化工機械設(shè)備課程設(shè)計精餾塔

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計目錄第1章緒論31.1課程設(shè)計的目的.31.2課程設(shè)計的要求.31.3課程設(shè)計的內(nèi)容.31.4課程設(shè)計的步驟 .3第2章塔體的機械計算52.1按計算壓力計算塔體和封頭厚度 .52.1.1塔體厚度的計算.52.1.2封頭厚度計算 .52.2塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算.52.2.1筒體圓筒,封頭，裙座質(zhì)量 .52.2.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 62.2.3保溫層質(zhì)量 6.2.2.4平臺，扶梯質(zhì)量.62.2.5操作時物料質(zhì)量 62.2.6附件質(zhì)量 72.2.7充水質(zhì)量 72.2.8各種質(zhì)量載荷匯總 72.3風載荷與風彎矩計算.82.3.1自振周期計算 82.3.2風載荷計算 82.3.3各段風

2、載荷計算結(jié)果匯總82.3.4風彎矩的計算 .82.4地震彎矩計算 .92.5偏心彎矩的計算.102.6各種載荷引起的軸向應(yīng)力 .102.6.1計算壓力引起的軸向應(yīng)力.102.6.2操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力-2 102.6.3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力-3. 102.7塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核 .102.7.1塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核 .102.7.2塔體與裙座的穩(wěn)定校核 .112.7.3各危險截面強度與穩(wěn)定性校核 112.8塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核 .142.8.1水壓試驗時各種載荷引起的應(yīng)力 .142.8.2水壓試驗時應(yīng)力校核 .142.9基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 .152.9.1基礎(chǔ)環(huán)尺

3、寸 .152.9.2基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核.152.9.3基礎(chǔ)環(huán)的厚度 .152.10地腳螺栓計算 .162.10.1地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力 162.10.2地腳螺栓的螺紋小徑 16第3章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計.183.1 塔體 .183.2板式塔及塔盤 .183.3塔設(shè)備附件 .183.3.1 接管 .183.3.2除沫裝置 .183.3.3 吊柱 .183.3.4裙式支座 .193.3.4 保溫層 .19參考文獻 .20課設(shè)結(jié)果與自我總結(jié) .21附錄A主要符號說明22附錄B塔設(shè)備的裝配圖 24I化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計1.1課程設(shè)計的目的(1) 把化工工藝與化工機械設(shè)計結(jié)合起來， 鞏固和強化有關(guān)機械課程的

4、基本 理論和知識基本知識。(2) 培養(yǎng)對化工工程設(shè)計上基本技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。(3) 培養(yǎng)識圖、制圖、運算、編寫設(shè)計說明書的能力。1.2課程設(shè)計的要求(1) 樹立正確的設(shè)計思想。(2) 具有積極主動的學習態(tài)度和進取精神。(3) 學會正確使用標準和規(guī)范，使設(shè)計有法可依、有章可循(4) 學會正確的設(shè)計方法，統(tǒng)籌兼顧，抓主要矛盾。(5) 在設(shè)計中處理好尺寸的圓整。(6) 在設(shè)計中處理好計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系。1.3課程設(shè)計的內(nèi)容對二氯乙烷精餾塔的機械設(shè)計。DN=1800mm PN=1.2MPa1.4課程設(shè)計的步驟(1) 全面考慮按壓力大小、溫度高低、腐蝕性大小等因素來選材。(2) 選

5、用零部件。(3) 計算外載荷，包括內(nèi)壓、外壓、設(shè)備自重，零部件的偏載、風載、地震載荷等。(4) 強度、剛度、穩(wěn)定性設(shè)計和校核計算(5) 傳動設(shè)備的選型、計算。(6) 繪制設(shè)備總裝配圖。#4纟乂診殳竽化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計第2章塔體的機械計算2.1按計算壓力計算塔體和封頭厚度2.1.1塔體厚度的計算(1) 計算壓力 Pc=1.2MPa塔體計算厚度、.二捫pr需需鼻皿訶(3)塔體設(shè)計厚度 、；c c = 9.8mm(4) 塔體名義厚度 ；.n =12mm7(5) 塔體有效厚度 e 二、n -c 二 10mm2.1.2封頭厚度計算(1) 計算厚度(2) 設(shè)計厚度PcDi2、:|t -Pc 0.5、

