化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用

第8章化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用

第8章化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用18.1壓力容器設(shè)計(jì)

8.1.1概述1．壓力容器設(shè)計(jì)的任務(wù)(1)根據(jù)工作需要和承受壓力能力，確定設(shè)計(jì)容器的結(jié)構(gòu)型式。如矩形(箱形)、球形或圓筒形。(2)確定容器的壁厚。(3)選擇容器的附件，如支座、接管等。8.1壓力容器設(shè)計(jì)

8.1.1概述1．壓力容器設(shè)計(jì)的任22．容器所受裁荷主要有(1)壓力：內(nèi)壓、外壓；(2)容器和物料凈重；(3)自支承高聳容器上的風(fēng)載荷與地震載荷；(4)管道和輔助設(shè)備所施加的載荷，等等。

2．容器所受裁荷主要有(1)壓力：內(nèi)壓、外壓；33．容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求（1）強(qiáng)度：容器應(yīng)有抵抗外力破壞的能力。（2）剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力。（3）穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下應(yīng)有維持其原有形狀的能力。（4）耐久性：抵抗介質(zhì)及大氣腐蝕的能力。（5）氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時(shí)。（6）其他：節(jié)約材料，使于制造，運(yùn)輸、安裝、操作、維修方便。3．容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求48.1.2內(nèi)壓圓筒的強(qiáng)度計(jì)算

1.壁厚計(jì)算8.1.2內(nèi)壓圓筒的強(qiáng)度計(jì)算

1.壁厚計(jì)算5化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用6化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用7壁厚附加量C包括鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕裕度C2以及鋼材在加工和熱處理過(guò)程中損失的厚度C3。負(fù)偏差C1小于設(shè)計(jì)厚度6%、且小于0.25mm時(shí)可以不計(jì)。當(dāng)腐蝕和磨蝕速度大于0.1mm/a時(shí)，腐蝕裕度C2由設(shè)計(jì)者決定，腐蝕速度在0.1～0.05mm/a范圍內(nèi)，單面腐蝕和磨蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕或磨蝕取C2＝4mm；腐蝕速度≤0.05mm/a時(shí)，單面腐蝕和磨蝕C2＝1mm，雙面腐蝕和磨蝕C2＝2mm。焊縫系數(shù)參照表8-2壁厚附加量C包括鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕裕度C2以及鋼材在加8例8-1液氨貯罐的筒體設(shè)計(jì)

已知條件：設(shè)計(jì)壓力p＝2.5MPa，操作溫度—5～44℃，貯罐內(nèi)徑Di＝1200mm，

設(shè)計(jì)要求；確定筒體厚度、鋼材牌號(hào)。方案1：選用材料16MnR鋼板,[σ]＝170MPa焊縫應(yīng)為v型坡口雙面焊接，焊縫系數(shù)查得：＝0.85；鋼板負(fù)偏差C1＝0.8mm，腐蝕裕度由：C2=1mm，則壁厚附加量c＝0.8+1＝1.8mm。得例8-1液氨貯罐的筒體設(shè)計(jì)

已知條件：設(shè)計(jì)壓力p＝2.5M9方案2：20R鋼板[σ]＝133MPa焊縫系數(shù)0.85；壁厚附加量c＝0.8+1=1.8mm。得:兩種方案比較（1）鋼板耗用量采用16MnR時(shí)，鋼板相對(duì)重量比采用20R時(shí)可減輕。（2）制造費(fèi)用按設(shè)備重量計(jì)價(jià)，16Mn制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。

方案2：20R鋼板[σ]＝133MPa兩種方案比較108.1.3封頭的厚度計(jì)算(1)橢圓封頭

8.1.3封頭的厚度計(jì)算(1)橢圓封頭118.1.4外壓容器的設(shè)計(jì)1．外壓容器的失穩(wěn)與臨界壓力當(dāng)容器受外部受壓時(shí)(如有壓夾套內(nèi)層、真空容器等)，器壁亦會(huì)突然被壓癟，這種現(xiàn)象叫失穩(wěn)，發(fā)生失穩(wěn)的最小外壓叫臨界壓力(pk)，而設(shè)計(jì)壓力應(yīng)滿足。8.1.4外壓容器的設(shè)計(jì)1．外壓容器的失穩(wěn)與臨界壓力122．外壓圓筒的壁厚計(jì)算

