化工设备课程设计计算书板式塔.docx
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化工设备课程设计计算书板式塔
化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名：
学号：
所在学院：
专业：
设计题目：
指导教师：
2011年月日
.设计任务书
2.设计参数与结构简图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
3.设备的总体设计及结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
4.强度计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7五.设计小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..13六.参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..14
一、设计任务书
1、设计题目
根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计设计题目：
各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：
填料塔（板式塔）
DNXXX设计。
例：
精馏塔（DN1800）设计
2、设计任务书
2.1设备的总体设计与结构设计
（1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式（填料塔、板式塔）；
（2）根据化工工艺计算，确定塔板数目（或填料高度）；
（3）根据介质的不同，拟定管口方位；
（4）结构设计，确定材料。
2.2设备的机械强度设计计算
（1）确定塔体、封头的强度计算。
（2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。
（3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。
（4）裙式支座的设计验算。
（5）水压试验应力校核。
2.3完成塔设备装配图
（1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3、原始资料
3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。
3.2参考资料：
[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：
化学工业出版社，2003.
[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3]GB150-1998.钢制压力容器[S]．
[4]郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：
化学工业出版社，2002.
[5]JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]．
4、文献查阅要求
设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号
5、设计成果
1、提交设计说明书一份。
2、提交塔设备（填料塔、板式塔）装配图一张（A1）
精馏塔设计例题）
二.设计参数与结构简图
1、设计参数
精馏塔设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得
工作压力
MPa：
0.1
设计压力
MPa：
0.11
塔体内径
mm：
1800
塔板数
块：
38
介质：
苯-甲苯混合物
2、结构简图（根据自己的设计题手画）
图1精馏塔结构简图
三.精馏塔的总体设计及结构设计
1、根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式（填料塔、板式塔）本设计的精馏塔型式为板式塔
2、根据化工工艺计算，确定塔板数目（或填料高度）。
由化工工艺计算塔板数目为30块
3、根据介质条件的不同，拟定管口方位。
4、结构设计，设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。
1）零部件材料的选取根据精馏塔工艺条件（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度）、材料的焊接性能、零件的制造工艺及经济合理性进行选材：
封头：
16MnR
塔体：
16MnR
接管：
20塔盘、底座：
Q235-B
容器法兰：
16MnR管法兰：
16MnII（材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表）
材料
许用应力[]t（MPa）
Q345R（16MnR）
170
Q235-B
113
16MnII
170
20
133
2）塔盘结构
根据工艺条件、塔体直径，
塔盘结构选为单液流分块式塔盘，
具体塔盘结构
及尺寸的选取见第十七章第三节
（p430-438）。
（自选）
3）工艺接管
接管的选取根据介质流量，参照GB12771-91，接管的选取如下表：
名称
进料管
塔顶回流管
塔底出料管
塔顶蒸汽管
再沸器回流管
公称直径
80
80
80
450
500
（mm）
4）压力容器法兰和接管法兰
压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。
（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过程）
设计条件：
工作温度
°C：
120
设计温度
°C：
150
工作压力
MPa：
0.1
设计压力
MPa：
0.11
塔体内径
mm：
1800
介质：
苯-甲苯混合物
（a）法兰类型DN=1800，p=0.11MPa，表10-1选甲型平焊；
（b）p=0.11MPa，t=150℃，查表10-10
材料为16MnR，定PN=0.25MPa，150℃时
允许[p]=0.25MPa>p，所以PN=0.25MPa。
（c）确定结构尺寸（p254）。
（d）法兰标记
法兰－RF1800－0.25JB/T4701-2000
选取结果如下表：
设备法兰
MFM1800-0.25JB/T4703-2000
材料Q345R（16MnR）
管法兰选取结果汇总：
进料管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶回流管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶蒸汽管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔底出料管法兰
HG20594法兰SO450-1.0MFM28
16MnII
在沸器回流管法兰
HG20594法兰SO500-1.0MFM28
16MnII
5）法兰密封垫片的选取
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表10-30法兰密封垫片选非金属软垫片PN=0.25MPa（JB/T4704-2000）P265垫片1800-0.25JB/T4704-2000
6）裙座选取裙座的选取根据参照《化工设备机械基础》图17-21确定裙座各尺寸。
支座选取裙式支座
7）人孔设置
人孔的选取根据筒体直径和公称压力参照《化工设备机械基础》表11-1和表11-6，
本设计中选用带颈平焊法兰人孔，公称压力1.0MPa，公称直径500mm，标准号为HG20594-95。
8）手孔设置
手孔选取同上，