6、c 二、 c = 9.5mm28002 170 0.85 -0.5 1.2二 7.5mm(3)名義厚度n =12mm (3)有效厚度 二-c 二 10mm2.2塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算2.2.1筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量mb(1) 圓筒質(zhì)量 m1=536 36.79 = 19719.4Kg(2) 封頭質(zhì)量 m2=338.4 2 = 676.8 Kg(3) 裙座質(zhì)量 m3=536 3.06 =1640.2Kg說明：1塔體圓筒總高度為36.79m；2 查得DN1800mm，厚度10mm的圓筒質(zhì)量為536Kg/m ；3查得 DN1800mm，厚度10mm的橢圓形封頭質(zhì)量為 338.4Kg/m;4裙座高度30

7、60mmmi 二m+m+m=22036.4Kg2.2.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m2m02=4Di275 70 55 18 75 70 七359陽浮閥塔盤質(zhì)量75Kg/m2.2.3保溫層質(zhì)量m303=0.785( Di 2、. n 2、)2 -(Di2、n)2H 0 2 2m03= 0.785 (2.024) (1.824)2 36.79 300 2 (1.13-0.83) 300=6851Kgm3為封頭保溫層質(zhì)量2.2.4平臺與扶梯質(zhì)量m41004=0.785 (Di2 n 22B)2 -(Di - 2-n 2 )2nqpqFHF2 2= 0.785(1.82 0.0122 0.120.9)-(1.82

8、0.01220.1) 0.58 1504039=6520Kg說明：平臺質(zhì)量q p =150Kg/m2 ；籠式扶梯質(zhì)量qF =40Kg/m籠式扶梯高度HF =39m 平臺數(shù)n=82.2.5操作時物料質(zhì)量m5m05Di2(hwN h。” Vf0.785 1.82(0.1 70 1.8) 1257 0.827 1257=29186Kg說明：物料密度 q =800Kg/m3，封頭容積Vf = 0.5864m3。塔釜圓筒部分深度ho =1.8，塔板層數(shù)N=70，塔板上液層高度hw =0.1m2.2.6附件質(zhì)量ma按經(jīng)驗取附件質(zhì)量 ma =0.25m01 =5509.lKg2.2.7充水質(zhì)量mwmwDi2

9、H?w 2Vf ?w =0.785 1.82 36.79 1000 2 0.827 1000 = 95273Kg4其中幾=1000Kg/m32.2.8各種載荷質(zhì)量匯總表2-1質(zhì)量匯總塔段01122334455頂合計塔段長度10002000700010000100001000040000/mm人孔與平臺0013228數(shù)塔板數(shù)00922221770m：15361410.4375253605360561822036.4mO2-171741984198324713360im3-9012691813181318666851mO440809002260164016006520mO5-10398633.57

10、0317031545129185.5ma134352.6938134013401404.55509.1m-8271780425434254342577495273ime-28005200-8000mO710473312402.411012.610992.611137.951588.5各塔段最小710577222409.5220022138219186.591462質(zhì)量/kg4纟乂診殳竽化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計4纟乂診殳竽化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計全塔操作質(zhì)m0=m01m02m03m04m05mema=91462量/kg全塔最小質(zhì)mmj n = m01 0.2m02 m03 mo4 ma me =

11、51588.5量/kg水壓試驗時mmax = m01 m02 mo3 m04 ma mw me = 157549.5最大質(zhì)量/kg2.3風載荷與風彎矩的計算2.3.1風載荷計算k23 =1.V323 才f3型匹竺“222，其中“0.72 ,1.0023= 0.11 ,f3 =1.0 oa De3 二Doi 2、s3 K4 K3b De3 二Doi 2、s3 K4 d。 2、ps取 K3 = 400 mm , K42 AI32 1 900 10007000=257 mm23段計算風載荷P3Sb3=鼻=100 mma De3 二Doi 2、s3 K4 K3=2677b De3 二Doi 2、s3