當(dāng)圓筒足夠長(zhǎng)，兩端封頭的影響可忽略，稱為長(zhǎng)圓筒(L＞Lc）2．外壓圓筒的壁厚計(jì)算當(dāng)圓筒足夠長(zhǎng)，兩端13化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用143．外壓圓筒壁厚參考值(表8-5、表8-6)。容器長(zhǎng)徑比公稱直徑4005006007008009001000120014001600180020002200筒體壁厚12345334443444.55444.55644.5566456884.56885688106881010688101281010121281012141481214141410121416163．外壓圓筒壁厚參考值(表8-5、表8-6)。容器公15容器長(zhǎng)徑比公稱直徑60070080010001200夾套內(nèi)壓力（×0.1Mpa），容器內(nèi)壓力≤1Mpa2.5462.5462.5462.5462.546筒體壁厚12345668886881010681010126688106810101281010121268101010810101212810121414810101212810141414101214161881012141410121214161012161620公稱直徑60070080010001164．外壓封頭壁厚計(jì)算(1)橢圓形與碟形頭按鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定，可用受內(nèi)壓(凹面受壓)時(shí)的計(jì)算公式((8-4)式)計(jì)算。但采用的計(jì)算壓力為設(shè)計(jì)外壓的1.25倍。4．外壓封頭壁厚計(jì)算(1)橢圓形與碟形頭17例8-2苯乙烯精餾塔內(nèi)徑2m，筒體高度20m，封頭總深度2.5m，在120℃及真空度9.07×104Pa(680mm汞柱)下操作。材料選用20g鋼板，試確定其壁厚。

解：(1)塔的計(jì)算長(zhǎng)度L（封頭長(zhǎng)度取其深度的l/3）(2)設(shè)筒體計(jì)算厚度15mm，臨界長(zhǎng)度>L例8-2苯乙烯精餾塔內(nèi)徑2m，筒體高度20m，封頭總深度18(3)壁厚按短圓筒計(jì)算：查得在t=120℃時(shí)，E=1.94×105Mpa，p取0.1Mpa。因腐蝕性不大，C取2mm；按鋼板厚度規(guī)格，取S=20mm(3)壁厚19(4)復(fù)核

復(fù)核：(4)復(fù)核復(fù)核：20(5)封頭厚度：實(shí)際上取封頭厚度與筒體相同S＝20mm。

(5)封頭厚度：218.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)示例

8.2.1塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)塔設(shè)備在操作時(shí)，塔體及裙座可能受到以下幾種載荷的作用：操作壓力：對(duì)塔體形成軸向和環(huán)向載荷，但對(duì)裙座則不起作用。塔的重量：塔體(Q1)、內(nèi)件(Q2)、保溫材料(Q3)、平臺(tái)及扶梯(Q4)、物料(Q5)、裙座(Q6)、水壓試驗(yàn)時(shí)充水量(Q7)及其他附件(Q8)等重量形成，塔體及裙座的軸向載荷及可能有的偏心載荷。風(fēng)力作用：主要對(duì)塔體及裙座形成彎矩和剪力。地震影響：其中水平地震力影響最大，對(duì)塔體與裙座構(gòu)成彎矩與剪力。

8.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)示例

8.2.1塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)22進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械沒計(jì)，必須對(duì)以上幾種因素形成的載荷逐一進(jìn)行計(jì)算，求出需要計(jì)算的橫截面上各種載荷引起的最大應(yīng)力，然后應(yīng)用疊加原理求出疊加后的最大組合應(yīng)力，再據(jù)以確定塔體及裙座等結(jié)構(gòu)的尺寸。進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械沒計(jì)，必須對(duì)以上幾種因素形成的載荷逐一進(jìn)行計(jì)238.3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)示例8.3.1攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)攪拌反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)是建立在工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，工藝要求是確定攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。攪拌反應(yīng)釜的工藝要求通常包括反應(yīng)釜的容積、最大工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、換熱方式、轉(zhuǎn)速及功率、接口管方位與尺寸的確定等。通常這些條件都以表格示意圖(表8-10)的形式反映在設(shè)計(jì)任務(wù)書中。8.3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)示例8.3.1攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)248.3.2攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容

攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)包括：

（1）確定攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)形式和尺寸；（2）選擇材料；

（3）計(jì)算強(qiáng)度；

（4）選用主要零件；

（5）繪圖圖樣；

（6）提出技術(shù)要求。8.3.2攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容

攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)包括：258.3.3罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

