化工課程設計--填料塔（或板式塔）設計

1、<p>　　《化工設備設計基礎(chǔ)》</p><p><b>　　課程設計計算說明書</b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　所在學院： </p><p>

2、　　專 業(yè)： </p><p>　　設計題目： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2011年 月 日</p&

3、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設計任務書…………………………………………………………2</p><p>　　設計參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡圖………………………………………………4</p><p>　　設備的總體設計及結(jié)構(gòu)設計………………………………………5</p><p>　　強度計算……

4、………………………………………………………7</p><p>　　設計小結(jié)…………………………………………………………..13</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………..14</p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p><b>　　1、設計題目</

5、b></p><p>　　根據(jù)《化工原理》課程設計工藝計算內(nèi)容進行填料塔（或板式塔）設計。</p><p><b>　　設計題目：</b></p><p>　　各個同學按照自己的工藝參數(shù)確定自己的設計題目：填料塔（板式塔）DNXXX設計。</p><p>　　例： 精餾塔（DN1800）設計

6、 </p><p><b>　　2、設計任務書</b></p><p>　　2.1設備的總體設計與結(jié)構(gòu)設計</p><p>　?。?）根據(jù)《化工原理》課程設計，確定塔設備的型式(填料塔、板式塔)；</p><p>　?。?）根據(jù)化工工藝計算，確定塔板數(shù)目 (或填料高度)；</p>&

7、lt;p>　?。?）根據(jù)介質(zhì)的不同，擬定管口方位；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設計，確定材料。</p><p>　　2.2設備的機械強度設計計算</p><p>　　（1）確定塔體、封頭的強度計算。</p><p>　　（2）各種開孔接管結(jié)構(gòu)的設計，開孔補強的驗算。</p><p>　?。?）設備法蘭的型式及

8、尺寸選用；管法蘭的選型。</p><p>　?。?）裙式支座的設計驗算。</p><p>　?。?）水壓試驗應力校核。</p><p>　　2.3完成塔設備裝配圖</p><p>　?。?）完成塔設備的裝配圖設計，包括主視圖、局部放大圖、焊縫節(jié)點圖、管口方位圖等。 </p><p>　　（2）編寫技術(shù)要求、技術(shù)特

9、性表、管口表、明細表和標題欄。</p><p><b>　　3、原始資料</b></p><p>　　3.1《化工原理》課程設計 塔工藝計算數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　3.2參考資料：</b></p><p>　　[1] 董大勤.化工設備機械基礎(chǔ)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003.

10、</p><p>　　[2] 全國化工設備技術(shù)中心站.《化工設備圖樣技術(shù)要求》2000版[S]． </p><p>　　[3] GB150-1998.鋼制壓力容器[S]．</p><p>　　[4] 鄭曉梅.化工工程制圖 化工制圖[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[5] JB/T4710-2005.鋼制塔式

11、容器[S]．</p><p><b>　　4、文獻查閱要求</b></p><p>　　設計說明書中公式、內(nèi)容等應明確文獻出處;裝配圖上應寫明引用標準號。</p><p><b>　　5、設計成果</b></p><p>　　1、提交設計說明書一份。</p><p>　　2、

12、提交塔設備(填料塔、板式塔)裝配圖一張(A1)。</p><p>　?。ňs塔設計例題） </p><p>　　二. 設計參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡圖</p><p><b>　　1、設計參數(shù)</b></p><p>　　精餾塔設計的工藝條件由化工原理課程設計計算而得。</p><p>　　工作溫度

13、°C： 120 設計溫度 °C： 150</p><p>　　工作壓力 MPa： 0.1 設計壓力 MPa： 0.11</p><p>　　塔體內(nèi)徑 mm： 1800 塔板數(shù) 塊： 38 </p><

14、p>　　介質(zhì)： 苯-甲苯混合物</p><p>　　2、結(jié)構(gòu)簡圖 （根據(jù)自己的設計題手畫）</p><p>　　圖1 精餾塔結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　三. 精餾塔的總體設計及結(jié)構(gòu)設計</p><p>　　1、根據(jù)《化工原理》課程設計，確定塔設備的型式(填料塔、板式塔)。</p><p>　　本

15、設計的精餾塔型式為板式塔</p><p>　　2、根據(jù)化工工藝計算，確定塔板數(shù)目 (或填料高度)。</p><p>　　由化工工藝計算塔板數(shù)目為30塊</p><p>　　3、根據(jù)介質(zhì)條件的不同，擬定管口方位。</p><p>　　4、結(jié)構(gòu)設計，設備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。</p><p>　　1）零

