食品機械課程設(shè)計

1、課程設(shè)計臥式貯罐的設(shè)計課程名稱 食品機械與設(shè)備題目名稱臥式貯罐的設(shè)計學(xué)生學(xué)院 輕工化工學(xué)院 專業(yè)班級 09 食品科學(xué)與工程 4班 學(xué) 號3209002114學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 劉曉麗2012 年 6 月 11 日廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書題目名稱 每天貯液體積為 100m3的貯液罐學(xué)生學(xué)院 輕工化工學(xué)院專業(yè)班級 食品科學(xué)與工程 4 班姓名學(xué) 號 3209002114一、課程設(shè)計的內(nèi)容1、通過查閱有關(guān)資料， 熟悉基本工作原理、 特點和流程組成的設(shè)備及結(jié)構(gòu)2、進(jìn)行工藝參數(shù)的確定3、主要設(shè)備工作部件尺寸的設(shè)計4、繪制裝配圖5、撰寫課程設(shè)計說明書二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù) 臥式貯罐設(shè)計工藝設(shè)計條件 每天貯

2、液的體積 100m3 貯罐的填充系數(shù)： 80% 每天分 2 班，每班用 4 個貯液罐三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作 1課程設(shè)計說明書（紙質(zhì)版和電子版） 各1 份（ 3000字） 2設(shè)備裝配圖（ A4）1 張，裝訂在說明書的最后面。四、課程設(shè)計進(jìn)程安排序號設(shè)計各階段內(nèi)容地點起止日期1上午布置及講解設(shè)計任務(wù)；下午查閱資料及有關(guān)文獻(xiàn)第一周周一2有關(guān)工藝設(shè)計計算第一周周二 至周五3裝配圖繪制第二周周一 至周三4撰寫課程設(shè)計說明書第二周周四、 五五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 陳英南, 劉玉蘭 . 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計 M. 杭州：華東理工大學(xué)出版社，20052 張裕中 .食品加工技術(shù)裝備 M. 北京：中

3、國輕工業(yè)出版社， 20003 無錫輕工大學(xué)，天津輕工業(yè)學(xué)院 .食品工廠機械與設(shè)備 M. 北京：中國輕工業(yè) 出版社， 19894 崔建云. 食品加工機械與設(shè)備 M . 北京：中國輕工業(yè)出版社， 20085 李功樣，陳蘭英，崔英德 . 常用化工單元設(shè)備設(shè)計 M. 廣州 : 華南理工大學(xué) 出版社， 20034 GB/T 14690-1993-1993，技術(shù)制圖比例 S 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1993發(fā)出任務(wù)書日期：2012 年 6月 11日 指導(dǎo)教師簽名 ：計劃完成日期：2012 年 6月 22日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：主管院長簽章：課程設(shè)計考核表設(shè)計題目每天貯液體積為 100m3的貯液罐姓名董

4、艷班級 09 食品科學(xué)與工程 4 班設(shè)計（論文）起始時間 2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日設(shè)計完成情況：獨立完成，達(dá)到要求能夠完成， 達(dá)到要求能夠完成，基本達(dá)到要 不能按時完成，達(dá)不求 到基本要求說明書（論文）敘述清楚比較清楚基本清楚不清楚工作態(tài)度情況（學(xué)生對設(shè)計的認(rèn)真程度、紀(jì)律及出勤情況） ：認(rèn)真較認(rèn)真一般不認(rèn)真圖面是否清晰清晰比較清晰基本清晰不清晰計算是否正確正確 基本正確 不正確設(shè)計（論文）是否符合規(guī)范要求規(guī)范 基本規(guī)范 不規(guī)范成績評定:優(yōu)秀良好中等及格不及格指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要本次設(shè)計的是一套每天儲液的體積為 100m3的牛奶儲罐裝置， 該裝置

5、由攪拌 器 ，進(jìn)、出料口，人孔，溫度計、液位計、視鏡 、支座等設(shè)備組成。通過工藝 計算，本課程設(shè)計每天貯液的體積 100m3，貯罐的填充系數(shù)： 80%，每天分 2 班， 每班用 4 個貯液罐， 以以上生產(chǎn)任務(wù)為設(shè)計基礎(chǔ)。 罐體材料選擇為 AISI304 不銹 鋼材質(zhì)，通過貯液體積計算，圓整體積到 16m3，根據(jù)（ HGT-3154-1985臥式橢 圓型封頭系列） 圖表可得到相關(guān)罐體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 筒體壁厚 8mm，直徑 1800mm， 長度 5600mm, 封頭厚度 10mm等等，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)選合適的封頭 （JBT4737-1995 橢圓形封頭），通過一系列公式計算出攪拌器的功率為 1KW ，根

