課程設(shè)計(jì)(填料塔)

1、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在學(xué)院： 專(zhuān) 業(yè)： 設(shè)計(jì)題目： 指導(dǎo)教師： 2013年 月 日目 錄一. 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2二. 設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4三. 設(shè)備的總體設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5四. 強(qiáng)度計(jì)算7五. 設(shè)計(jì)小結(jié).13六. 參考文獻(xiàn).14一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)工藝計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行填料塔設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)題目：各個(gè)同學(xué)按照自己的工藝參數(shù)確定自己的設(shè)計(jì)題目：填料塔DNXXX設(shè)計(jì)。 例： 精餾塔（DN1800）設(shè)計(jì) 2、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2.1設(shè)備的總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)，確定塔設(shè)備的型式；（2）根據(jù)化工工藝計(jì)算，確定填料高度；（3）根據(jù)介質(zhì)、工藝的

2、不同，擬定管口方位；（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定材料。 2.2設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）確定塔體、封頭的強(qiáng)度計(jì)算。 （2）各種開(kāi)孔接管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的驗(yàn)算。 （3）設(shè)備法蘭的型式及尺寸選用；管法蘭的選型。（4）裙式支座的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。（5）水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核。2.3 塔設(shè)備結(jié)構(gòu)草圖（A3坐標(biāo)紙）2.4完成塔設(shè)備裝配圖（1）完成塔設(shè)備的裝配圖設(shè)計(jì)，包括主視圖、局部放大圖、焊縫節(jié)點(diǎn)圖、管口方位圖等。 （2）編寫(xiě)技術(shù)要求、技術(shù)特性表、管口表、明細(xì)表和標(biāo)題欄。3、原始資料3.1化工原理課程設(shè)計(jì) 塔工藝計(jì)算數(shù)據(jù)。 3.2參考資料： 1 董大勤.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011. 2 全國(guó)

3、化工設(shè)備技術(shù)中心站.化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求2000版S 3 GB150.14-2011.壓力容器S 4 鄭曉梅.化工工程制圖 化工制圖M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002. 5 JB/T4710-2005.鋼制塔式容器S4、文獻(xiàn)查閱要求 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中公式、內(nèi)容等應(yīng)明確文獻(xiàn)出處;裝配圖上應(yīng)寫(xiě)明引用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。5、設(shè)計(jì)成果1、提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 2、提交塔設(shè)備裝配圖一張(A1)。 （填料塔設(shè)計(jì)例題） 二. 設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1、設(shè)計(jì)參數(shù)精餾塔設(shè)計(jì)的工藝條件由化工原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算而得。工作溫度 °C： 120 設(shè)計(jì)溫度 °C： 150工作壓力 MPa： 0.1 設(shè)計(jì)壓力 MPa： 0.1

4、1塔體內(nèi)徑 mm： 1800 填料高度 m： 17 介質(zhì)： 對(duì)氯甲苯-鄰氯甲苯混合物2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （根據(jù)自己的設(shè)計(jì)題手畫(huà)） 圖1 塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖三. 填料塔的總體設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)，確定精餾塔設(shè)備的型式。 本設(shè)計(jì)的精餾塔型式為填料塔2、根據(jù)化工工藝計(jì)算，確定填料高度 由化工工藝計(jì)算填料高度為17m.3、根據(jù)介質(zhì)條件的不同，擬定管口方位。 圖2支座與管口方位圖 4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。1）零部件材料的選取 根據(jù)塔工藝條件（介質(zhì)的腐蝕性、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度）、材料的焊接性能、零件的制造工藝及經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行選材： 塔體：Q345R 封頭：Q345R

5、 接管：20 塔盤(pán)、底座：Q235-B容器法蘭：Q345R 管法蘭：16MnII（材料的許用應(yīng)力按照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-68-11查并列表）材料 許用應(yīng)力（MPa）Q345R(16MnR) 189Q235-B 10816MnII 16720 1402）填料支承結(jié)構(gòu)填料支承裝置要有足夠的自由載面，能使氣液順利通過(guò)。一般取大于塔載面的50%，且大于填料的自由載面。要有足夠的強(qiáng)度和剛度支承填料和攔液重量。并對(duì)壓力，溫度波動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)有足夠的承受能力本設(shè)計(jì)填料支承結(jié)構(gòu)采用分塊式柵板的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)尺寸如下： 具體結(jié)構(gòu)及尺寸的選取參考課件選取 3）液體再分布器的選取 填料塔中，液體流徑填料時(shí)，有流向器壁造

6、成“壁流”的趨勢(shì)，嚴(yán)重時(shí)可使塔中心的填料不能被潤(rùn)濕而成“干錐”。因此，將填料分段填裝層間設(shè)置液體再分布器。液體再分布器選取分配錐，分配錐主要尺寸：液體再分配器參考圖所示的分配錐，設(shè)計(jì)尺寸參考表5-74）工藝接管接管的選取根據(jù)介質(zhì)流量，參照GB12771-91，接管的選取如下表：名稱(chēng)進(jìn)料管塔頂回流管塔底出料管塔頂蒸汽管再沸器回流管公稱(chēng)直徑（mm）808080450500進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)進(jìn)口物料狀態(tài)（液態(tài)、氣態(tài)或汽液混合）而選取不同的結(jié)構(gòu)。液體進(jìn)料管選直進(jìn)料管 。結(jié)構(gòu)圖5-33和圖5-34，結(jié)構(gòu)尺寸可參考表5-8和表5-9選取。5）壓力容器法蘭和接管法蘭壓力容器法蘭的選取按照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