16、部件材料的選取</p><p>　　根據(jù)精餾塔工藝條件（介質(zhì)的腐蝕性、設計壓力、設計溫度）、材料的焊接性能、零件的制造工藝及經(jīng)濟合理性進行選材： </p><p>　　塔體：16MnR 封頭：16MnR </p><p>　　接管：20 塔盤、底座：Q235-B&l

17、t;/p><p>　　容器法蘭：16MnR 管法蘭：16MnII</p><p>　?。ú牧系脑S用應力按照《化工設備機械基礎(chǔ)》表8-7查并列表）</p><p>　　材料 許用應力（MPa）</p><p>　　Q345R(16MnR)

18、 170</p><p>　　Q235-B 113</p><p>　　16MnII 170</p><p>　　20

19、 133</p><p><b>　　2）塔盤結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)工藝條件、塔體直徑，塔盤結(jié)構(gòu)選為單液流分塊式塔盤，具體塔盤結(jié)構(gòu)及尺寸的選取見第十七章第三節(jié)（p430-438）。（自選）</p><p><b>　　3）工藝接管</b></p><p>　　接管的

20、選取根據(jù)介質(zhì)流量，參照GB12771-91，接管的選取如下表：</p><p>　　4 ）壓力容器法蘭和接管法蘭</p><p>　　壓力容器法蘭的選取按照《化工設備機械基礎(chǔ)》選JB/T4700～4707-2000標準。（按照《化工設備機械基礎(chǔ)》（p263）寫出選取過程）</p><p><b>　　設計條件 ：</b></p>

21、<p>　　工作溫度 °C： 120 設計溫度 °C： 150</p><p>　　工作壓力 MPa： 0.1 設計壓力 MPa： 0.11</p><p>　　塔體內(nèi)徑 mm： 1800 介質(zhì)： 苯-甲苯混合物&

22、lt;/p><p>　?。╝）法蘭類型 DN=1800，p=0.11MPa，表10-1選甲型平焊；</p><p>　?。╞）p=0.11MPa，t=150℃，查表10-10</p><p>　　材料為16MnR，定PN=0.25MPa，150℃時</p><p>　　允許[p]=0.25MPa>p，所以PN=0.25MPa。</

23、p><p>　?。╟）確定結(jié)構(gòu)尺寸（p254）。</p><p><b>　?。╠）法蘭標記</b></p><p>　　法蘭－RF 1800－0.25 JB/T4701-2000</p><p><b>　　選取結(jié)果如下表：</b></p><p>　　管法蘭選取結(jié)果

24、匯總：</p><p>　　5） 法蘭密封墊片的選取</p><p>　　法蘭密封墊片的選取參照《化工設備機械基礎(chǔ)》表10-30</p><p>　　法蘭密封墊片選非金屬軟墊片 PN=0.25MPa （JB/T4704-2000） P265</p><p>　　墊片 1800-0.25 JB/T4704-2000</p>&l

25、t;p><b>　　6） 裙座選取</b></p><p>　　裙座的選取根據(jù)參照《化工設備機械基礎(chǔ)》圖17-21確定裙座各尺寸。</p><p><b>　　支座選取裙式支座</b></p><p><b>　　7）人孔設置</b></p><p>　　人孔的選取根據(jù)筒

26、體直徑和公稱壓力參照《化工設備機械基礎(chǔ)》表11-1和表11-6，</p><p>　　本設計中選用帶頸平焊法蘭人孔，公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標準號為HG20594-95。</p><p><b>　　8） 手孔設置</b></p><p><b>　　手孔選取同上，</b></p><

27、;p>　　本設計中選用不銹鋼板式平焊人孔（僅限凸面），公稱壓力0.6MPa，公稱直徑150mm，標準號為HG20597-95。</p><p>　　9） 視鏡和液位計的選取</p><p>　　視鏡和液位計的選取根據(jù)《化工設備機械基礎(chǔ)》表11-9、表11-11選取</p><p>　　10） 焊接接頭形式和和焊接材料的選取</p><p&g

28、t;　　焊接接頭形式的選取參照《化工設備機械基礎(chǔ)》第十四章第二節(jié)（p367-377），焊接接頭形式按HG20583-1998，A、B類焊接接頭按照HG20583-1998中DU4，D類焊接接頭按照HG20583-1998中G2，帶補強圈D類焊接接頭按照JB/T4736-2002中C，</p><p>　　焊接材料的選取參照第十四章《化工設備機械基礎(chǔ)》第四節(jié)（p379-382），標準GB/T5117-95、GB/T