6、據(jù)實際生產(chǎn)需要， 選取適當(dāng)?shù)倪M(jìn)出口管系列， 進(jìn)出口接口管直徑 159mm, 把基本的生產(chǎn)設(shè)計參數(shù)確 定后基本定型，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制裝配圖。關(guān)鍵詞 ：儲罐，低壓容器，工藝計算，裝配圖目錄1. 設(shè)計方案的分析 . 11.1 貯罐類型的確定 11.2鋼體的選擇 11.3封頭選擇依據(jù) 11.4 容器的幾何形狀 11.5人孔的選擇 11.6法蘭的選擇 11.7墊片的選擇 21.8鞍座選擇依據(jù) 22. 工藝設(shè)計條件 .23. 工藝流程示意圖 .24. 設(shè)計基本參數(shù) 34.1 物料的物理化學(xué)性能參數(shù) 35. 工藝設(shè)計計算 .35.1 設(shè)備容量的確定 35.2 貯液罐的設(shè)計 . .35.21材質(zhì)選擇 35.2

7、2 幾何尺寸確定 35.3壁厚的確定 45.4 封頭的選擇 .55.5 攪拌器軸功率的計算 55.6 主要管徑的確定 65.61 人孔 65.62 視鏡 65.63 物料進(jìn)出口管 75.64排氣孔 75.65 液面計 75.66溫度計 85.7鞍座的選擇 85.8 壓力容器法蘭的選擇與設(shè)計 105.9 管法蘭的選擇與設(shè)計 105.10 墊片的選擇與設(shè)計 115.11 螺栓的選擇與設(shè)計 126. 課程設(shè)計的收獲感想 .137. 參考文獻(xiàn) .14附錄：儲罐裝配圖貯罐的設(shè)計1. 設(shè)計方案的分析1.1 貯罐類型的確定 本次設(shè)計的貯罐采用臥式圓筒貯罐，臥式貯罐主要應(yīng)用于儲存量較小，并且 貯罐的耐壓能力較

8、強。由于設(shè)計體積較小（約為100m3 ）且工作壓力較小（P=0.25MPa）可采用臥式圓筒形容器。貯罐是較典型的貯藏設(shè)備，在工業(yè)中應(yīng) 用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、能夠加熱物料、較方便、 可供選用的結(jié)構(gòu)材料廣闊、 適應(yīng)性強、 可用于各種溫度和壓強場合等優(yōu)點， 故在 大型貯罐中占優(yōu)勢。臥式貯罐的特點是，具有耐壓能力好、進(jìn)口揚程低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強度大，易 清洗且造價低。1.2 鋼體的選擇本次的設(shè)計中，筒體、封頭、鞍座墊板選用 16MnR，法蘭選用 16Mn 鍛，鞍 座和其余部件選用 Q235（低碳鋼），接管選用 10 號熱軋無縫鋼管。1.3 封頭選擇依據(jù) 從強度、結(jié)構(gòu)和制造方面綜合

9、考慮，采用橢圓形封頭最為合理。1.4 容器的幾何形狀 我國容器已實現(xiàn)了系列化和標(biāo)準(zhǔn)化1.5 人孔的選擇 壓力容器人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應(yīng)綜合 考慮公稱壓力、公稱直徑、工作溫度以及人、 手孔的結(jié)構(gòu)和材料等諸方面的因素。 人孔的類型很多， 選擇使用上有較大的靈活性， 其尺寸大小及位置以設(shè)備內(nèi)件安 裝和工人進(jìn)出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要 , 在這考慮到人孔蓋直徑較大 較重 , 可選擇回轉(zhuǎn)蓋對焊法蘭人孔。1.6 法蘭的選擇壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。 平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。 管 法蘭

10、分帶頸平焊法蘭與板式平焊法蘭。 本次課程設(shè)計的設(shè)計壓力為 0.25MPa，所 以分別選用甲型平焊法蘭和板式平焊法蘭。法蘭設(shè)計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設(shè)計參 照原化學(xué)工業(yè)部于 1997 年頒布的鋼制管法蘭、墊片、緊固件標(biāo)準(zhǔn)（HG20592 HG20635-1997）的規(guī)定。1.7 墊片的選擇在化工貯罐，普遍使用的墊片是石棉橡膠板（代號： XB350 ）。但是本次設(shè) 計貯罐貯藏的物料是鮮奶， 屬于食品。 而石棉因有害健康被禁止使用， 因此此次 的設(shè)計選用無石棉材料的天然橡膠墊片（代號： NR）。1.8 鞍座選擇依據(jù) 鞍式支座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式支座。 而一臺臥式容器支

