化工设备机械基础课程设计-旋风分离器设计

1、化工设备机械基础课程设计旋风分离器设计系部：化学工程系专业：煤炭深加工与利用学 号：081838指导教师：郭承前分离器设计 分离器设计 新疆工业高等专科学校 课程设计评定意见设计题目：旋分分离器设计学生姓名：杨沛评定意见:评定成绩：指导教师（签名）：年 月曰2010学年第一学期2011年7月8日专业煤化工班级煤化08-2 (2)课程名称压力容器设计设计题目旋分分离器设计指导教师郭承前起止时间鸚器周数一周设计地点南校区设计目的：进一步了压力容器的构造。熟练运用传质分离技术计算公式以及公式编辑器。培养学生的动手、动脑能力。培养团结合作的精神。设计任务或主要技术指标：设备主要材质为16MnR对于湿气

2、来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于 300卩m或500卩m的液滴进行预分离以减轻旋风 部分的负何。而对于干气常米用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀，但设备直 径和设备高度都将增大，投资较高；而中部进气可以降低设备高度和降低造价。编辑本段应用范围及特点。设计进度与要求：完成主要物性数据的查阅并完成石油气缓冲罐主要数据计算。根据设计计算结果画CAD图。缓冲罐辅助设备设备的计算及分工打印。进行设计答辩。主要参考书及参考资料：陈英南.常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，2005.卢焕章.石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1982.祁存

3、谦等.化工原理.第二版.北京：化学工业出版社，2009.张立新等.传质分离技术.北京：化学工业出版社，2009.刖言旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴， 达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。旋风分离器采用立式圆筒结构， 内部沿轴向分为集液区、 旋风分离区、净化室区等。内 装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定； 设备采用裙座支撑，封头采用耐 高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。通常，气体入口设计分三种形式：a）上部进气b）中部进气c）下部进气对于湿气来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直

4、径大于300卩m或500卩m的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀，但设备直径和设备高度都将增大，投资较高；而中部 进气可以降低设备高度和降低造价。编辑本段应用范围及特点。旋风除尘器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较高（80160毫米水柱）的净化设备，旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。改进型的旋风分离器在部分装置中可以取代尾气过滤设备。分离原理有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。二、 利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（

5、如分离方法4、5）。分离方法有：1、重力沉降：由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度， 而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。2、折流分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。3、离心力分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体， 所以液体有离心分离的倾向，液体附着

6、在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。4、丝网分离：由于气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必 须通过丝网，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在丝网上，并在重力的作用下 下流至分离器底部排出。5、超滤分离：由于气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必 须通过微孔过滤，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在微孔过滤器上，并在重 力的作用下下流至分离器底部排出。6、填料分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡填料表面上由于

7、重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1、罐体壁厚设计 71.1夹套壁厚 71.2内筒壁厚 7 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2、封头厚度设计 82.1下部封头厚度计算 82.1.1夹套封头厚度 82.1.2内筒封头厚度 92.2上封头厚度计算 92.3平板封头厚度 10 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 3、接管 103.1 管 N3 103.1.1管径计算 103.1.2接

8、管补强 113.2蒸汽进口和蒸汽出口管 N4、N5 11 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4、法兰 12 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 5、吊耳 12 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 5.1吊耳的作用是为了承受上面平板封头和锥形封头的重量 125.2确定吊耳的圆孔半径 R和长度L 13 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 6、耳座 136.1设备总质量 136.2确定耳座的型号 14 HYP

9、ERLINK l bookmark54 o Current Document 7、总结 158、附表 17致谢信 19摘要：压力容器是一种能够承受压力负载的密闭容器，一般说来，承受气态或液态介质 压力的密闭容器都属于压力容器，压力容器的用途极为广泛，它在工业，民用，军工及科研等诸领域中具有重要的地位和作用。其中在化工与石油化工中应用最多，仅在石油化工中应用的压力容器就占全部压力容器总数的50%左右。压力容器在化工与石油化工领域主要用于传热，传质，反应等工艺流程，以及贮存，运输由压力的气体，在其他工业和民用领域亦有 广泛应用，如空气压缩机，各类专用压缩机，冷却器，缓冲器，油水分离器，贮气罐，蒸发

10、 器，液体冷冻剂贮罐等。关键词：压力容器、强度校核、补强分离器设计 分离器设计26 1、罐体壁厚设计1.1夹套壁厚壁厚3根据式右 _Pc Di2汀-Pc根据条件，设计压力 Pc =1MPaDi = 600mm查表汀50 =132MPa刁200 =123MPa根据内差法求的132 123二185 =123（200-185） =125MPa200-150= 1.0 （双面焊对接接头，100%无损检测表12-8）介质为蒸汽，无腐蚀。取 C2 =0r1 汇 600、=2.40mm200 -150、d 二、C2 = 2.40 0 =2.40mm根据= 2.40mm，由图4查表得C1 = 0.25mm又该