罐體一般為立式圓筒形容器，有頂蓋、筒體和罐底(見圖8-9)。夾套的型式與罐體相同。8.3.3罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

罐體一般為立261.罐體幾何尺寸計(jì)算（1）確定筒體內(nèi)徑m式中：V-工藝條件給定的容積，m3；i-長(zhǎng)徑比，種類設(shè)備內(nèi)物料類型i一般攪拌器液-固相或液-液相物料1-1.3氣-液相物料1-2發(fā)酵罐類1.7-2.5表8-11幾種攪拌釜的長(zhǎng)徑比i值1.罐體幾何尺寸計(jì)算種類設(shè)備內(nèi)物料類型i一般攪拌器液-固相27（2）確定封頭尺寸橢圓封頭選標(biāo)準(zhǔn)件JB/T4746-2002《鋼制壓力容器封頭》。（3）確定筒體高度H1V-釜體容積，m3；H1-筒體高度，m；D1-筒體內(nèi)徑，m；Vh-下封頭所包含的容積，m3。（2）確定封頭尺寸V-釜體容積，m3；28（4）夾套尺寸計(jì)算

容器夾套的常用結(jié)構(gòu)如圖8-10所示。夾套與筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)。

夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1決定，按表8-12選取。D1500～600700～18002000～3000D2D1+50D1+100D1+200表8-12夾套直徑D2（4）夾套尺寸計(jì)算夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1決定，29夾套高由傳熱面積決定，不能低于料液高。通常由工藝給定裝料系數(shù)η，或根據(jù)已知容積和操作容積進(jìn)行計(jì)算，即；η=操作容積/全容積。通常取η=0.6～0.85。如物料在反應(yīng)過(guò)程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，η應(yīng)取低值。夾套高度按下式估算。V-釜體容積，m3；H2-夾套高度，m；D1-筒體內(nèi)徑，m；Vh-下封頭所包含的容積，m3；η-工藝給定裝料系數(shù)。夾套高由傳熱面積決定，不能低于料液高。通常由工藝給定裝料系數(shù)30夾套所包圍罐體的表面積（筒體表面積F筒+封頭表面積F封）一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即F筒+F封≥F（8-21）式中：F筒-筒體表面積，m2；F封-封頭表面積，m2；夾套所包圍罐體的表面積（筒體表面積F筒+封頭表面積F封）一定312．筒體厚度和封頭厚度的確定對(duì)于不帶夾套的筒體及上、下封頭，其厚度按內(nèi)壓容器壁厚計(jì)算式確定，設(shè)計(jì)壓力可選取釜體內(nèi)部的最高工作壓力。如果釜體外壁設(shè)有夾套，則筒體及下封頭的厚度應(yīng)分別按承受內(nèi)壓和外壓進(jìn)行計(jì)算。按內(nèi)壓計(jì)算時(shí)，最大壓力差為釜體內(nèi)的工作壓力；當(dāng)釜體內(nèi)為真空操作時(shí)，需按外壓計(jì)算，最大壓力差為夾套內(nèi)的工作壓力或夾套內(nèi)的工作壓力加0.1MPa。若上下封頭不被夾套包圍，則不承受外壓作用，只按內(nèi)壓設(shè)計(jì)，但通常取與下封頭相同的壁厚。2．筒體厚度和封頭厚度的確定328.3.4攪拌裝置設(shè)計(jì)攪拌裝置選型通常是工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，也可按表8-14選取8.3.4攪拌裝置設(shè)計(jì)338.3.5攪拌軸設(shè)計(jì)1．?dāng)嚢栎S的材料選用攪拌軸的材料常用45鋼，有時(shí)還需要適當(dāng)?shù)臒崽幚?，以提高軸的強(qiáng)度和耐磨性。對(duì)于要求較低的攪拌軸可采用普通碳素鋼制造。當(dāng)耐磨性要求較高或釜內(nèi)物料不允許被鐵離子污染時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用不銹鋼或采取防腐措施。8.3.5攪拌軸設(shè)計(jì)342．?dāng)嚢栎S直徑的計(jì)算攪拌軸的直徑同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度兩個(gè)條件，取兩者較大者。另外還要考慮到軸上鍵或孔對(duì)軸截面的局部削弱，介質(zhì)腐蝕的影響。綜合以上因素，攪拌軸直徑應(yīng)按計(jì)算直徑給予適當(dāng)增大，并圓整到適當(dāng)軸徑。（1）攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為2．?dāng)嚢栎S直徑的計(jì)算35式中:d—攪拌軸直徑，mm；P—攪拌軸傳遞功率，KW；N—攪拌軸轉(zhuǎn)速，r/min。式中:36（2）軸的剛度計(jì)算

