化工機(jī)械與設(shè)備課程設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)江大學(xué)化工機(jī)械與設(shè)備課程設(shè)計(jì)題 目 名 稱： 化工機(jī)械與設(shè)備課程設(shè)計(jì) 系 部： 化 學(xué) 工 程 系 專 業(yè) 班 級(jí)： 化 工 班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 評(píng) 分： 指 導(dǎo) 教 師： 日 期： 目 錄1.塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書12. 設(shè)計(jì)計(jì)算書32.1 設(shè)計(jì)條件32.2 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度42.3 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算42.4 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算72.5 地震彎矩計(jì)算92.6 各種載荷引起的軸向應(yīng)力112.7 塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核132.8 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核162.9 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)172.10 地腳螺栓計(jì)算182.11計(jì)算結(jié)果193總結(jié)204.參考文獻(xiàn)215.附錄21化

2、工機(jī)械與設(shè)備課程設(shè)計(jì)1.塔設(shè)備設(shè)計(jì)任務(wù)書介質(zhì)質(zhì)量流量： 9000 kg/h工作溫度（塔底/塔頂）： 120/ 100工作壓力（塔底/塔頂）：0.66 /0.6 mpa介質(zhì)粘度：0.191/0.015cp介質(zhì)氣相密度：34.8 kg/m3介質(zhì)液相密度：1158 kg/m3設(shè)計(jì)流率范圍： 50-110%塔徑： 800 mm板間距: 400 mm塔板數(shù)(塊)：50塔板類型：溢流堰式篩板塔保溫層厚度為100mm，保溫材料密度=300kg/m3。從離地面4m處起，每隔5m設(shè)一鋼制平臺(tái)，共設(shè)4個(gè)，每個(gè)平臺(tái)投影面積按0.5m2計(jì)。還設(shè)有一籠式扶梯。裙座在離地面0.8m處開有2個(gè)人孔，裙座高2m，其結(jié)構(gòu)自行設(shè)

3、計(jì)。設(shè)備安裝在成都，地震烈度為8度。1.1塔設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求工作壓力/mpa0.66塔體內(nèi)徑/mm800設(shè)計(jì)壓力/mpa0.73塔高/mm27000工作溫度/120設(shè)計(jì)壽命10設(shè)計(jì)溫度/140泡罩規(guī)格/個(gè)數(shù)介質(zhì)名稱泡罩間距/mm介質(zhì)密度/kg/m31158保溫材料厚度/mm100傳熱面積/m2保溫材料密度/kg/m3300基本風(fēng)壓/n/m2300塔盤上保留介質(zhì)層高度50地震基本烈度8殼體材料q235-b場(chǎng)地類別內(nèi)件材料塔形填料塔裙座材料q235-a塔板數(shù)目50偏心質(zhì)量塔板間距/mm400偏心距/mm1000塔設(shè)備已知設(shè)計(jì)條件及分段示意圖已知設(shè)計(jì)條件塔體內(nèi)徑 800mm塔體高度 h27

4、000mm設(shè)計(jì)壓力 p0.66mpa設(shè)計(jì)溫度 t110塔體材料16mnr許用應(yīng)力170mpa170mpa 設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 e mpa常溫屈服點(diǎn) mpa225mpa厚度附加量 c2mm塔體焊接接頭系數(shù)0.85介質(zhì)密度 1158塔盤數(shù) n50每塊塔盤存留介質(zhì)層高度 50mm基本風(fēng)壓值 /300地震設(shè)防烈度8場(chǎng)地類別偏心質(zhì)量 3000偏心距 e1000mm塔外保溫層厚度 100mm保溫材料密度 300裙座材料q235-a許用應(yīng)力 170mpa常溫屈服點(diǎn) 235mpa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量e 厚度附加量 2mm人孔 平臺(tái)6地腳螺栓材料q235-a 腐蝕裕量3mm許用應(yīng)力147mpa 個(gè)數(shù) n302.