11、值大于名义厚度 6%所以钢板厚度负偏差 C1 -0.25mm、d G = 2.40 0.25 二 2.65mm圆整后取= 3mm确定选用=3mm厚的20R钢制作夹套壁。1.2内筒壁厚（1）假设筒体名义壁厚为 r =3mmDo = 500 2 3 二 506mm筒体有效壁厚 乜二-C =3_0 =3mm则 LDo 共050699， 20= 169的线交于一点,1000100020.93(500严2在图1的左方找出L d = 0.99的点，将其水平右移，与再将点垂直下移，在图的一方得到A二0.0007。在图2的下方找到系数 A =0.0007所对应的点，此点落在材料温度线的左方。用式3 169込

12、/ 0.007 低 105.l9MPa3Do e显然P Pc，故符合要求。确定选用、“ =3mm的345R钢制作内筒壁2、封头厚度设计2.1下部封头厚度计算2.1.1夹套封头厚度(1)计算封头厚度 厚度按式计算 由图可计算取 PC =1.0MPa, Dc = 60mm、T -125MPa,=1.0于是=2.58mm1.0 600 12 125 -1.00.93同前 C = C1 C2 = 0.25 0 二 0.25mm故 C =2.58 0.25 = 2.83mm圆整后取= 3mm确定选用=3mm厚的20R钢制作夹套封头(2 )校核罐体与封头气压试验强度根据式匚T =旦 F乞086P =1.1

13、5P =1.15 1.0 =1.15MPa门e = .：n C = 3 0.25 = 2.75mm二 s = 240MPa1.15 (600 2.75)2 汇 2.75= 126.03MP0.8 ；s=0.8 1.0 240=192MPa因为二t v 0.8 s，所以气压试验强度足够。2.1.2内筒封头厚度(1)假设封头名义厚度r =3mmD。二 500 2 3 = 506mm筒体有效壁厚 飞二、：n -C =3 -0 =3mm(2)在图1查表得系数 A =0.05(3)在图2查表得系数 B =188MPa(4)计算叫 D。e188168= 1.2MP显然P Pc，故符合要求。确定用、：n =

14、3mm的Q345R钢制作内筒的锥形封头，查表3不需要加强。2.2上封头厚度计算(1)假设 r =2mmDo =225 2 2 = 229mm封头有效壁厚、：e二：nC =3-0 = 3mm则 LDo=18229 = .78，D.-e=2292 =115在图1查表得出系数 A =0.0025在图2查表得出系数B=145MPa分离器设计30 分离器设计 (4) P二BDo e145115= 1.3MP显然P Pc，故符合要求。确定用;.n =2mm的Q345R钢制作上锥形封头，查表(5 )加强段计算厚度= QB-rt2汀-Pc3需要加强。式中Q为系数，其值由图4查表得Q =3.23.2 1.1 2

15、252 170 _ 1-1.1=2.1mm即加强圈厚度为2.1mm2.3平板封头厚度由于采用周边简支， D取600mm。二 600圆整后取、“ =27mm0.31 1.1170二 26.9mm确定平板封头采用 s =27mm的Q345R钢板3、接管3.1 管 N33.1.1管径计算(1) D = 120mm ； L = 440mm假设、n =2mm； e =、n = 2mm(2)在图1查得A =0.0008(3)在图2查得B =105MPa(4)根据下式计算许用外压力P 1: B10 =1.7QMPaD。/6Q、e(5) PPc=1.6MPa即进气口管 N3采用 =12Qmmx2mm , L为

16、44QmnQ345R钢管，伸入筒体 3QQmm需要补强。3.1.2接管补强确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径。由已知条件知，壳体计算厚度：=3mm，接管计算厚度为云巳D。1.6X20 匚-t tQ.5mm2卜丨Pc2 17Q 1 1.6开孔直径为 d =d1 2C =(120-2 2)0 = 116mm 确定壳体和接管实际厚度开孔有效补强宽度B及外侧有效补强高度 h1，已知壳体名义厚度6 =3mm，补强部分厚度匚“ =3mm，接管有效补强宽度为B =2d =2 12Q 二 24Qmm接管外侧有效补强高度为m = d；nt = 120 3 =19mm计算需要的金属面积和可以作为补强的金属面积，需

17、要补强的金属面积为2A =小=120 3 =36Qmm可作为补强的金属面积为A =(B -d)( e -、)=(240-120) (10-3) =840mm2A =20(飞一、t)f=2 19 (10 0.5) 1.0=316mm2 代=Q A2 = 840 316 二 1201mm2 比较Ae与A, AJ = 1201mm2厂 A(= 360mm2)，同时考虑，接管与壳体焊缝面积 A3 之后，该开孔接管补强足够。3.2蒸汽进口和蒸汽出口管N4、N5(1) L -140mm ， D。= 30mm ， 假 设、n = 1mm ， e 二、nC = 1mm ，Do 30e(2)在图1查得A =Q.

