烯脱水塔课程设计

1、 目录1.任务书- 3 -1.1 丁二烯脱水塔- 3 -1.2设计参数- 3 -1.3设计内容- 3 -1.4设计数据基础- 3 -1.5 工作计划- 3 -1.6 设计成果要求- 3 -1.7几点说明- 4 -2.概述- 5 -2.1脱水塔概述- 5 -2.1.1容器的结构- 5 -2.1.2容器的分类- 5 -2.2封头设计- 5 -2.3法兰联接- 6 -2.4 容器开孔与附件- 7 -3.圆筒厚度的设计- 9 -3.1设计目的- 9 -3.2塔体内径的确定- 9 -3.3用图算法确定璧厚- 9 -3.3.1筒体材料的选择- 9 -3.3.2用图算法计算璧厚- 9 -4.封头厚度的设计-

2、 10 -4.1设计要求椭圆形封头- 10 -4.2封头厚度的设计- 10 -4.3计算加强圈数目- 11 -5.塔体的强度与稳定性校核- 12 -6.椭圆封头弹性范围内的稳定性校核- 13 -7.支座的选取- 13 -7.1 溶解槽的总质量- 13 -7.2筒体质量- 13 -7.3封头质量- 14 -7.4物料质量- 14 -7.5附件质量- 15 -7.6 裙座的质量- 15 -7.7 地震弯矩计算- 15 -7.6选取支座角钢厚度- 17 -8.人孔的选择- 17 -8.1人孔N2的选取- 18 -8.2 N2补强- 19 -9.接管的选取及计算- 21 -9.1液压试验- 21 -1

3、0.标准法兰的选取- 22 -符号说明- 23 -参考文献- 23 -1.任务书1.1 丁二烯脱水塔1.2设计参数设计参 数工作压力/MPa塔顶0.37，塔底0.39设计寿命20设计压力/ MPa0.44全容积，m315.83工作温度/塔顶40，塔底46塔盘上存留介质层高度100设计温度，100主要受压元件Q345介质含水丁二烯，丁二烯腐蚀裕量，mm2介质特性中毒危害，易爆裙座材料Q-235-A基本风压，KPa0.4塔板类型浮阀抗震设防烈度9塔板数目/个60层场地类别II1.3设计内容根据任务书要求，设计塔体的主要结构、塔板主要结构、裙座、人孔和工艺接管。1.4设计数据基础 可查相关教材或工具

4、手册1.5 工作计划1、领取设计任务书，查阅相关资料（3天）；2、确定设计方案，进行相关的设计计算（5天）；3、校核验算，获取最终的设计结果（2天）；4、编写课程设计说明书（论文），绘制设备装配图等（3天）。1.6 设计成果要求1、通过查阅资料、设计计算等最终提供课程设计说明书（论文）电子稿及打印稿1份，设计结果的A1图纸一张。 2、课程设计结束时，将按以下顺序装订的设计成果材料装订后交给指导教师：（1）封面（具体格式见附件1）（2）课程设计任务书（3）目录（4）课程设计说明书（论文）（具体格式见附件2）（5）参考文献（6）课程设计图纸（可不装订，另交）（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

5、1.7几点说明1、本设计任务适用班级：10应用化学1、2班精细化工方向；2、课程设计说明书格式也可参阅蚌埠学院本科生毕业设计（论文）成果撰写规范中的相关内容。学生姓名：（签字）指导教师：（签字） 教研室主任：（签字） 系主任： （签字） 二O一三年 十一月 十八日2.概述2.1脱水塔概述2.1.1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

6、体结构。2.1.2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

7、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：中压：高压：起高压：显然，压力越高，一旦发生事故而造成的危害越大，容器的类别越高。2.2封头设计 封头又称端盖，按其形状可分为三类：凸形封头、锥形封头和平板形封头。凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、无折边球形封头和球形封头。锥形封头有无折边与带折边的两种。平板封头根据它与筒体连接方式不同也有多种结构。图3-1 椭圆形封头本设计中采用椭圆形封头。 椭圆形封头由半椭球和高度为h的短圆筒（称为直边）两部分构成。直边的作用是避免筒体与封头间的环向焊缝承受边缘应力。2.3法兰联接法兰联接是由一对法兰，若干螺栓螺母和一个垫片所组成。按照设备或管

8、道的连接方法分为三类：整体法兰：法兰环与被连接体（筒体或管道）牢固地结成一体的法兰。其中包括铸造法兰、对焊法兰、平焊法兰。这类法兰的特点是法兰环与被连接件间的变形相互约束。活套法兰：法兰环在壳体或管道上并未牢固的连接，而是松动地套在连接件（壳、管）端部的支承环上。这类法兰适用于某些有色金属（铜、铝），不锈钢设备或不便于焊接的高压管道与设备上，其优点为：法兰不与介质接触，可以采用普通碳钢制造，从而节省了贵重金属；容易制造；对设备不产生附加弯曲应力，容易对中，便于装配。按工作介质的压力方向划分:内压法兰：与内压容器或普通连接的法兰外压法兰：与外压容器相连接的法兰按法兰盘的形状划分:圆形法兰方形法兰