5、設(shè)計(jì)計(jì)算書2.1 設(shè)計(jì)條件塔體與裙座的機(jī)械設(shè)計(jì)條件如下:（1） 塔體內(nèi)徑，塔高近似取。（2） 計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度（3） 設(shè)置地區(qū):基本風(fēng)壓值，地震設(shè)防烈度為8度。（4） 塔內(nèi)裝有層溢流堰式篩板塔。介質(zhì)粘度:0.191/0.015cp，介質(zhì)氣相密 度:34.8 kg/m3，介質(zhì)液相密度:1158 kg/m3。 （5） 從離地面4m處起，每隔5m設(shè)一鋼制平臺(tái)，共設(shè)4個(gè)，每個(gè)平臺(tái)投影面積 按計(jì)。（6） 保溫層厚度為100mm，保溫材料密度2。（7） 裙座在離地面0.8m處開有2個(gè)人孔，裙座高2m，還設(shè)有一籠式扶梯。（8） 塔體與封頭材料選用16mnr，其中， 。（9） 裙座材料選用。（10） 塔體與

6、裙座對(duì)接焊縫，塔體焊接接頭系數(shù)。（11） 塔體與封頭厚度附加量，裙座厚度附加量。（12） 絲網(wǎng)填料塔其他有關(guān)工藝尺寸如圖所示。2.2 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度塔體和封頭厚度計(jì)算(2.2.1). 塔體厚度計(jì)算 =考慮厚度附加量c=2mm，經(jīng)圓整，取n=12mm。(2.2.2). 封頭厚度計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭: (mm)考慮厚度附加量c=2mm，經(jīng)園整，取n=12mm。2.3 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算(2.3.1). 筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量圓筒質(zhì)量: (kg)封頭質(zhì)量: (kg)裙座質(zhì)量: (kg) =+=5640+142.4+480=6262.4 (kg)說(shuō)明: (1)塔體圓

7、筒總高度為h0=23.5m (2)查得dn800，厚度12mm的圓筒質(zhì)量為240kg/m. (3)查得dn800，厚度 12mm的橢圓形封頭質(zhì)量為71.2kg/m. (4)裙座高度2000mm.(2.3.2)塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量= (kg) (由2表8-1查得篩板塔質(zhì)量為65kg/m2)(2.3.3). 保溫層質(zhì)量其中，為封頭保溫層質(zhì)量/(2.3.4). 平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 說(shuō)明:由表8-1查得，平臺(tái)質(zhì)量:；籠式扶梯質(zhì)量:；籠式扶梯總高:；平臺(tái)數(shù)量:。(2.3.5). 操作時(shí)物料質(zhì)量 說(shuō)明: 物料密度=1158；封頭容積塔體圓筒部分深度h0=1.8m；塔板層數(shù)n=50；塔板上液層高度=0.05m。(2.3

8、.6). 附件質(zhì)量按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為 =0.25=1565.60 (kg)(2.3.7). 充水質(zhì)量 其中，.(2.3.8). 各種質(zhì)量載荷匯總?cè)鐖D所示，將全塔分成六段，計(jì)算下列各質(zhì)量載荷: 塔段01122334455頂合計(jì)塔段長(zhǎng)度/8001200600063006300640027000人孔與平臺(tái)數(shù)0011114塔板數(shù)00121414105024035914401512151211996262_391.87457.18457.18326.561632.8_14.25522.24548.36548.36440.752073.963248419.45431.45431.45391.451753.

9、8_182.863362.504272.914272.913234.9415626.126089.80360378378299.801565.60_150.52814.43011.323011.323119.9612107.4_10002000_30003321693.918496.067599.97599.95892.531914.28各塔段最小質(zhì)量3321693.918182.5647234.1567234.1565631.25214981.92全塔操作質(zhì)量 31914.28全塔最小質(zhì)量14981.92水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的最大質(zhì)量28395.562.4 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算(2.4.1). 風(fēng)載荷計(jì)

10、算示例 風(fēng)載荷計(jì)算示例（見附圖一）以2-3段為例計(jì)算風(fēng)載荷： 式中:體型系數(shù)，對(duì)圓筒形容器，=0.7高處基本風(fēng)壓值，風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查表8-5得:1.17計(jì)算段長(zhǎng)度，6000脈動(dòng)影響系數(shù)，由表8-7查得:0.78塔的基本自振周期，對(duì)等直徑、等厚度圓截面塔: 脈動(dòng)增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由表8-6查得:3.54振型系數(shù)，由表8-8差得:0.14風(fēng)振系數(shù) 塔有效直徑.設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成，取以下式中較大者 400mm，取200mm，100mm (mm) 取1590.67mm 以上述方法計(jì)算出各段風(fēng)載荷，列于下表中。(2.4.2).各段塔風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果計(jì)算段 平臺(tái)數(shù)18003000.70.780