29、5118-95 GB/T983-95</p><p>　　焊接接頭的檢驗《化工設備機械基礎(chǔ)》第十四章第三節(jié)(p378)</p><p>　　11）壓力容器類別的劃分</p><p>　　壓力容器類別的劃分按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，《化工設備機械基礎(chǔ)》p386</p><p>　　本設計塔器為低壓分離設備，介質(zhì)為易燃、中毒危害介質(zhì)，故劃分

30、為一類壓力容器。</p><p><b>　　四、強度計算</b></p><p>　　1、塔體壁厚計算（筒體的設計參照第八章第二節(jié)p172-185）。</p><p>　　塔體圓筒體壁厚計算按照GB150-1998《鋼制壓力容器》式5-1</p><p>　　計算壁厚： （4-1）&l

31、t;/p><p>　　式中 ：塔體的理論計算壁厚，mm</p><p>　　pc：塔體的計算壓力，MPa</p><p>　　Di：塔體內(nèi)徑，mm</p><p>　?。轰摪逶谠O計溫度下的許用應力，MPa</p><p><b>　?。汉附咏宇^系數(shù)；</b></p><p>

32、;　　名義厚度： ； （4-2）</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　式中 ：名義厚度；</p><p><b>　　C1：腐蝕裕量；</b></p><p>

33、<b>　　C2：鋼板負偏差；</b></p><p><b>　　：圓整量；</b></p><p><b>　?。河行Ш穸?；</b></p><p>　　查表《化工設備機械基礎(chǔ)》表8-7=170 MPa</p><p>　　pc：取塔體的設計壓力，0.11 MPa</

34、p><p>　　焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85</p><p>　　代入數(shù)據(jù)到式（4-1）得：= =0.69 mm</p><p><b>　　C1 =1 mm</b></p><p><b>　　C2 =0 mm</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)到式（4-2）得

35、：名義厚度： = 2 mm</p><p>　　按最小厚度min要求 取 = 6 mm</p><p>　　2) 封頭的強度計算</p><p>　?。ǚ忸^的設計參照第八章第二節(jié)p175-185）。</p><p>　　塔體封頭壁厚計算按照GB150-1998《鋼制壓力容器》式7-1</p><p>　　計算壁

36、厚： （4-3）</p><p>　　式中 ：塔體封頭的理論計算壁厚，mm</p><p>　　pc：塔體的計算壓力，MPa</p><p>　　Di：塔體內(nèi)徑，mm</p><p>　?。轰摪逶谠O計溫度下的許用應力，MPa</p><p><b>　　：焊接接頭系數(shù)；&

37、lt;/b></p><p>　　名義厚度： ； </p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　式中 ：名義厚度；</p><p><b>　　C1：腐蝕裕量；<

38、/b></p><p><b>　　C2：鋼板負偏差；</b></p><p><b>　?。簣A整量；</b></p><p><b>　?。河行Ш穸龋?lt;/b></p><p>　　查表《化工設備機械基礎(chǔ)》表8-7=170 MPa</p><p>

39、　　pc：取塔體的設計壓力，0.11 MPa</p><p>　　焊縫為雙面焊，100%射線檢測，取=1</p><p>　　代入數(shù)據(jù)到式（4-3）得： </p><p>　　==0.59 mm</p><p><b>　　C1 =1 mm</b></p><p><b>　

40、　C2 =0 mm</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm</p><p>　　按標準橢圓封頭最小厚度min 〉0.15%Di要求 取 = 6 mm</p><p>　　查《化工設備機械基礎(chǔ)》(p196)</p><p>　　選標準橢圓形封頭JB/T4746-2002封頭直邊高

41、度h0取25mm</p><p>　　封頭高度h取450mm</p><p><b>　　3)開孔補強計算</b></p><p>　　開孔補強結(jié)構(gòu)選用JB/T4736-2002補強圈結(jié)構(gòu)，補強圈尺寸按照《化工設備機械基礎(chǔ)》p327（列出所選尺寸），焊接坡口尺寸選《化工設備機械基礎(chǔ)》第十四章第二節(jié)p375 C型。</p><

42、p>　　開孔補強計算采用等面積補強法，其公式參照第十二章第一節(jié)（p326-p335）。</p><p>　　例：人孔開孔補強計算：</p><p>　　人孔選公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標準號為HG20594-95 </p><p>　　接管￠5308(p302)　　材料：20</p><p>　　a.　開孔所需補強

43、面積 ；</p><p>　　A=d+2et(1-) （4-4）</p><p>　　式中 ：強度削弱系數(shù)</p><p>　　d ：開孔直徑 mm</p><p>　?。核w的計算壁厚mm</p><p>　　et：接管的有效厚度mm</p>