攪拌軸如產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，將引起軸的振動(dòng)，使軸封失效，影響攪拌釜正常運(yùn)行，因此應(yīng)把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，即規(guī)定一個(gè)設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)剛度條件。作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件，即（2）軸的剛度計(jì)算作為扭轉(zhuǎn)的剛度條件，即37（3）攪拌軸的支撐

通常情況下，攪拌軸依靠減速機(jī)內(nèi)的一對(duì)軸承支承。但是，由于攪拌軸往往較長(zhǎng)而且懸伸在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行攪拌操作，因此運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生振動(dòng)，將軸扭彎，甚至完全破壞。（3）攪拌軸的支撐38為了保持懸臂攪拌軸的穩(wěn)定，懸臂軸長(zhǎng)度L1、攪拌軸直徑d、兩軸承之間的距離B之間的關(guān)系應(yīng)滿足一下條件：

當(dāng)軸的直徑裕量較大、攪拌器經(jīng)過(guò)平衡及低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可取偏大值，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取偏小的值。、為了保持懸臂攪拌軸的穩(wěn)定，懸臂軸長(zhǎng)度L1、攪拌393攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)示例3攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)示例40第8章化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用

第8章化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用418.1壓力容器設(shè)計(jì)

8.1.1概述1．壓力容器設(shè)計(jì)的任務(wù)(1)根據(jù)工作需要和承受壓力能力，確定設(shè)計(jì)容器的結(jié)構(gòu)型式。如矩形(箱形)、球形或圓筒形。(2)確定容器的壁厚。(3)選擇容器的附件，如支座、接管等。8.1壓力容器設(shè)計(jì)

8.1.1概述1．壓力容器設(shè)計(jì)的任422．容器所受裁荷主要有(1)壓力：內(nèi)壓、外壓；(2)容器和物料凈重；(3)自支承高聳容器上的風(fēng)載荷與地震載荷；(4)管道和輔助設(shè)備所施加的載荷，等等。

2．容器所受裁荷主要有(1)壓力：內(nèi)壓、外壓；433．容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求（1）強(qiáng)度：容器應(yīng)有抵抗外力破壞的能力。（2）剛度：零部件應(yīng)有抵抗外力使其變形的能力。（3）穩(wěn)定性：容器或其零部件在外力作用下應(yīng)有維持其原有形狀的能力。（4）耐久性：抵抗介質(zhì)及大氣腐蝕的能力。（5）氣密性：容器在承受壓力或處理有毒介質(zhì)時(shí)。（6）其他：節(jié)約材料，使于制造，運(yùn)輸、安裝、操作、維修方便。3．容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求448.1.2內(nèi)壓圓筒的強(qiáng)度計(jì)算

1.壁厚計(jì)算8.1.2內(nèi)壓圓筒的強(qiáng)度計(jì)算

1.壁厚計(jì)算45化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用46化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用47壁厚附加量C包括鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕裕度C2以及鋼材在加工和熱處理過(guò)程中損失的厚度C3。負(fù)偏差C1小于設(shè)計(jì)厚度6%、且小于0.25mm時(shí)可以不計(jì)。當(dāng)腐蝕和磨蝕速度大于0.1mm/a時(shí)，腐蝕裕度C2由設(shè)計(jì)者決定，腐蝕速度在0.1～0.05mm/a范圍內(nèi)，單面腐蝕和磨蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕或磨蝕取C2＝4mm；腐蝕速度≤0.05mm/a時(shí)，單面腐蝕和磨蝕C2＝1mm，雙面腐蝕和磨蝕C2＝2mm。焊縫系數(shù)參照表8-2壁厚附加量C包括鋼板厚度負(fù)偏差C1，腐蝕裕度C2以及鋼材在加48例8-1液氨貯罐的筒體設(shè)計(jì)