11、.013.541.090.190.8001424.0 48.75 212003000.70.780.013.541.080.472.0001424.0 169.05 360003000.70.780.143.541.351.108.01166.671590.7 2987.5 463003000.70.780.363.541.691.4514.31158.731590.7 5143.7 563003000.70.830.643.542.131.6820.61158.731590.7 7509.6 664003000.70.831.03.542.342.20271156.251590.7 1098

12、5.8 (2.4.3)風(fēng)彎矩計(jì)算截面截面截面2.5 地震彎矩計(jì)算地震彎矩計(jì)算時(shí)，為了便于分析、計(jì)算. (2.5.1). 地震彎矩計(jì)算示例取第一振型脈動(dòng)增大系數(shù)為 0.02則衰減指數(shù) 2.30塔的總高度 27000mm 綜合影響系數(shù) =0.4全塔操作質(zhì)量 31914.28kg重力加速度 地震影響系數(shù) 由表8-2查得0.34防烈度8級(jí))由表8-3查得0.55計(jì)算截面距地面高度:截面:0 mm截面: 800mm截面:2000mm等直徑、等厚度的塔，按下列方法計(jì)算地震彎矩(2.5.2). 地震彎矩計(jì)算截面截面 截面 (2.5.3). 偏心距計(jì)算 偏心距計(jì)算 2.6 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 各種載荷引起

13、的軸向應(yīng)力(2.6.1).計(jì)算壓力引起的軸向拉應(yīng)力1其中， (2.6.2).操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力2截面0-0令裙座厚度12mm；有效厚度12-2=10mm；截面1-1 其中， 31419.28-332=31097.28(kg)；為人孔截面的截面積，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得:截面2-2 其中，；。 (2.6.3).最大彎矩引起的軸向應(yīng)力截面0-0其中，截面1-1其中，為人孔截面的抗彎截面系數(shù)，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得；截面2-2其中，2.7 塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核(2.7.1).塔體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(shí)的2-2截面上

14、，其中；k=1.2；. 滿足要求.(2.7.2).塔體與裙座的穩(wěn)定校核截面2-2 塔體2-2截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中， 查圖5-9（16mnr，120）b=150mpa， ， k=1.2截面1-1塔體1-1截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求.其中，查圖5-8得（q235-a，100）b=175mpa，k=1.2截面0-0 塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中， b=175mpa，k=1.2各危險(xiǎn)界面強(qiáng)度與穩(wěn)定校核匯總項(xiàng)目計(jì)算危險(xiǎn)截面0-0 1-1 2-2群體與群組有效厚度 10 10 10 截面以上的操作質(zhì)量 31419.28 31097.28 30403.17

15、計(jì)算截面面積 計(jì)算截面的抗彎截面系數(shù) 最大彎矩 最大允許軸向拉應(yīng)力， 173.4 173.4 173.4最大允許軸向壓應(yīng)力/mpa kb 210 210 180204 204 204計(jì)算壓力引起的軸向拉應(yīng)力 14.60 14.60 14.60操作質(zhì)量引起的軸向拉應(yīng)力 12.27 8.99 11.87最大彎矩引起的軸向拉應(yīng)力 98.42 106.05 97.18最大組合軸向拉應(yīng)力 _ _ 29.6最大組合軸向壓應(yīng)力 110.69 115.04 109.5 強(qiáng)度 強(qiáng)度與穩(wěn)定校核 穩(wěn)定性_ _ 2.8 塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力(2.8.1.1). 實(shí)驗(yàn)壓力和液柱靜壓

16、力引起的環(huán)向應(yīng)力 (2.8.1.2). 試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力(2.8.1.3). 最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力(2.8.1.4).彎矩引起的軸向應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核(2.8.2.1). 筒體環(huán)向應(yīng)力校核滿足要求(2.8.2.2). 最大組合軸向拉應(yīng)力校核滿足要求(2.8.2.3). 最大組合軸向壓應(yīng)力校核滿足要求。2.9 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)(2.9.3). 基礎(chǔ)環(huán)的厚度假設(shè)螺栓直徑為m24，由表查得，當(dāng)時(shí)，由表查的：取其中較大值，故.按有筋板時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度：圓整后取16.2.10 地腳螺栓計(jì)算地腳螺栓計(jì)算(2.10.1). 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力其中，（1）（2）取以上兩數(shù)中的較大植