18、QQ1(3)在图2查出B =120MPa(4 )安下士计算许用外压力 P:120= 4MPa(5) P FC ,即蒸汽进口管和蒸汽出口管N4 , N5采用30mm 1mm , L为 140mm Q345R钢管，伸入筒体少许。(6)因为，O P 2.5MPa两相邻开孔距离大于两孔直径之和的两倍接管外径D。: 89mm 30mm 1mm所以不需补强。4、法兰N1法兰型号：RF 80-1.6N2法兰型号：RF 100-1.6N3法兰型号：RF 120-1.6N4法兰型号：RF 30-1.6N5法兰型号：RF 30-1.65、吊耳5.1吊耳的作用是为了承受上面平板封头和锥形封头的重量m 二 gm2叶-

19、平板封头质量m2-锥形封头质量分离器设计 分离器设计 mv,、=(3002 二一112.52 二)27 10-7.85 10- =51Kgm2 =v2 匸=(225二 30 2 150二 2) 10“ 7.85 10 =1Kg m = g m2 =511= 52Kg耳=520N吊耳则需满足条件 6s =电 二bs Abs6s =(0.91.5)； =(153 255)MPa,即邑叫 _153MPa，则 Abs _ 167mm22 Abs5.2确定吊耳的圆孔半径R和长度L4只=600 _550 邑5，贝U R = 6.25mm。2需 2RL =167mm。确定吊耳选用长为14mm，圆孔半径为6.

20、25mm，厚度为6.26mm材料为Q345R钢。6、耳座6.1设备总质量m = g m2 m3 m4式中m-i -内筒质量m2 -夹套质量m3 - GS的质量m4-附件质量(1 )内筒质量叶DN = 500mm ,、=3mm, h = 500mm , R = 978mm12则 mi -二Dih、：nR ，-.n4= 370 600 3.14 3 7.85 10(- 3.14 9782 3 7.85 10(4= 25Kg(2)夹套质量m2DN = 600mm , 、n = 3mm, h = 370mm , R = 978mm12则 m2 -二Dih、；nR、；n4= 370 600 3.14 3

21、 7.85 10-3.14 9782 3 7.85 10上 4= 28Kg(3) GS 质量 m3其中 v = 0.17m3装置系数= 0.5，取 t =0.87 103则 m =0.5 0.17 0.87 103 =74Kg附件质量m4m4主要为接管质量，法兰质量和吊耳承受的质量m4 = 1 52 二 53Kg（5）设备总质量m = g m2 m3 m4=25 28 74 53= 180Kg6.2确定耳座的型号耳式支座实际承受载荷安下式计算Qg 10；kn式中Q-支座实际承受的载荷，Knm-设备质量，Kgn -支座数量 k-不均匀系数，安装3个以上支座是，取k=0.83mgkn10180 9

22、.810.83 410”= 0.53Kn标记为JB T 4725-92,耳座AN2选用Q345R钢确定支座的材料bsF _0.53A 80 65 -50 (80 -17 2) 10= 182MPa选用Q345R钢7、总结1、选用=3mm厚的20R钢制作夹套壁2、选用r =3mm的345R钢制作内筒壁3、选用;.n =3mm厚的20R钢制作夹套封头4、选用;，n =3mm的Q345R钢制作内筒的锥形封头5、 选用;.n =2mm的Q345R钢制作上锥形封头，加强圈厚度为2.1mm6、进气口管Nb采用.=120mm 2mm，L为440mnQ345R钢管，伸入筒体补强，有效补强高度为 h, =19m

23、m，补强的金属面积为 A =360mm27、N4，N5采用 30mm 1mm，L为140mm Q345R钢管，伸入筒体少许。8、N1 法兰型号：RF 80-1.69、N2法兰型号:RF 100-1.6300mm需要10、N3法兰型号：RF 120-1.611、N4 法兰型号：RF 30-1.612、N5法兰型号：RF 30-1.613、吊耳选用长为14mm，圆孔半径为 6.25mm，厚度为6.26mm材料为Q345R钢。14、标记为JB T 4725-92,耳座AN 2，材料：Q345R钢15、支座选用Q345R钢分离器设计51分离器设计518附表#42 PN L tiMPi (Hr)帝对婵特

24、法芝f(mm)公称通径DN1025405030钢管外径At连接尺寸17.221. 33X748345GO, 35789100 1U. 3125139.71503002X9.1-250273300323. 9400406- 445045750050S600610700711SOO813900&141000101612001219uoo14221G001626IflOO1S2920002032数量心哩査径BnM121414M121441814410525115324UO418150法兰|螺栓孔中 外径D媒栓鳩检孔 直锂IDS133159377426720820&201020122014206585

25、no165IBS460520580640715840910162016302020125LS184145Ml 6160200M16lfiISO220Mlti210250240285223403554051225410M2410251125125514516851930213023454703255857708409501Q5013901590132026M24302030206503920法兰颈N(kg)SBA0+ 6635 ”28140. 753214L 05M1240MI22. OS52.37iaMlti比1157420M163. 7420MI64. 22110110.205212130130226.8855158乳13855I1842