44、;<p>　　d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mm</p><p>　　et=nt- Ct=8-1=7 mm</p><p>　　塔體材料：16MnR =170 MPa </p><p>　　接管材料：20 t=130 MPa</p><p><

45、;b>　　==0.78</b></p><p>　　代入式（4-4） A=+2et(1-)</p><p>　　=518+20.697(1-0.78)</p><p>　　= 359.5 mm2</p><p>　　b. 有效補強范圍內(nèi)的補強面積：</p><p><b>　?、儆行аa強范圍

46、</b></p><p>　　有效寬度： B=2d=2518=1036 mm</p><p>　　外伸高度：h1= ==64.4 mm</p><p>　　內(nèi)伸高度：h2= 0 mm</p><p><b>　?、跉んw多余截面積</b></p><p>　　A1=(B-d)( -)-

47、2et( -)(1-) （4-5）</p><p><b>　　代入式（4-5） </b></p><p>　　A1=(1036-518)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78) </p><p>　　= 1211.2 mm2</p><p><b>　?、劢庸芏嘤嘟孛娣e<

48、/b></p><p>　　A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) （4-6）</p><p>　　接管計算厚度t== =0.22 mm</p><p>　　式中 di：接管內(nèi)直徑 mm di=530-16=514 mm</p><p>　　代入式（4-6） A2=2h1(et-t) +2

49、h2(et-C2) =264.4(7-0.22)0.78=681 mm2</p><p><b>　?、芎缚p金屬截面積</b></p><p>　　A3=66=36 mm2</p><p>　　A1+A2+A3>A 滿足不另行補強條件，所以不需補強。</p><p>　　其它開孔直

50、徑比人孔直徑要小，故不需再進行開孔計算</p><p>　?。ㄈ缬嬎憬Y(jié)果需要補強，還需對其他接管進行補強計算）</p><p>　　4) 筒體的穩(wěn)定性校核</p><p>　　因圓筒不受外壓，所以此處不必對圓筒的周向穩(wěn)定進行校核。如筒體工作壓力為真空，筒體的軸向穩(wěn)定性校核參照第九章第六節(jié)（p242-244）。</p><p>　　5) 裙座的

51、軸向穩(wěn)定性校核</p><p>　　裙座的軸向穩(wěn)定性校核：參照《化工設備機械基礎(chǔ)》p442圖17-21確定裙座各項尺寸，查取相關(guān)許用應力。根據(jù)《化工設備機械基礎(chǔ)》p242進行裙座的軸向穩(wěn)定性校核。</p><p>　　6）座圈的壓應力校核</p><p>　　m封頭=1202=240 kg（p197）</p><p>　　m筒體=26726

52、.5=240 kg（p195）</p><p>　　m塔盤=n(Aa+Af+Ai)ρ= 6995.4 kg</p><p>　　m水=v筒26.2ρ水+ v封2ρ水=2.54526.21000+0.82621000</p><p>　　=68331 kg（p195、197）</p><p>　　Q設備= m封頭+ m筒體+ m

53、塔盤=88445 </p><p>　　Q附件= 10%Q設備=8844.5 </p><p>　　Q水= m水g=683319.81=670327 </p><p>　　A= π(1.8162-1.82)/4=0.034 m2</p><p>　　==22.6 MPa < </p><p><b&

54、gt;　　校核合格</b></p><p>　　7) 水壓試驗應力校核</p><p><b>　　水壓試驗壓力PT</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　=1.25x0.11=0.14 MPa</p><p>　　臥置水壓試

55、驗壓力：+ h=0.14+0.23=0.37 MPa </p><p>　　水壓試驗壓力下的應力校核： </p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中 ： 焊接接頭系數(shù) =0.85 </p><p>　　： 塔

56、體有效厚度 =-C1-C2</p><p>　　： 塔體材料的屈服極限(p168) =345 MPa </p><p><b>　?。?水壓試驗壓力</b></p><p>　?。?圓筒水壓試驗壓力下的應力 </p><p>　?。涸囼灉囟认虏牧系脑S用應力</p><p&g

57、t;　　：設計溫度下材料的許用應力 </p><p><b>　　Di： 圓筒內(nèi)直徑</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)到式（3-8）</p><p>　　= </p><p>　　滿足水壓試驗壓力下的應力校核條件。</p><p><b>　　五.

58、 設計小結(jié)</b></p><p><b>　　（約300字左右）</b></p><p><b>　　六. 參考文獻</b></p><p>　　[1] 董大勤.化工設備機械基礎(chǔ)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　[2] 全國化工設備技術(shù)中心站.《化工設備