已知條件：設(shè)計(jì)壓力p＝2.5MPa，操作溫度—5～44℃，貯罐內(nèi)徑Di＝1200mm，

設(shè)計(jì)要求；確定筒體厚度、鋼材牌號(hào)。方案1：選用材料16MnR鋼板,[σ]＝170MPa焊縫應(yīng)為v型坡口雙面焊接，焊縫系數(shù)查得：＝0.85；鋼板負(fù)偏差C1＝0.8mm，腐蝕裕度由：C2=1mm，則壁厚附加量c＝0.8+1＝1.8mm。得例8-1液氨貯罐的筒體設(shè)計(jì)

已知條件：設(shè)計(jì)壓力p＝2.5M49方案2：20R鋼板[σ]＝133MPa焊縫系數(shù)0.85；壁厚附加量c＝0.8+1=1.8mm。得:兩種方案比較（1）鋼板耗用量采用16MnR時(shí)，鋼板相對(duì)重量比采用20R時(shí)可減輕。（2）制造費(fèi)用按設(shè)備重量計(jì)價(jià)，16Mn制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。

方案2：20R鋼板[σ]＝133MPa兩種方案比較508.1.3封頭的厚度計(jì)算(1)橢圓封頭

8.1.3封頭的厚度計(jì)算(1)橢圓封頭518.1.4外壓容器的設(shè)計(jì)1．外壓容器的失穩(wěn)與臨界壓力當(dāng)容器受外部受壓時(shí)(如有壓夾套內(nèi)層、真空容器等)，器壁亦會(huì)突然被壓癟，這種現(xiàn)象叫失穩(wěn)，發(fā)生失穩(wěn)的最小外壓叫臨界壓力(pk)，而設(shè)計(jì)壓力應(yīng)滿足。8.1.4外壓容器的設(shè)計(jì)1．外壓容器的失穩(wěn)與臨界壓力522．外壓圓筒的壁厚計(jì)算

當(dāng)圓筒足夠長(zhǎng)，兩端封頭的影響可忽略，稱為長(zhǎng)圓筒(L＞Lc）2．外壓圓筒的壁厚計(jì)算當(dāng)圓筒足夠長(zhǎng)，兩端53化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程-教學(xué)課件-作者-蔡曉君-第8章-化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用543．外壓圓筒壁厚參考值(表8-5、表8-6)。容器長(zhǎng)徑比公稱直徑4005006007008009001000120014001600180020002200筒體壁厚12345334443444.55444.55644.5566456884.56885688106881010688101281010121281012141481214141410121416163．外壓圓筒壁厚參考值(表8-5、表8-6)。容器公55容器長(zhǎng)徑比公稱直徑60070080010001200夾套內(nèi)壓力（×0.1Mpa），容器內(nèi)壓力≤1Mpa2.5462.5462.5462.5462.546筒體壁厚12345668886881010681010126688106810101281010121268101010810101212810121414810101212810141414101214161881012141410121214161012161620公稱直徑60070080010001564．外壓封頭壁厚計(jì)算(1)橢圓形與碟形頭按鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定，可用受內(nèi)壓(凹面受壓)時(shí)的計(jì)算公式((8-4)式)計(jì)算。但采用的計(jì)算壓力為設(shè)計(jì)外壓的1.25倍。4．外壓封頭壁厚計(jì)算(1)橢圓形與碟形頭57例8-2苯乙烯精餾塔內(nèi)徑2m，筒體高度20m，封頭總深度2.5m，在120℃及真空度9.07×104Pa(680mm汞柱)下操作。材料選用20g鋼板，試確定其壁厚。

解：(1)塔的計(jì)算長(zhǎng)度L（封頭長(zhǎng)度取其深度的l/3）(2)設(shè)筒體計(jì)算厚度15mm，臨界長(zhǎng)度>L例8-2苯乙烯精餾塔內(nèi)徑2m，筒體高度20m，封頭總深度58(3)壁厚按短圓筒計(jì)算：查得在t=120℃時(shí)，E=1.94×105Mpa，p取0.1Mpa。因腐蝕性不大，C取2mm；按鋼板厚度規(guī)格，取S=20mm(3)壁厚59(4)復(fù)核