17、，(2.10.2). 地腳螺栓的螺紋小徑，選取地腳螺栓個(gè)數(shù)n=20；.由表8-12查得m30螺栓的螺紋小徑，故選用30個(gè)m30的地腳螺栓，滿足要求。 2.11計(jì)算結(jié)果塔體圓筒名義厚度n ，mm12.00塔體封頭名義厚度hn ，mm12.00塔設(shè)備的操作質(zhì)量 mo ，kg31914.28塔設(shè)備的最小質(zhì)量m min ，kg14981.92塔設(shè)備的最大質(zhì)量 m max ，kg28395.56塔設(shè)備的自振周期 t1 ，s2.30底截面處地震彎矩 270500331.00底截面處地震彎矩 338125413.74截面1-1處地震彎矩324100076.24截面2-2處地震彎矩303075517.330-

18、0截面的風(fēng)彎矩 465049507.791-1截面的風(fēng)彎矩 464894768.742-2截面的風(fēng)彎矩 458819087.63試驗(yàn)壓力引起的周向應(yīng)力t ，mpa47.69試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力t1 ，mpa18.15重力引起的軸向應(yīng)力t2 ，mpa11.09彎矩引起的軸向應(yīng)力t3 ，mpa33.25裙座許用軸向應(yīng)力 ，mpa180.00基礎(chǔ)環(huán)面積 ab ，mm2753600.00基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力b ，mpa140.00水壓試驗(yàn)時(shí)壓應(yīng)力b1 ，mpa4.73操作時(shí)壓應(yīng)力b2 ，mpa1.72混凝土基礎(chǔ)上的最大應(yīng)力b max ，mpa4.73計(jì)算力矩12693.98基礎(chǔ)環(huán)中螺栓承受的最大拉應(yīng)

19、力b3.76地腳螺栓個(gè)數(shù) n20.00地腳螺栓材料的許用應(yīng)力bt ，mpa147.00地腳螺栓紋小徑 d1 ，mm38.043.總結(jié)經(jīng)過兩周的努力，我終于按時(shí)地完成了本次化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)。首先我要感謝帥老師對(duì)我們的悉心教導(dǎo)，讓我學(xué)到了很多關(guān)于程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)并將其運(yùn)用到課設(shè)中去。其次我還要感謝那些在課程設(shè)計(jì)中幫助我的同學(xué)們，沒有他們，我很難如期的完成課設(shè)任務(wù)。由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一開始我就遇到了很大的困難。以前我沒有試過將多個(gè)學(xué)科的知識(shí)綜合的運(yùn)用去作設(shè)計(jì)，而且我的基礎(chǔ)知不是特別牢靠，設(shè)計(jì)一開始我在查找數(shù)據(jù)上就出現(xiàn)了問題，通過請(qǐng)教老師和同學(xué)們的討論，我知道那些數(shù)據(jù)該怎樣查找和處理，最終完成了初步的設(shè)計(jì)計(jì)算。在隨后的autocad畫圖也同樣出現(xiàn)了問題，我不清楚要從哪方面著手來(lái)畫圖，后來(lái)自己查了一些相關(guān)資料，最終在老師和同學(xué)的幫助下一點(diǎn)一點(diǎn)地分析問題并完成了設(shè)計(jì)圖的初步繪制。接著我又請(qǐng)教了cad制圖學(xué)的比較好的同學(xué)，在他們的幫助下，將自己的設(shè)計(jì)圖進(jìn)一步地修改和完善。從這次課程設(shè)計(jì)中我明白了做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，首先要有足夠的耐心和扎實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)，還要懂得借助圖書和網(wǎng)絡(luò)查詢相關(guān)的知識(shí)，特別要注重細(xì)節(jié)!相比于以往的課程設(shè)計(jì)，此次的課程設(shè)計(jì)需交電子版本和打印版本，所以