12、K4 d。2、ps=2877取 De3 = 2677mm ,P3 k1k23q0 f3l3De3 10 =0.7 1.22 400 1 7000 2877 10 =6890 N計算段l iq 0kiVi2ik2ifiHit平 臺 數(shù)k 4DeiP i110004000.70.720.00752.801.020.641002620481220004000.70.720.03752.801.110.7230026201167370004000.70.720.1102.801.221.00101257287768904100004000.70.790.3502.801.621.25203540316

13、0179065100004000.70.820.6652.802.071.423023602980245856100004000.70.851.0002.802.531.56402360298032880232風彎矩的計算截面00MW 只殳 F2(h R(li I2 la) P6(li I2 舟)= 481 500 2000 1167 6500 6890 15000 17906 25000 24585935000 32880 =2.0814 10 N mm截面1 111I 21316M w = P2- F3(l -). P6(l2 la .6)= 1000 11675500 689022214

14、0001790624000245853400032880 = 1.9978 109N mm截面22M= F3 ? - . P6(l3 l4 . f) =3500 6890 12000 17906 22000 2458593200032880 =1.832 10 N mm2.4地震彎矩計算取第一振型脈動增大系數(shù)1 =0.02，則衰減指數(shù)咐=0.9+ 0.05- =0.95 ,0.5+5 ZT1 =2.07S，地震設(shè)防烈度9度，故取max =0.32。查得 T； =0.40 ,0.02 (0.05 - J/9 =0.02(0.05 - 0.02)/9 二 0.0232 “ 0膺5咒02 = 131

15、9，- 0092 等直徑等厚度的塔，H /Di =40000 /1800 =22.215按下列方法計算地震彎矩。截面000 0 16169M E - uxomogH =漢 0.095 漢 91462 疋 9.81 漢 40000 =1.5漢 10 N mm 3535M E0- =1.25M 0衛(wèi)=1.25匯1.5 109 =1.9 x 109 N mm截面1 1*=書（10宀14巧4巧(10 4000035-14 4000025 1000 4 100035)8 0.095 914628 9.81175x400002.59= 1.44 10 N mmME1 =1.25M E1 =1.25 1.4

16、4 101.8 109N mm截面2 22 _2E& mg175H2.5(10H3.5-14H25h 4h35)113 5(10 40000 .2 53 5-14 40000 .3000 4 30008 0.092 91462 9.8125175 40000 .9=1.34 10 N mm2 _22 _29Me =1.25Me =1.670 N mm。2.5偏心彎矩的計算偏心質(zhì)量 叫=8000 Kg 偏心距e= 2000mm偏心彎矩 Me=mege=8000 9.81 2000 =1.57 108N mm化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計2.6 各種載荷引起的軸向應(yīng)力2.6.1計算壓力引起的軸向應(yīng)力Pc

17、Di4、e2.2 18004 10= 54MPa其中、e =、n-c = 12-2 = 10mm2.6.2 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 2截面1 10 0m g Di: ei1 1mg Dr ei91462 9.813.14 1800 10= 15.87MPa91462 9.813.14 1800 10-14.76MPa其中 m；=91462838 =90752Kg2 _2m。gDi ei91462 9.813.14 1800 10= 14.76MPa其中 m； =91462 -838-5766 =85030Kg2.6.3 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力-34M0_0max二 Di2.542 1090.

