塔设备设计课程设计.doc

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1、化工机械课程设计题 目 名 称： 塔设备设计 学 院 （系）： 化学与环境工程学院 专 业 班 级： 化工11203班 班 级 序 号： 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 日 期： 目录一、设计计算书31按设计压力计算塔体和封头厚度52塔设备质量载荷计算53自振周期计算84地震载荷与地震弯矩计算85风载荷与风弯矩计算106圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核127塔设备压力实验时的应力校核138裙座轴向应力核算149基础环设计1510地脚螺栓计算1611计 算 结 果17二、总结18三、参考文献19一、设计计算书塔设备设计任务书设计参数及要求工作压力/MPa0.5塔体内径/mm2200设计压力/

2、MPa0.55塔高/mm19270工作温度/140设计寿命10年设计温度/160浮阀规格/个数300介质名称苯-氯苯浮阀间距/mm7585介质密度/(Kg/m3)900保温材料厚度/mm100传热面积/m2保温材料密度/(Kg/m3)300基本风压/(N/m2)250塔盘上保留介质层高度100地震基本烈度8壳体材料16MnR场地类别内件材料16MnR塔形筒体裙座材料Q235-A塔板数目26偏心质量4000塔板间距0.40偏心距2000腐蚀速度接管表符 号公 称 尺 寸连 接 面 形 式用 途450人孔32突面温度计c500突面进气口80突面加料口25突面压力计f480突面排气口g80突面回流口

3、25突面取样口15突面液面口j100突面出料口450突面人孔塔设备已知设计条件及分段示意图已知设计条件塔体内径Di2200塔体高度H19270设计压力p0.55MPa设计温度t160塔体材料16MnR许用应力170MPat170MPa设计温度下弹性模量 E常温屈服点s345MPa厚度附加量C2mm塔体焊接接头系数0.85介质密度900kg/m塔盘数N26每块塔盘存留介质层高hw100mm基本风压值q0250N/m地震设防烈度8度场地类别偏心质量me4000kg偏心距e2000mm塔外保温层厚度s100mm保温材料密度23000kg/m裙座材料Q235-A许用应力ts113MPa常温屈服点s23

4、5MPa设计温度下弹性模量 Es厚度附加量Cs2mm人孔、平台数4地脚螺栓材料Q235-A腐蚀裕量C23mm许用应力bt140MPa个数n28塔设备设计计算程序及步骤1按设计压力计算塔体和封头厚度计算内容计算公式及数据塔内液柱高度h, m1.12液柱静压力pH, MPapH=10-6rgh=10-69009.811.12=0.0099计算压力pc, MPapc=p+pH=0.55+0.0099=0.5599圆筒计算厚度 ,mm圆筒设计厚度c ,mm圆筒名义厚度n ,mm8圆筒有效厚度e ,mm封头计算厚度h ,mm封头设计厚度hc ,mm封头名义厚度hn ,mm8封头有效厚度he mm2塔设备

5、质量载荷计算计算内容计算数据第一段第二段第三段第四段第五段塔段内直径 Di ,mm2200塔段名义厚度 ni ,mm8塔段长度 li,mm10002060400062106000塔体高度H1 ,mm19270单位筒体质量 m1m ,Kg/m322筒体高度H1 ,mm15480筒体质量m1 ,Kg封头质量m2 ,Kgm2=338.62=677.2裙座高度H3 ,mm3060裙座质量m3 ,Kgm3=495306010-6=1514.7塔体各段质量,Kg4951358.312881999.622035.54塔体质量m01 ,Kgm01= m1 +m2 +m3=7176.46塔段内件质量m02 ,K

6、g浮阀塔盘单位质量qN=75Kg/m2保温层质量m03 ,Kg查表得知，封头有、无保温层的体积分别是：1.9227m3和1.4889 m3那么保温层体积为m03=（1.9227-1.4889）3000=1301.4 m3塔设备质量载荷计算计算内容计算公式及数据第一段第二段第三段第四段第五段平台、扶梯质量m04 ,Kg平台质量qp=150Kg/m2，笼式扶梯质量qF=40Kg/m2，平台数n=4，笼式扶梯总高HF=19m4082.4862.8262951.22621634.8524操作时塔内物料质量m05 ,Kg01340.011025.8384787.2443077.514人孔、接管、法兰等附

7、件质量ma ,Kg按照经验取附件质量为: 123.75339.575322499.905508.885充液质量mw ,Kg01488.915197.623594.27421511.738偏心质量me, kg400000140026000操作质量m0 ,Kg658.7546904.19764898.664210837.99527256.7914最小质量mmin ,Kg658.7539637.12363872.82626050.75124179.2774最大质量mmax ,Kg658.7547053.087619070.426229645.025225691.01543自振周期计算计算内容计算公式