11、座一般情況不宜 多于二個。鞍式雙支座分 S型和 F型。本次設(shè)計選用雙鞍座輕型鞍座，并采用 S 型。2. 工藝設(shè)計條件臥式貯罐設(shè)計工藝設(shè)計條件 每天貯液的體積 100m3 貯罐的填充系數(shù)： 80% 每天分 2 班，每班用 4 個貯液罐3. 工藝流程示意圖圖 3.1 工藝流程圖4. 設(shè)計基本參數(shù)4.1 物料的物理化學(xué)性能參數(shù)鮮奶密度為 1100 kg/m3設(shè)計壓力（最大使用壓力） : 0.25MPa 貯存物料的溫度：最高貯存溫度為室溫，最低貯存溫度取物料的凝固點 設(shè)計溫度： 25°C腐蝕性：低腐蝕性，腐蝕余量大約為 1mm 毒性：無毒進(jìn)出量：每天貯液體積為 100m3, 分 2 班，4個

12、貯罐，所以每個貯罐的裝液體 積為 12.5m3。設(shè)計 0.1h 內(nèi)裝液完畢，所以體積流量為：Vs V /t 12.5/（0.1 3600） 0.035m3 /s5. 工藝設(shè)計計算5.1 設(shè)備容量的確定 生產(chǎn)能力要求：每天貯液的體積為 V 100m3/d 填充系數(shù)： b=80%貯液罐的總?cè)莘e : v總 v b =100/0.8=125 m3/d 分 2 班，每班用 2 個貯液罐則有貯液罐的容量為125v總=15.6252x4將容積圓整到 16m3，數(shù)量取 5 個（一個備用）5.2 貯液罐的設(shè)計5.21 材質(zhì)選擇選用 AISI304 不銹鋼材質(zhì)5.22 幾何尺寸確定 由計算的容積查HGT 3154

13、-1985 臥式橢圓形封頭貯罐系列國家標(biāo)準(zhǔn)，得到以下數(shù)據(jù)表 5.1 HG5-1580-85 (2.5Mpa)公封支稱 全容 公稱 壁頭支座 座容 積 直徑 厚長度 厚位置 位積 VDgSL 度L1置VgS1L2貯 罐 總 長 度 L0允 焊許 縫腐 系蝕 數(shù)裕 度 mm標(biāo)準(zhǔn)序號量kg16 15.98 1800 8 5600 10 4780 410 6600 1 1.5 2430 HG5-1580-85-325.3 壁厚的確定按上面查得壁厚為 S=8mm ，封頭壁厚 S1=10mm （在壓力為 2.5Mpa 的情 況下，對內(nèi)徑小于 3800mm 的最小厚度約為內(nèi)徑的 0.002 倍，碳素鋼或普通

14、合金 鋼不小于 3mm, 不銹鋼容器不小于 2mm. 封頭比筒壁厚 2-3mm）標(biāo)準(zhǔn)編號 :JB/T 4735-1997標(biāo)準(zhǔn)名稱 :鋼制焊接常壓容器頒布部門 :中華人民共和國機械工業(yè)部 內(nèi)容簡介 :本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鋼制焊接常用容器的設(shè)計、制造、檢驗與驗收的要求。5.4 封頭的選擇查表 JBT 4737-1995 橢圓形封頭得在公徑 1800 的封頭的數(shù)據(jù)為以下表 5.2 JBT 4737-1995厚度公稱直徑曲面高度直邊高度（碳素鋼低內(nèi)表面積容積質(zhì)量合金鋼復(fù)DN (mm)h(mm)h2 (mm)合鋼板）2A( m2 )V(m3)m(kg)（mm）180045040103.73830.8652287

15、.91即封頭 JBT 4737-1995 DN1800×10-16MnR，在這次課程設(shè)計，選用和筒體 相同的材料，為低合金鋼材料。5.5 攪拌器軸功率的計算35根據(jù)公式 : P 2NP 3 Ld 5P0無通氣攪拌輸入的功率（ W）；NP功率準(zhǔn)數(shù)，是攪拌雷諾數(shù) ReM 的函數(shù)， NP3.5 雙槳式 45 度攪拌器 ； 渦輪轉(zhuǎn)速：取 1 r/min ；L液體密度（ kg/m3）取牛奶密度為 1100 kg/m3 ；2 攪拌器檔數(shù)d D 1.8D 攪拌器的直徑 d 3 = 3 =0.6m53P 3.5 0.65 1100 13 2 598.752 WP 電機功率Pg K ?K附加功率消耗系