7、選JB/T47004707-2000標(biāo)準(zhǔn)。（按照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（p292）寫(xiě)出選取過(guò)程）設(shè)計(jì)條件 ：工作溫度 °C： 120 設(shè)計(jì)溫度 °C： 150工作壓力 MPa： 0.1 設(shè)計(jì)壓力 MPa： 0.11塔體內(nèi)徑 mm： 1800 介質(zhì)： 對(duì)氯甲苯-鄰氯甲苯混合物（a）法蘭類(lèi)型 DN=1800，p=0.11MPa，表10-1選甲型平焊；（b）p=0.11MPa，t=150，查表10-10 材料為16MnR，定PN=0.25MPa，150時(shí) 允許p=0.25MPa>p，所以PN=0.25MPa。（c）確定結(jié)構(gòu)尺寸（p283）。（d）法蘭標(biāo)記 法蘭RF 18000.2

8、5 JB/T4701-2000容器選取結(jié)果如下表：設(shè)備法蘭MFM 1800-0.25 JB/T4703-2000 材料 Q345R(16MnR)管法蘭選取結(jié)果匯總：進(jìn)料管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔頂回流管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔頂蒸汽管法蘭HG20594 法蘭 SO80-1.0MFM 1816MnII 塔底出料管法蘭HG20594 法蘭SO450-1.0MFM 2816MnII 在沸器回流管法蘭HG20594 法蘭SO500-1.0MFM 2816MnII 6） 法蘭密封墊片的選取法蘭密封墊片的選取參照化

9、工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表10-15法蘭密封墊片選非金屬軟墊片 PN=0.25MPa （JB/T4704-2000） P294墊片 1800-0.25 JB/T4704-20007） 裙座選取裙座的選取參考化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)圖17-34 、參考圖及課件確定裙座各尺寸。支座選取直立裙式支座，裙座與塔體間的焊接頭形式對(duì)接焊縫，螺栓座個(gè)數(shù)選為16個(gè)，螺栓座由蓋板和筋板組成，用來(lái)安裝地腳螺栓。為了便于檢修和安裝，在裙座上開(kāi)設(shè)2個(gè)橢圓形（500*400）不帶蓋板的人孔，為防止腐蝕性氣體積存在裙座，在裙座上方開(kāi)排氣孔 。裙座底設(shè)置排液孔。裙座與塔體間的焊接接頭8）人孔設(shè)置人孔的選取根據(jù)筒體直徑和公稱(chēng)壓力參照化工設(shè)備機(jī)

10、械基礎(chǔ)表11-2和表11-3，本設(shè)計(jì)中選用帶頸平焊法蘭人孔，公稱(chēng)壓力1.0MPa，公稱(chēng)直徑500 mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG20520-2005。9） 手孔設(shè)置手孔選取同上，手孔的選取根據(jù)筒體直徑和公稱(chēng)壓力參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表11-7和表11-10，本設(shè)計(jì)中選用不銹鋼板式平焊人孔（僅限凸面），公稱(chēng)壓力0.6MPa，公稱(chēng)直徑150mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG21516-2004。10） 視鏡和液位計(jì)的選取視鏡和液位計(jì)的選取根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表11-18、p382選取11） 焊接接頭形式和和焊接材料的選取焊接接頭形式的選取參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第十四章第二節(jié)（p431-440，焊接接頭形式按HG20583-201

11、1，A、B類(lèi)焊接接頭按照HG20583-2011中DU4，D類(lèi)焊接接頭按照HG20583-2011中G2，帶補(bǔ)強(qiáng)圈D類(lèi)焊接接頭按照HG20583-2011中G29。焊接材料的選取參照第十四章化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)14.5（p446-448），12）壓力容器類(lèi)別的劃分壓力容器類(lèi)別的劃分按固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)p452本設(shè)計(jì)塔器設(shè)計(jì)壓力 0.11 MPa，v=32 L介質(zhì)為易爆、中毒危害介質(zhì)，故劃分為類(lèi)壓力容器。四、強(qiáng)度計(jì)算 1、塔體壁厚計(jì)算（筒體的設(shè)計(jì)參照第八章第二節(jié)p210）。 塔體圓筒體壁厚計(jì)算按照GB150.3-2011壓力容器式3-1計(jì)算壁厚： （4-1）式中 ：塔體