18、785 18002 10二 99.94MPa截面1 14M：；Diei94 2.436 103.14 1 6002 1 2= 88.02MPa截面2 24M max二Di2、ei4 2.253 1093.14 16002 12= 89.83MPa2.7塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核2.7.1 截面的最大組合軸向拉應(yīng)力校核截面2-2塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力發(fā)生在正常操作時的22截面上，其中,I.C =170 MPa，=0.85，K =1.2,K f =1.2 170 0.85 = 173.4 Mpa鳥=_鳥2 J = 54 -13.05 89.83 = 130.78MPa薦=130.78M

19、Pa： K、=1 734M P a 滿足要求2.7.2塔體與裙座的穩(wěn)定性校核截面2-2塔體22截面上的最大做和軸向壓應(yīng)力、二 尸 孑=13.05 89.83 = 102.88MPa爲：=102.88MPa ： Cr 二 min KB,K、二 min 140.4,204 =140.4MPa滿足要求其中A-0.094 eiRi0.094 10900-0.00104查圖5-9得15(16MnR,200)B =117MPa,、J =170MPa , K=1.2截面1-1塔體1 1截面上的最打組合軸向壓應(yīng)力11 1 1 11也=爲 +6 =15.18+88.78 =103.96MPa11tmax =10

20、3.96MPa ：、min KB,K、 = min 132,135.6 = 132MPa滿足要求0.094 、eiRi0.09410900二 0 .00104查圖 5-8 得(Q235-B，200) B=110MPa 、=113MPa K=1.2截面0-0 塔體00截面上的最大組合軸向應(yīng)力ax =、嚴 、嚴=15.78 99.94 “15.81M P a、鳥=115.81MPa ：、b =min KB,K、t =min 132,135.6 =132MPa滿足要求其中 B=110MPa 汀=113MPa K=1.2項目計算危險截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚度5e , mm101010截面

21、以上的操作質(zhì)量m0-i，kg914629075285030計算截面面積A， m565005863056500計算截面的截面系數(shù)N丄，mm3345 漢 105277 漢 105254 X10 5最大彎矩 m max， N * mm2.54X1092.47 漢 1092.28 漢 109最大允許軸向拉應(yīng)力K#打，MPa173.4最大允許壓應(yīng)力KB129129140.4K t丨135.6135.6204計算壓力引起的軸向拉應(yīng)力 w,MPa0054操作質(zhì)量引起的軸向壓力 斃 MPa15.8715.1814.76最大彎矩引起的軸向壓力nMPa99.9488.7889.83最大組合軸向拉應(yīng)力amax MP

22、a115.81103.96102.88最大組合軸向拉應(yīng)力 oi-jax MPa130.78強度總氓y k*打滿足要求4纟乂診殳竽化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計強度與穩(wěn)定校核0-0 Y J 1 O- max適-Cr1-1 Y 匚 max0cr2-2 Y J 1 T gDi e157550 9.813.14 1800 10= 27.32M Pa(4) 彎矩引起的軸向應(yīng)力T3二 27.76M P a4(0.3Mh， Me)_ 4 (0.3 1.832 1091.57 108)uDi23.11800102.8.2 水壓試驗時應(yīng)力校核(1) 筒體環(huán)向應(yīng)力校核0.9【飛=263.9M Pa T 171.95M

23、P a 2 639M Pa 滿足要求(2) 最大組合軸向應(yīng)力校核T- TT3 - 130.78MPa液壓試驗時 f -、下2，T3 =130.78MPa ： 0.9K-J =263.9MPa 滿足要(3) 最大組合軸向壓應(yīng)力校核、T2 T3 =19.27 27.93 =102.88MPa 訂心=min KB,0.9；s = min 140.4,310.5 = 140.4MPa滿足要求2.9基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計2.9.1基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 Dob 二 Dis 300 二 1800 300 = 2100 mmDib = Dis - 300 = 1800 - 300 = 1 5 0mm2.9.2 基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核t

24、 max二maX曲酬,0.3皿滬.歸S，其中zbAbzbAbAbDOb-D2)=0.785 (21002 -15002) = 1695600mm24Zb44二(D0b DQ32Dob44二(21004 -15004)32 2100-6.7218 108mm3(1)bmaxMmaf . mg _ 2.54 10991462ZbAb - 6.722 108 1695600= 3.84MPa(2)J b max0.3M Me mmaxg 0.3 1.8321091.571081575509.81T =十ZbAb6.7218 1081695600=1.14 MPa取以上兩者中的較大值6 =3.84MP