9、椭圆形法兰按法兰接触面宽窄划分:窄面法兰：通过垫片仅在螺栓孔分布范围内相互接触的法兰宽面法兰：在螺栓孔分布圆内和在螺栓分布圆都相互接触的法兰此外还有标准法兰和非标准法兰；设备法兰与管法兰等。 本设计中采用突面带颈平焊钢制管法兰，标准HGJ46-91，该标准适用于公称压力PN1.0MPa10.0MPa的突面带颈平焊钢制管法兰。法兰压紧面即使再光洁，依照微观方面依然存在凹凸不平之处，在无垫片的压紧面间只要存在百分之几微米的间隙，在压力作用下，介质照样会从中漏出，为阻塞截止流通，须在压紧面间放置一用半塑性材料制成的垫片，组装时在螺栓力压紧下垫片就会产生部分的屈服变形填充到压紧面的微小凹陷处。垫片使用

10、条件：不同密封面法兰用垫片公称压力范围见表最高工作温度小于等于350垫片的工作压力p与工作温度t的乘积小于等于650表3-1 公称压力密封面型式公称压力PN Pma（bar）全平面0.251.0(2.510)突面0.252.5(2.525)凹凸面1.04.0(1040)垫片的形式和尺寸：全平面法兰用型垫片突面法兰用型垫片凹凸面法兰用型垫片所以本设计中采用型垫片2.4 容器开孔与附件容器的开孔与补强在压力容器设计中，为了满足工艺操作，容器制造、安装、检修及维修等要求，开孔是不可避免的。由于开孔以后，不仅削弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应

11、力，这种高应力通常可达到容器筒体一次总体薄膜应力的3倍，某些场合甚至会达到56倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的使用而产生的应力以及温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步提高。又由于材质和制造缺陷等各种因素的综合作用，开孔接管附近就成为压力容器的破坏源主要是疲劳破坏和脆性裂口。因此，压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。容器开孔后，在开孔边缘的附近区域，其应力会达到很高的数值。这种局部的应力增加，称为应力集中。开孔边缘处的最大应力叫峰值应力。因峰值应力比平均应力高出数倍，很多破坏都从开孔边缘开始。为了降低峰值应力，需要在孔口边缘考虑补强，即用在开孔边缘附近增加金属截面的方法来

12、分担这里的高应力。开孔补强的结构 实验得知，开孔应力集中的程度和孔口形状有关，圆孔的应力集中程度最低，因此容器筒体与封头上一般开圆孔。考虑焊接方便，广泛采用的是把补强圈放在外面的单面补强。补强圈材料一般与容器材料相同，其厚度一般也与容器壁厚度相等。补强圈与器壁要很好焊接。当补强圈厚度超过8mm时，一般采用全焊透结构，使其与器壁同时受力，否则不起补强作用。为了检验焊缝的紧密性，补强圈上有一个M10的小螺栓孔。从这里通入压缩空气，并在补强圈与器壁的联结焊缝处涂抹肥皂水，如果焊缝有缺陷，就会在有缺陷处吹起肥皂泡。当筒体上开排孔或封头上开孔较多时，宜采用整体补强。所谓整体补强就是增加整个筒壁或封头的壁

13、厚以降低峰值应力，使之达到许可程度。允许开孔的范围 当采用局部补强时，筒体及封头开孔的最大直径，不允许超过以下数值：筒体内径，开孔最大直径，且；筒体内径，开孔最大直径，且；凸形封头和球壳的开孔最大直径；锥形封头开孔的最大直径，是开孔中心处的锥体内直径。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0.1D。若开孔超出上述规定，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。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

14、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；壳体名义厚度大于时，接管公称直径小于或等于；当壳体名义厚度小于或等于时，接管直径小于或等于。3.圆筒厚度的设计3.1设计目的 设计一台丁二烯脱水塔，封头采取椭圆形封头，设计压力取，工作温度为100。3.2塔体内径的确定根据设计要求，首先确定丁二烯冷却塔的公称直径和高度。查资料（表16-3 筒体的容积，内表面积及质量，表16

15、-5EHA椭圆形封头内表面积、容积）选公称直径为1200mm 则筒体高度 则塔体高度为 3.3用图算法确定璧厚3.3.1筒体材料的选择外压容器筒体的材料：Q3453.3.2用图算法计算璧厚假设筒体名义厚度负偏差查表钢板的厚度负偏差 考虑到精馏塔内有腐蚀则筒体的有效厚度则外直径 用内插法插图：根据图13-6，与在图中交点处对应的A值为0.00055所以所用材料为Q345钢，查图，在设计温度T=100下所以许用外压力因且接近，故假定璧厚符合计算要求。考虑到此塔较高，风载荷较大而塔的内径不太大，故应适量增加厚度。故确定筒体璧厚为。4.封头厚度的设计4.1设计要求椭圆形封头4.2封头厚度的设计为便于焊