本设计中选用不锈钢板式平焊人孔（仅限凸面），公称压力0.6MPa，公称直径150mm，标准号为HG20597-95。
9）视镜和液位计的选取
视镜和液位计的选取根据《化工设备机械基础》表11-9、表11-11选取
10）焊接接头形式和和焊接材料的选取
焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节（p367-377），焊接接头形式按HG20583-1998，A、B类焊接接头按照HG20583-1998中DU4，D类焊接接头按照HG20583-1998中G2，带补强圈D类焊接接头按照JB/T4736-2002中C，
焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379-382），标准GB/T5117-95、GB/T5118-95GB/T983-95
焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节（p378）
11）压力容器类别的划分
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，《化工设备机械基础》p386本设计塔器为低压分离设备，介质为易燃、中毒危害介质，故划分为一类压力容器。
四、强度计算
1、塔体壁厚计算（筒体的设计参照第八章第二节p172-185）。
塔体圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1
计算壁厚：
ptcDi（4-1）
2[]tpc
式中：
塔体的理论计算壁厚，mmpc：
塔体的计算压力，MPaDi：
塔体内径，mm
[]t：
钢板在设计温度下的许用应力，MPa
：
焊接接头系数；
名义厚度：
nC；（4-2）
C1C2；
C；
式中n：
名义厚度；
C1：
腐蚀裕量；
C2：
钢板负偏差；
：
圆整量；
e：
有效厚度；
查表《化工设备机械基础》表8-7[]t=170MPapc：
取塔体的设计压力，0.11MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85
pcDi=0.111800
2[]tpc=21700.850.11
C1=1mm
C2=0mm
2）封头的强度计算
（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。
塔体封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
：
焊接接头系数；
C1C2；
式中n：
名义厚度；
C1：
腐蚀裕量；
C2：
钢板负偏差；
：
圆整量；
e：
有效厚度；
查表《化工设备机械基础》表8-7[]t=170MPapc：
取塔体的设计压力，0.11MPa
焊缝为双面焊，
100%射线检测，取=1
代入数据到式（4-3）得：
pcDi
2[]t0.5pc
0.111800
==0.59mm
217010.50.11
C1=1mm
C2=0mm
代入数据到式（4-2）得：
名义厚度：
nC=2mm
按标准椭圆封头最小厚度min〉0.15%Di要求取n=6mm
查《化工设备机械基础》（p196）
选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h0取25mm
封头高度h取450mm
3）开孔补强计算
开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，补强圈尺寸按照《化工设备机械基础》p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选《化工设备机械基础》第十四章第二节p375C型。
开孔补强计算采用等面积补强法，其公式参照第十二章第一节（p326-p335）例：
人孔开孔补强计算：
人孔选公称压力1.0MPa，公称直径500mm，标准号为HG20594-95接管￠5308（p302）材料：
20
a.开孔所需补强面积；
A=d+2et（1-fr）（4-4）
式中fr：
强度削弱系数
d：
开孔直径mm
：
塔体的计算壁厚mm
et：
接管的有效厚度mmd=di+2Ct=（530-16）+2（1+0）=518mmet=nt-Ct=8-1=7mm塔体材料：
16MnR[]t=170MPa接管材料：
20[]tt=130MPatt130
frt==0.78
t170
=5180.69+20.697（1-0.78）
2
=359.5mm2
b.有效补强范围内的补强面积：
1有效补强范围
有效宽度：
B=2d=2518=1036mm
外伸高度：
h1=dnt=5188=64.4mm
内伸高度：
h2=0mm
2壳体多余截面积
A1=（B-d）（e-）-2et（e-）（1-fr）（4-5）
代入式（4-5）
A1=（1036-518）（7-0.69）-27（7-0.69）（1-0.78）
2
=1211.2mm2
3接管多余截面积
A2=2h1（et-t）fr+2h2（et-C2）fr（4-6）
式中di：
接管内直径mmdi=530-16=514mm
代入式（4-6）A2=2h1（et-t）fr+2h2（et-C2）fr
2=264.4（7-0.22）0.78=681mm2
4焊缝金属截面积
2
A3=66=36mm2
A1+A2+A3>A满足不另行补强条件，所以不需补强。
其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算
如计算结果需要补强，还需对其他接管进行补强计算）
4）筒体的稳定性校核因圆筒不受外压，所以此处不必对圆筒的周向稳定进行校核。
如筒体工作压力为真空，筒体的轴向稳定性校核参照第九章第六节（p242-244）。
5）裙座的轴向稳定性校核
裙座的轴向稳定性校核：
参照《化工设备机械基础》p442图17-21确定裙座各项尺寸，查取相关许用应力。
根据《化工设备机械基础》p242进行裙座的轴向稳定性校核。
6）座圈的压应力校核
m封头=1202=240kg（p197）
m筒体=26726.5=240kg（p195）
m塔盘=n（Aa+Af+Ai）ρ=6995.4kg
m水=v筒26.2ρ水+v封2ρ水=2.54526.21000+0.82621000
=68331kg（p195、197）
Q设备=m封头+m筒体+m塔盘=88445N
Q附件=10%Q设备=8844.5N
Q水=m水g=683319.81=670327N
A=π（1.8162-1.82）/4=0.034m2
PT1.25P[]t=1.25x0.11=0.14MPa
T[]t
卧置水压试验压力：
PTPT+h=0.14+0.23=0.37MPa
水压试验压力下的应力校核：
式中：
焊接接头系数=0.85
S：
塔体材料的屈服极限（p168）S=345MPa
PT：
水压试验压力
T：
圆筒水压试验压力下的应力
[]：
试验温度下材料的许用应力
[]t：
设计温度下材料的许用应力
Di：
圆筒内直径代入数据到式（3-8）
0.9
PT[Die]
2e
满足水压试验压力下的应力校核条件
五.设计小结
约300字左右）
六.参考文献
[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：
化学工业出版社，2003.
[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3]GB150-1998.钢制压力容器[S]．
[4]郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：
化学工业出版社，2002.
[5]JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]．
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