16、數(shù)，取 K=1.5 傳動效率，取 =0.9p軸功率( kw )PPg K997.92 w= 0.99792KWn5.6 主要管徑的確定5.61 人孔 人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。 本次設(shè)計只設(shè)置 1 個人孔，材料使用 Q235-AF 碳素鋼，查閱文獻(xiàn)，選取標(biāo)準(zhǔn)號 HG 21516-2005，標(biāo)準(zhǔn)適用于公稱壓力 PN小于或等于 0.6MPa。本次設(shè)計公稱壓力為 0.25MPa<0.6MPa, 允許使用 0.6MPa 的標(biāo)準(zhǔn)。人孔直徑為 450mm、高度 為 220+104=324mm，開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸 800mm 處。尺寸表示如下：表 5.3 人

17、孔尺寸表(mm )密 封 面 型 式公 稱 壓 力 PN (M Pa)公Lbb1b2H1H2d螺柱數(shù)量螺柱直徑×長度總 質(zhì) 量 (kg)其 中 不 銹 鋼 (kg)稱D1AB直 徑 DNdw×sD突面0.6450480×65955503301502003022242201042016M20×11595.7-5.62 視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計只設(shè)置 1 個視鏡，材料是 Q235碳素鋼，查閱文獻(xiàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)號 HG21505-1992，以 0.6MPa 作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)格確定。視鏡公稱直徑為 150mm， 高度為 54mm，采用 A 型突面視鏡設(shè)計

18、。尺寸表示如下：表 5-4 視鏡表 (mm)管法蘭觀重量重量公稱直察DKdXHf1f2n-d5(kg)(kg)徑孔AB(DN)d11501502602252021885434.58-1814.4514.055.63 物料進(jìn)出口管3因為Vs 0.035m3 / s ,依據(jù)化工原理知鮮奶屬于低粘度液體，流速一 般為 1.5-3.0m/s 之間，則取流體進(jìn)入貯罐流速為 U 1 =2m/s，所以取流速 u=2.0m/s， 則：d(4Vs / 3.14u)(4 0.035 / 3.14 2) 0.149m 149mm經(jīng)圓整采用 159mm× 5mm 熱軋無縫鋼管，實際鮮奶進(jìn)出口管內(nèi)流速為： u

19、=2.0m/s故管道接口選取如下：進(jìn)料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑 159mm，開在筒體壁 上端排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑 159mm，開在筒體壁 下端設(shè)計接管高度為 180mm，為避免物料沿設(shè)備內(nèi)壁流動以減少磨蝕和腐蝕， 進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部并將管的一端切成 45°配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法 蘭標(biāo)記： HG20592，法蘭 PL68-1.6RF Q235A。5.64 排氣孔公稱直徑： 40，標(biāo)準(zhǔn)： JB/T81-19945.65 液面計公稱直經(jīng)：25，標(biāo)準(zhǔn)：PN0.25DN25HGJ49-91, 型號

20、 R6-1，液面計型號為 R6-1，根據(jù) HG21588-1995，R 代表液面計選用反射式玻璃板液面計。根據(jù)HG21590-1995，可知液面計長度為 550mm。5.66 溫度計公稱直徑： 32，標(biāo)準(zhǔn)： PN0.25DN32HGJ49-91，型號 Pt100，溫度計型號為Pt100，屬于鉑電阻溫度傳感器。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計的固定裝置安裝標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計溫度計長度為550mm。表 5.5儀器接口名稱公稱直徑尺寸標(biāo)準(zhǔn)型號液面計25PN0.25DN25HGJ49-91R6-1溫度計32PN0.25DN32HGJ49-91Pt100表 5.6 貯液罐設(shè)備性能技術(shù)參數(shù)三線表序號名稱單位指標(biāo)1電機KW1.