25、a，選用100號混凝土，由表8-9查得其許用應(yīng)力 Ra =5.0MPa ,6max =3.84 ： 5.0MPa 滿足要求。4纟乂診殳竽化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計2.9.3 基礎(chǔ)環(huán)的厚度二b =140MPa ; C =3 mm 。1 1bD0b-(Dis 2)2100-(1800 2 10)=140mm，假設(shè)螺栓直徑為b 140M 42，由表8-11查得丨=160 mm，當-0.88時，由表8-10查得l 160Mx 二0.1482 匚 bmaxb 二一0.1482 3.84 1402 =-11154( N .mm)My =0.0848 cbmaxl 0.0848 3.84 1602 = 833

26、6.1(N .mm)取其中較大值，故 Ms =11154.1(N.mm)按有筋板時計算基礎(chǔ)環(huán)厚度bMs+C=6 11154.11403 =24.86mm19圓整后取、七=25mm2.10地腳螺栓計算2.10.1地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力M W-0 Me mmin g M E 0.25 M W Me mo gc=maX,甘 +ZbAbZbAb ，其中mmin =51588.5 KgmE=1.87 109 N.mm M$=2.08 109N.mmm。=91472KgZb =6.7218 108mm998 1.86 109 0.25 2.088 109 1.57 108 _ 91462 9.81 6.

27、722X081695600 = 3.25MPaA = 1 6 9 5 6n0n03(1)匚 B1MW Me mmin g _ 2.08 109 1.57 108 8ZbAb6.7218 1051588.5 9.811695600= 3.03MPa0 -00-0M e +0.25Mw +Me mgB2 二ZbAb取以上兩數(shù)中的較大值， 6 =3.25MPa2.10.1地腳螺栓的螺紋小徑二 b =3.25 .0,選取地腳螺栓個數(shù)n=44,二bt =147MPa,C2 =3mm，.rBAb -4 x3.25江 1695600 - _ _ . .+士 _ . _ 未/曰 + 由田土人砧di = I+C

28、2= J+3=35.944mm，由表 8-12 查得 M 42 螺栓的二 n、.bt： 二 44 147螺紋小徑d 37.129mm，故選用44 - M 42的地腳螺栓，滿足要求?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計第3章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1塔體塔體包括塔殼筒體、封頭、人孔、手孔、葉面計、接管、法蘭等各受壓元件，其結(jié)構(gòu)形式和要求應(yīng)滿足GB150有關(guān)規(guī)定3.2板式塔及塔盤因塔徑為1600mn大于800mm故選用分塊式塔盤3.3塔設(shè)備附件3.3.1接管塔設(shè)備的塔體上配有各種工藝接管和儀表接管，大多數(shù)接管與一般容器上接管結(jié)構(gòu)相同3.3.2除沫裝置除沫裝置屬氣液分離裝置，用以出去氣體夾帶的液滴和霧沫，保證傳質(zhì)效率。觸

29、摸裝置可安裝在塔內(nèi)或塔上部，也可作為獨立的氣液分離設(shè)備。3.3.3吊柱對于高度大于15m的室外無框架的整體塔，應(yīng)考慮安裝和檢修時起吊塔臺及其他附件方便，所以常在塔頂安裝可轉(zhuǎn)動的吊柱。334裙式支座裙座是塔設(shè)備廣泛采用的一種支座，裙座有圓筒形和圓錐型兩種3.3.5保溫圈塔外保溫材料的支撐圈叫保溫圈。塔體保溫圈為I型。塔頂保溫圈為u型。塔底封頭保溫圈為川型。23參考文獻1 刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良?；ぴO(shè)備機械基礎(chǔ)（第六版）大連，大連理工大學出版社2006,12.2 蔡紀寧，張秋翔，化工機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導書。北京 化學工業(yè)出版社2010,8.3 余國琮化工容器及設(shè)備北京，化學工業(yè)出版社 1998.4 余國琮化工機械手冊天津，天津大學出版社1979. 閆康平 工程材料北京，化學工業(yè)出版社2001.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計設(shè)計結(jié)果評價及