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 年月日目录. 设计任务书二.设计参数与结构简图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4三.设备的总体设计及结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5四.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温度 °C：120 设计温度 °C：150工作压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：塔体：16MnR封头：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) 170Q235-B 11316MnII 170201332）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：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°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－ RF 1800－0.25 JB/T4701-2000选取结果如下表：管法兰选取结果汇总：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1800-0.25 JB/T4704-20006）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500 mm，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/T5118-95 GB/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：p t c Di（4-1）2[ ]t p c式中：塔体的理论计算壁厚，mm p c：塔体的计算压力，MPa D i ：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：n C ；（4-2 ）C1 C2 ；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=170 MPa p c：取塔体的设计压力，0.11 MPa焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85p c D i = 0.11 1800代入数据到式（4-1 ）得：=0.69 mm2[ ]t p c =2 170 0.85 0.11C1 =1 mmC2 =0 mm代入数据到式（4-2 ）得：名义厚度： C = 2 mm按最小厚度min 要求取mmC 1 C 2 ；式中 n ：名义厚度；C 1：腐蚀裕量；C 2：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 =170 MPa p c ：取塔体的设计压力， 0.11 MPa 焊缝为双面焊， 100%射线检测，取 =1代入数据到式（ 4-3 ）得： p c D i2[ ]t 0.5p c0.11 1800 = =0.59 mm2 170 1 0.5 0.11C 1 =1 mm2） 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《钢制压力容计算壁厚： p c D i2[ ]t 0.5p c 4-3)式中 ：塔体封头的理论计算壁厚， mm p c ：塔体的计算压力， MPa D i ：塔体内径， mm[ ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，：焊接接头系数；名义厚度： C ；C2 =0 mm代入数据到式( 4-2 )得：名义厚度：n C = 2 mm按标准椭圆封头最小厚度min 〉0.15%D i 要求取n = 6 mm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450mm3)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p375 C 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500 mm，标准号为HG20594-95 接管￠530 8(p302) 材料：20a. 开孔所需补强面积；A=d +2 et(1- f r ) (4-4 )式中f r ：强度削弱系数d ：开孔直径mm：塔体的计算壁厚mmet：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 塔体材料：16MnR[ ]t=170 MPa 接管材料：20 [ ] t t=130 MPa t t 130f r t = =0.78t 170代入式( 4-4) A=d +2 et(1- f r )=518 0.69+2 0.69 7(1-0.78)2= 359.5 mm 2b. 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=2 518=1036 mm外伸高度： h 1= d nt = 518 8 =64.4 mm内伸高度： h 2= 0 mm② 壳体多余截面积A1=(B-d)( e - )-2 et( e - )(1- f r ) (4-5)代入式( 4-5 )A1=(1036-518)(7-0.69)-2 7(7-0.69)(1-0.78)2= 1211.2 mm 2③ 接管多余截面积A2=2h 1( et- t) f r +2h 2( et-C2) f r (4-6 )式中 di ：接管内直径 mm di=530-16=514 mm代入式( 4-6 ) A2=2h 1( et- t) f r +2h 2( et-C2) f r2=2 64.4(7-0.22)0.78=681 mm 2④ 焊缝金属截面积 2A3=6 6=36 mm 2 A1+A2+A3>A 满 足不另行补强条件，所以不需补强。