21、002攪拌軸rpm1.53總?cè)萘縨3164實用量m315.635貯液罐直徑m1.86貯液罐出口直徑mm1595.7 鞍座的選擇臥式罐選擇鞍式支座（標(biāo)準(zhǔn)： JB/T4724.1-2007），根據(jù)罐的公稱直徑 DN 值 大小，以及允許載荷的大小， 和圓筒強度的需要， 查閱相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)， 可選擇 120° 包角輕型帶墊板鞍式支座。支座的材料最好與筒體材料相同，焊接采用電焊弧， 焊條牌號根據(jù)支座材料（即筒體材料，為 AISI304 不銹鋼材質(zhì)）參照選用 GB5117-95 碳鋼焊條。焊接接頭型式和尺寸按 GB/T985 中的規(guī)定，選用對接型 式，尺寸為焊絲直徑為 4mm。支座的具體參數(shù)如下：圖

22、 5.3 鞍式支座查 JBT 4712.1-2007容器支座第 1 部分鞍式支座得數(shù)據(jù)為以下表 5.7 鞍式支座數(shù)據(jù) 單位： mm公稱直徑DN允許 載荷 Q kN鞍座腹板2筋板l3筋板b2筋板b3筋板3高度 h底板l1底板b1底板118008562501280220161429619026012接下表墊板弧長墊板b4墊板4墊板 e螺栓間距l(xiāng)2螺栓螺栓 孔長l鞍座 質(zhì)量 kg增加 100mm 高度增 加的質(zhì) 量 kg螺孔 d螺栓螺紋21003501040112028M2460185225.8 壓力容器法蘭的選擇與設(shè)計根據(jù)壓力容器法蘭 TB4702-92 標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計采用甲型平焊法蘭（平密封 面

23、），法蘭采用 16Mn（ 鍛） 作為材料，設(shè)計壓力為 0.25MPa。表 5-8 壓力容器法蘭尺寸表單位 ： mm公稱直徑DN法蘭D法蘭D1法蘭D2法蘭D3法蘭D4法蘭法蘭 d螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量1800193018901855184118385623M20525.9 管法蘭的選擇與設(shè)計由于設(shè)計壓力為 0.25MPa，管法蘭采用 16Mn（鍛），根據(jù) HG20593-97標(biāo)準(zhǔn)，板式平焊法蘭適用于壓力為 0.25MPa0.6MPa。本次設(shè)計采用全平面板式平焊鋼 制管法蘭。管口公稱管子法蘭螺栓螺栓螺栓螺紋法蘭法蘭法蘭理名稱直徑外徑外徑孔中孔直孔數(shù)Th厚度內(nèi)徑論重量DNBD心直徑L量nCB（Kg）徑K液

24、面計253210075114M1014330.73溫度計323812090144M1216391.19接管150159265225188M16201615.14視鏡150159265225188M16201615.14人孔4504805955502216M203048520.5表 5.9 管法蘭尺寸表單位： mm5.10 墊片的選擇與設(shè)計由于設(shè)計壓力為 0.25MPa, 根據(jù) HG20606610-1997 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于公 稱壓力為 0.25MPa4MPa, 墊片材料采用天然橡膠（ NR），墊片的類型根據(jù)全平 面板式平焊鋼制管法蘭，相應(yīng)地采用全平面墊片，如下圖。表 5-10 鋼制管非金屬

25、墊片尺寸表 單位 ： mm管口公稱墊片墊片螺栓螺栓螺栓孔墊片名稱直徑內(nèi)徑外徑孔數(shù)孔直中心圓厚度DNDN maxD2量徑直徑 KTnL液面計2534100411751.5溫度計3243120411901.5接管1501692658182251.5視鏡1501692658182251.5人孔450480595162249535.11螺栓的選擇與設(shè)計設(shè)計壓力為 0.25MPa, 螺栓材料采用 Q235，根據(jù) HG20613鋼制管法蘭用緊 固件，本次設(shè)計使用的管法蘭六角頭螺栓采用符合 GB 5785（細(xì)牙）的要求。如 下圖所示，螺栓的端部應(yīng)采用倒角端。圖 5.4圖 5.5因此六角頭螺栓對應(yīng)使用的螺母應(yīng)是如下圖所示類型表 5.11 六角螺栓長度、質(zhì)量表管口名稱公稱 直徑 DN螺紋 M螺栓 數(shù)量 nLSR質(zhì)量（Kg）LZR質(zhì)量 (Kg)液面計25M1045036.325036.32溫度計32M1246060.716060.71接管150M16870132.370132.3視鏡150M16870132.370132.3人孔450M201695277.490265.5螺紋相應(yīng)的墊片尺寸，引用 GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓墊片材 料采用非金屬墊片，天然橡膠（ NR）。表 5.12 螺紋相應(yīng)墊片尺寸表 單位： mm公稱尺寸 （螺紋規(guī) 格） d內(nèi)