16、接，取封头与筒体等厚，即=12mm4.3计算加强圈数目计算加强圈个数前面计算的筒体名义厚度为，综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。此时需要增加加强圈。由公式得，加强圈的最大间距为：查图得：已知： 稳定系数： 所以计算加强圈数目 设置个加强圈，将筒体分为段故加强圈的间距为：计算加强圈尺寸选的等边角钢，查型钢规格表得 计算系数得：计算系数A的值得：补强圈厚度：人孔处的补强圈按JB/T47362002标准，其外径D2=840mm。内径D1>524mm,厚度可根据开孔削弱面积A进行计算该塔设备，按

17、刚度要求筒壁最小厚度为3.2mm，则A=3.2×450=1440mm2，如不计焊缝接管等补强因素，补强圈厚度可用下式测定： 5.塔体的强度与稳定性校核对于增加加强圈后的筒体故仅需对塔进行稳定性校核，无需强度校核。计算长度：区别短圆筒和长圆筒的临界长度为：区别短圆筒和刚性圆筒的临界长度为：因为，故此圆筒属于短圆筒。短圆筒的临界压力为： 许用外应力因为所以该塔稳定性符合要求。6.椭圆封头弹性范围内的稳定性校核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为：钢制受均匀外压的球壳临界压力为：取，则许用压力为：因为所以椭圆形封头稳定性符合要求。7.支座

18、的选取7.1 溶解槽的总质量式中： 筒体质量，kg 封头质量，kg 丁二烯的质量，kg 附件质量，kg7.2筒体质量 ， 的筒节，由压力容器设计手册查得Q345的密度所以 式中：槽体内径， 圆筒壁厚， 圆筒长度， 材料密度， kg n-塔板数7.3封头质量 ，直边高度的标准椭圆封头，其质为 所以式中： 封头壁厚， 封头直边高度，7.4物料质量 式中： 溶解槽容积， 丁二烯在100时的密度， ， =876*15.83=13867kg式中符号同前7.5附件质量人控制量约为，其他接管质量总和按计。于是 所以设备总质量为7.6 裙座的质量 裙座质量：DN=1200， 裙座每米重358kg 则Q3=35

19、8×4=1432kg所以设备总质量为7.7 地震弯矩计算塔的基本自振周期，对等直径、等厚地震弯矩计算时，为了便于分析、计算，参考上述设备简图塔的总高度全塔操作质量结构综合影响系数重力加速度地震影响系数 由表8-3查得由表8-2查得（设计地震烈度9级）计算截面距地面高度0-0截面 1-1截面mm2-2截面等直径、等厚度的塔，按下列方法计算地震弯矩截面地震弯矩计算0-01-12-27.6选取支座角钢厚度 查压力容器设计手册，根据 ，选用褪式支座A5，取垫板厚度为，则角钢厚度为。支座数目先选定为4个，每个支座允许载荷。每个支座的实际载荷 可见，因此4个A5褪式支座 满足自身的承载要求。 因

20、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A5褪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 4712-1992，支腿, A5-825。8.人孔的选择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人孔的结构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。8.1人孔N2的选取

21、 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M1选用公称压力为的垂直吊盖板式平焊法兰人孔（HG21502-2005）,人孔公称直径选定为，采用突面密封（RF型）和石棉橡胶板垫片，人孔结构如图2-1所示，人孔各部件名称见表2-1。该垂直吊盖板式平焊法兰人孔的标记为：人孔 RF(A G)500-0.6 280 HG21520-2005表2-1 人孔PN0.6 DN500明细表序号标准号名称数量材料尺寸1筒节12HG20592法兰116MnR板件3HG20592垫片1石棉橡胶板4HG20592 法兰盖15HG20613 螺柱20M3321606HG20613 螺母40M3

22、37 吊环18 转臂19 垫圈201100HV10 螺母2025级11 吊钩112 环113 无缝钢管12014 支撑板18.2 N2补强 本设计选用的人孔筒节内径，壁厚，壁厚附加量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，内径，外径。已知壳体的计算厚度所以需要补强的金属面积为 多余截面积有效区范围 壳体多余截面积 接管的计算长度 接管多余截面积 焊缝截面积不予考虑，于是截面积 补强厚度补强面积 所以补强圈厚度 其中：壳体的有效厚度， 壳体的计算厚度， 接管的有效厚度， 接管的计算厚度， 接管的名义厚度，因为常用钢板的最小厚度为，所以去9.接管的选取及计算 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。假设取螺旋焊接管，公称直径，查化工设备基础附录6得，取 成立查表3-12钢管负偏差 腐蚀裕量2mm取保温层厚查表6-13得取外伸出长度 内伸出长度接管的尺寸保温层厚度接管