12、的理論計(jì)算壁厚，mmpc：塔體的計(jì)算壓力，MPaDi：塔體內(nèi)徑，mm：鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa：焊接接頭系數(shù)；名義厚度： ； （4-2）；式中 ：名義厚度；C1：腐蝕裕量；C2：鋼板負(fù)偏差；：圓整量；：有效厚度；查表化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-6 Q345R =189 MPapc：取塔體的設(shè)計(jì)壓力，0.11 MPa焊縫為雙面焊，局部射線檢測(cè)，=0.85 代入數(shù)據(jù)到式（4-1）得：= =0.69 mmC1 =1 mmC2 =0 mm代入數(shù)據(jù)到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm按最小厚度min要求 取 = 6 mm2) 封頭的強(qiáng)度計(jì)算（封頭的設(shè)計(jì)參照第八章第二節(jié)p175-185）。塔體封

13、頭壁厚計(jì)算按照GB150.3-2011壓力容器式5-1計(jì)算壁厚： （4-3）式中 ：塔體封頭的理論計(jì)算壁厚，mmpc：塔體的計(jì)算壓力，MPaDi：塔體內(nèi)徑，mm：鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa：焊接接頭系數(shù)；名義厚度： ； ；式中 ：名義厚度；C1：腐蝕裕量；C2：鋼板負(fù)偏差；：圓整量；：有效厚度；查表化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-7 Q345R =189 MPapc：取塔體的設(shè)計(jì)壓力，0.11 MPa焊縫為雙面焊，100%射線檢測(cè)，取=1 代入數(shù)據(jù)到式（4-3）得： =0.59 mmC1 =1 mmC2 =0 mm代入數(shù)據(jù)到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm按標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭最小厚度min 0

14、.15%Di要求 取 = 6 mm查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)(p229)選標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T4746-2002封頭直邊高度h0取25mm 封頭高度h取450mm3)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)選用JB/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸按照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)p387（列出所選尺寸），開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，其公式參照第十二章第一節(jié)（p389）。例：人孔開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：人孔選公稱(chēng)壓力1.0MPa，公稱(chēng)直徑500 mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG20520-2005 接管5308(p360)材料：20a.開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 ； A=d+2et(1-) （4-4） 式中 ：強(qiáng)度削弱系數(shù) d ：開(kāi)孔直徑 mm ：塔

15、體的計(jì)算壁厚mm et：接管的有效厚度mm d=di+2Ct=(530-16)+2(1+0)=518 mm et=nt- Ct=8-1=7 mm 塔體材料：Q345R =189 MPa 接管材料：20 =140 MPa=0.78代入式（4-4） A=+2et(1-)=518+20.697(1-0.78)= 359.5 mm2 b. 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)面積： 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度： B=2d=2518=1036 mm 外伸高度：h1= =64.4 mm 內(nèi)伸高度：h2= 0 mm殼體多余截面積 A1=(B-d)( -)-2et( -)(1-) （4-5）代入式（4-5） A1=(1036-5

16、18)(7-0.69)-27(7-0.69)(1-0.78) = 1211.2 mm2接管多余截面積 A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) （4-6） 接管計(jì)算厚度t= =0.22 mm 式中 di：接管內(nèi)直徑 mm di=530-16=514 mm代入式（4-6） A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) =264.4(7-0.22)0.78=681 mm2焊縫金屬截面積 A3=66=36 mm2A1+A2+A3>A 滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)條件，所以不需補(bǔ)強(qiáng)。其它開(kāi)孔直徑比人孔直徑要小，故不需再進(jìn)行開(kāi)孔計(jì)算（如計(jì)算結(jié)果需要補(bǔ)強(qiáng)，還需對(duì)其他接管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算）4) 筒體的穩(wěn)定性

17、校核因圓筒不受外壓，所以此處不必對(duì)圓筒的周向穩(wěn)定進(jìn)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)。5) 裙座的軸向穩(wěn)定性校核裙座的軸向穩(wěn)定性校核：參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)及參考圖確定裙座各項(xiàng)尺寸，查取相關(guān)許用應(yīng)力。根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)p272計(jì)算裙座的軸向穩(wěn)定許用應(yīng)力B=。a. 計(jì)算裙座的軸向穩(wěn)定許用應(yīng)力Bb.裙座的軸向壓縮應(yīng)力校核 封頭質(zhì)量m封頭=1202=240 kg（p229）筒體質(zhì)量m筒體=26726.5=240 kg（p227）(其中26.5為塔筒體高度)塔盤(pán)質(zhì)量m塔盤(pán)=n(Aa+Af+Ai)= 6995.4 kg設(shè)備充滿水的質(zhì)量m水=v筒26.5水+ v封2水=2.54526.51000+0.82621000=68331 kg Q設(shè)備= m封頭+ m筒體+ m塔盤(pán)=88445 Q附件= 10%Q設(shè)備=8844.5 Q水= m水g=683319.81=670327 裙座橫截面積A= (1.8162-1.82)/4=0.034 m2=22.6 MPa < =B校核合格7) 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核水壓試驗(yàn)壓力PT （4-7）=1.25x0.11=0.14 MPa臥置水壓試驗(yàn)壓力：+ h=0.14+0.23=0.37 MPa 水壓試驗(yàn)壓力下的應(yīng)力校核： （4-8）式中 ： 焊接接頭系數(shù) =0.85 ： 塔體有效厚度 =-C1-C2：