課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(板式塔)課件

1、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書學(xué)生姓名： 查斌斌 學(xué) 號(hào)： 1001110810 所在學(xué)院： 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 設(shè)計(jì)題目： 板式塔（DN1800）設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 李慶生 2014年 1月 10 日目 錄一. 設(shè)計(jì)任務(wù)書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)行板式塔設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)題目： 板式塔（DN1800）設(shè)計(jì) 2、設(shè)計(jì)任務(wù)書 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(填料塔、板式塔)；（2）根據(jù)化

2、工工藝計(jì)算，確定塔板數(shù)目 (或填料高度)；（3）根據(jù)介質(zhì)的不同，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）各種開孔接管結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，開孔補(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

3、，2010.3. 2 全國(guó)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.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)說明書中公式、內(nèi)容等應(yīng)明確文獻(xiàn)出處;裝配圖上應(yīng)寫明引用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。5、設(shè)計(jì)成果1、提交設(shè)計(jì)說明書一份。 2、提交塔設(shè)備(填料塔、板式塔)裝配圖一張(A1)（含草圖） 。 （精餾塔設(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

4、MPa： 0.11塔體內(nèi)徑 mm： 1800 塔板數(shù) 塊： 38 介質(zhì)： 苯-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） 圖1 精餾塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖三. 精餾塔的總體設(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)，確定塔設(shè)備的型式(填料塔、板式塔)。 本設(shè)計(jì)的精餾塔型式為板式塔2、根據(jù)化工工藝計(jì)算，確定塔板數(shù)目 (或填料高度)。 由化工工藝計(jì)算塔板數(shù)目為30塊3、根據(jù)介質(zhì)條件的不同，擬定管口方位。管口表 LIST OF NOZZLE符號(hào)公稱尺寸公稱壓力連接標(biāo)準(zhǔn)法蘭型式連接面型式用途或名稱接管口密封面至筒壁長(zhǎng)度C30010HG/T20592SOFM塔頂氣出口200D20010HG/T20592SOFM塔

5、釜液出口200E125010HG/T20592SOFM再沸器接口200E225010HG/T20592SOFM再沸器接口200F30010HG/T20592SOFM進(jìn)料口250G8010HG/T20592SOFM回流口150L1-28010HG/T20592SOFM液位計(jì)口150M1-4450/SOMFM人孔200T1-58010HG/T20592SOFM溫度計(jì)口150V400x600/焊接檢查口/ 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)精餾塔工藝條件（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

6、：16MnR （現(xiàn)改為Q345R） 封頭：16MnR （現(xiàn)改為Q345R） 接管：20 塔盤、底座：Q235B容器法蘭：16MnR 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8-7查并列表）材料 許用應(yīng)力（MPa）Q345R(16MnR) 170Q235B 11316MnII 17020 1332）塔盤結(jié)構(gòu)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)及尺寸的選取第十七章第三節(jié)（p499）。（自選）3）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直徑（mm）8373575

7、304804 ）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)選JB/T47004707-2000標(biāo)準(zhǔn)。（按照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（p292）寫出選取過程）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)： 苯-甲苯混合物（a）法蘭類型 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=0.25MPap，所以PN=0.25MPa。（c）確定結(jié)構(gòu)尺寸（p254）。（d）

8、法蘭標(biāo)記 法蘭RF 18000.25 JB/T4701-2000選取結(jié)果如下表：設(shè)備法蘭MFM 1800-0.25 JB/T4701-2000 材料 Q345R(16MnR)管法蘭選取結(jié)果匯總：進(jìn)料管法蘭HG/T20594 法蘭 SO83-10MFM16MnII 塔頂回流管法蘭HG/T 20594 法蘭 SO73-10MFM 16MnII 塔頂蒸汽管法蘭HG/T 20594 法蘭 SO57-10MFM16MnII 塔底出料管法蘭HG/T 20594 法蘭SO530-10MFM16MnII 在沸器回流管法蘭HG/T 20594 法蘭SO480-10MFM16MnII 5） 法蘭密封墊片的選取法蘭

9、密封墊片的選取參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表10-30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/T4704-20006） 裙座選取裙座的選取根據(jù)參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)圖17-21確定裙座各尺寸。支座選取裙式支座7）人孔設(shè)置人孔的選取根據(jù)筒體直徑和公稱壓力參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)p353.本設(shè)計(jì)中選用帶頸平焊法蘭人孔，公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG21520-2005。8） 手孔設(shè)置手孔選取同上，本設(shè)計(jì)中選用不銹鋼板式平焊手孔（僅限凸面），公稱壓力0.6MPa，公稱直徑150mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG21529-

10、2005。9） 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)P377選取10） 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/P438），焊接接頭形式按HG/T20583-2011，A、B類焊接接頭按照HG/T20583-2011中DU4，D類焊接接頭按照HG/T20583-2011中G2，帶補(bǔ)強(qiáng)圈D類焊接接頭按照J(rèn)B/T4736-2002中C，焊接材料的選取參照第十四章化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第四節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95焊接接頭的檢驗(yàn)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第十四章第三節(jié)11）壓力容器類別的劃分壓

11、力容器類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)p453本設(shè)計(jì)塔器為低壓分離設(shè)備，介質(zhì)為易燃、中毒危害介質(zhì)，故劃分為一類壓力容器。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GB150-2011壓力容器式5-1計(jì)算壁厚： （4-1）式中 ：塔體的理論計(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8-7=170 MPapc：取塔體的設(shè)計(jì)壓力

12、，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)p213）。塔體封頭壁厚計(jì)算按照GB150壓力容器式7-1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)

13、表8-7=170 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 0.15%Di要求 取 = 6 mm查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)(p196)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)開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開孔補(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），焊接坡口尺寸選化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第十四章第二節(jié)C型。開孔補(bǔ)

14、強(qiáng)計(jì)算采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，其公式參照第十二章（p388）。例：人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：人孔選公稱壓力1.0MPa，公稱直徑500 mm，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為HG20594-95 接管5308(p302)材料：20a.開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 ； A=d+2et(1-) （4-4） 式中 ：強(qiáng)度削弱系數(shù) d ：開孔直徑 mm ：塔體的計(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：16MnR =170 MPa 接管材料：20 t=130 MPa=0.78代入式（4-4） A=+2et(1-)=518+20.697(1-0

15、.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=(1036-518)(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(e

16、t-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+A3A 滿足不另行補(bǔ)強(qiáng)條件，所以不需補(bǔ)強(qiáng)。其它開孔直徑比人孔直徑要小，故不需再進(jìn)行開孔計(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p516。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)p512及HG20652、sh3098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)p516進(jìn)行裙座的軸向穩(wěn)定性

17、校核。6）座圈的壓應(yīng)力校核 m封頭=1202=240 kgm筒體=26726.5=240 kgm塔盤=n(Aa+Af+Ai)= 6995.4 kgm水=v筒26.2水+ v封2水=2.54526.21000+0.82621000=68331 kg（p195、197）Q設(shè)備= m封頭+ m筒體+ m塔盤=88445 Q附件= 10%Q設(shè)備=8844.5 Q水= m水g=683319.81=670327 A= (1.8162-1.82)/4=0.034 m2=22.6 MPa 校核合格7) 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核水壓試驗(yàn)壓力PT （3-7）=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： （3-8）式中 ： 焊接接頭系數(shù) =0.85 ： 塔體有效厚度 =-C1-C2： 塔體材料的屈服極限(