復(fù)核：(4)復(fù)核復(fù)核：60(5)封頭厚度：實(shí)際上取封頭厚度與筒體相同S＝20mm。

(5)封頭厚度：618.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)示例

8.2.1塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)塔設(shè)備在操作時(shí)，塔體及裙座可能受到以下幾種載荷的作用：操作壓力：對(duì)塔體形成軸向和環(huán)向載荷，但對(duì)裙座則不起作用。塔的重量：塔體(Q1)、內(nèi)件(Q2)、保溫材料(Q3)、平臺(tái)及扶梯(Q4)、物料(Q5)、裙座(Q6)、水壓試驗(yàn)時(shí)充水量(Q7)及其他附件(Q8)等重量形成，塔體及裙座的軸向載荷及可能有的偏心載荷。風(fēng)力作用：主要對(duì)塔體及裙座形成彎矩和剪力。地震影響：其中水平地震力影響最大，對(duì)塔體與裙座構(gòu)成彎矩與剪力。

8.2塔設(shè)備設(shè)計(jì)示例

8.2.1塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)62進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械沒計(jì)，必須對(duì)以上幾種因素形成的載荷逐一進(jìn)行計(jì)算，求出需要計(jì)算的橫截面上各種載荷引起的最大應(yīng)力，然后應(yīng)用疊加原理求出疊加后的最大組合應(yīng)力，再據(jù)以確定塔體及裙座等結(jié)構(gòu)的尺寸。進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械沒計(jì)，必須對(duì)以上幾種因素形成的載荷逐一進(jìn)行計(jì)638.3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)示例8.3.1攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)攪拌反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)是建立在工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，工藝要求是確定攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。攪拌反應(yīng)釜的工藝要求通常包括反應(yīng)釜的容積、最大工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、換熱方式、轉(zhuǎn)速及功率、接口管方位與尺寸的確定等。通常這些條件都以表格示意圖(表8-10)的形式反映在設(shè)計(jì)任務(wù)書中。8.3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)示例8.3.1攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)依據(jù)648.3.2攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容

攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)包括：

（1）確定攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)形式和尺寸；（2）選擇材料；

（3）計(jì)算強(qiáng)度；

（4）選用主要零件；

（5）繪圖圖樣；

（6）提出技術(shù)要求。8.3.2攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容

攪拌反應(yīng)釜機(jī)械設(shè)計(jì)包括：658.3.3罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

罐體一般為立式圓筒形容器，有頂蓋、筒體和罐底(見圖8-9)。夾套的型式與罐體相同。8.3.3罐體和夾套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

罐體一般為立661.罐體幾何尺寸計(jì)算（1）確定筒體內(nèi)徑m式中：V-工藝條件給定的容積，m3；i-長(zhǎng)徑比，種類設(shè)備內(nèi)物料類型i一般攪拌器液-固相或液-液相物料1-1.3氣-液相物料1-2發(fā)酵罐類1.7-2.5表8-11幾種攪拌釜的長(zhǎng)徑比i值1.罐體幾何尺寸計(jì)算種類設(shè)備內(nèi)物料類型i一般攪拌器液-固相67（2）確定封頭尺寸橢圓封頭選標(biāo)準(zhǔn)件JB/T4746-2002《鋼制壓力容器封頭》。（3）確定筒體高度H1V-釜體容積，m3；H1-筒體高度，m；D1-筒體內(nèi)徑，m；Vh-下封頭所包含的容積，m3。（2）確定封頭尺寸V-釜體容積，m3；68（4）夾套尺寸計(jì)算

容器夾套的常用結(jié)構(gòu)如圖8-10所示。夾套與筒體的連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu)。

夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1決定，按表8-12選取。D1500～600700～18002000～3000D2D1+50D1+100D1+200表8-12夾套直徑D2（4）夾套尺寸計(jì)算夾套內(nèi)徑D2可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1決定，69夾套高由傳熱面積決定，不能低于料液高。通常由工藝給定裝料系數(shù)η，或根據(jù)已知容積和操作容積進(jìn)行計(jì)算，即；η=操作容積/全容積。通常取η=0.6～0.85。如物料在反應(yīng)過(guò)程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)，η應(yīng)取低值。夾套高度按下式估算。V-釜體容積，m3；H2-夾套高度，m；D1-筒體內(nèi)徑，m；Vh-下封頭所包含的容積，m3；η-工藝給定裝料系數(shù)。夾套高由傳熱面積決定，不能低于料液高。通常由工藝給定裝料系數(shù)70夾套所包圍罐體的表面積（筒體表面積F筒+封頭表面積F封）一定要大于工藝要求的傳熱面積F，即F筒+F封≥F（8-21）式中：F筒-筒體表面積