8、及数据塔体内直径 Di ,mm2200塔体有效厚度 e ,mm6塔设备高度H ,mm19270操作质量m0 ,Kg70556.3084塔设备自振周期T1 ,s4地震载荷与地震弯矩计算计算内容计算公式及数据第一段第二段第三段第四段第五段各段操作质量mi ,Kg658.750046904.19764898.664210837.99527256.7914各点距地面高度hi , mm50020305060101651627011180.339991462.7082359936.40551024851.81472075302.11857.371064.291091.761091.1110101.5110

9、103.2210101.251088.371091.3010111.0510124.3110128.2310103.9210146.3510141.1410163.1310164.371016A/B7.3810-7基本振型参与系数ki0.00830.06750.26570.75641.5317综合影响系数Cz圆筒形直立设备取值0.5地震影响系数最大值 max查表取最大值为0.45各类场地特征周期Tg查表第三类地震类型为0.7地震影响系数1水平地震力Fki , N14.15528245.09763388.780821347.649328944.4966垂直地震影响系数v,max操作质量m0 ,K

10、g70556.3984当量质量meq ,Kg52917.2988底截面处垂直地震力,N3.291059.521072.481071.101081.181083.49108垂直地震力,N143.481341477.477610797.737847991.124551432.3989底截面处地震弯,Nmm底截面处地震弯矩, Nmm地震载荷与地震弯矩计算计算内容计算数据截面1-1处地震弯矩, Nmm截面2-2处地震弯矩, Nmm5风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据第一段第二段第三段第四段第五段各计算段外径DOi ,mm塔顶管线外径dO,mm400第i段保温层厚度 si ,mm100管线保温厚度

11、ps ,mm100笼式扶梯当量宽度K3400各计算段长度li ,mm10002060400062106000操作平台所在计算段长度l0 ,mm10002060400062106000平台数00121各段平台构件的投影面积,mm2009000001800000900000操作平台当量宽度K4 , mm00450579.7101300各计算段有效直径Dei , mm3016301634663595.710133162816281632663395.71013116各计算段顶截面距地面高度hit ,m13.067.0613.2719.27风压高度变化系fi0.80.811.141.25体型系数K10

12、.7基本风压值qo ,N/m2250塔设备自振周T1 ,s0.5826qoT12145.6385风载荷与风弯矩计算计算内容计算公式及数据各计算段的风振系数 K2i1.7各计算段的水平风力 Pi ,N7.1810141.4810154.1210157.5710157.4010150-0截面的风弯矩 , Nmm1-1截面的风弯矩, Nmm2-2截面的风弯矩, Nmm偏心弯矩计算内容计算公式及数据偏心质量me, kg4000偏心矩e,mm2000偏心弯矩Me, Nmm8000000最大弯矩计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面2.2210202.0110201.6010205.5410

13、195.0210191.601020最大弯矩, Nmm5.5410195.0210191.6010206圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核计算内容计算公式及数据0-0截面1-1截面2-2截面有效厚度ei ,mm6筒体内径Di ,mm2200计算截面以上操作质量 ,Kg70556.398469897.648422993.4508设计压力引起的轴向应力1 , MPa50.416750.416750.4167操作质量引起的轴向应力2 , MPa16.699416.54355.4421最大弯矩引起的轴向应力3 , MPa2.4310122.2010127.011012载荷组合系数K1.2系数A0.0006

14、 设计温度下材料的许用应力t ,MPa查表得(16MnR，150C)：t=170 (Q235-A,150C) ：t=113113113170系数B,MPa查表得(16MnR，150C)：B=118 (Q235-A,150C) ：B=939393118KB , MPa111.6111.6141.6K t , MPa135.6135.6204许用轴向压应力cr ,MPa111.6111.6141.6Kt , MPa115.6115.6173.4圆筒最大组合压应力(2+3) , MPa对内压容器2+3scr (满足要求)72.1567.20556.672圆筒最大组合拉应力(1-2+3) , MPa对

15、内压容器1-2+3 Kt (满足要求)57.0752.47577.6437塔设备压力实验时的应力校核计算内容计算数据试验介质密度（介质为水，Kg/cm30.001液拄高度H，cm1828液拄静压H/9.81，MPa0.1863有效厚度ei ，mm6筒体内径Di，mm2000塔设备压力实验时的应力校核计算内容计算公式及数据2-2截面最大质量,Kg74406.4668试验压力pT，MPa0.6875筒体常温屈服点s，MPa3452-2截面0.9 Ks，MPa372.62-2截面KB，MPa141.6压力试验时圆筒材料的许用轴向压应力cr，MPa以上两者取最小值141.6试验压力引起的周向应力T，M

16、Pa试验压力引起的轴向应力T1 ,MPa重力引起的轴向应力T2, MPa弯矩引起的轴向应力T3 , MPa压力试验时圆筒最大组合应力，MPa1-2+3=2.1010120，所以必须使用地脚螺栓地脚螺栓个数 n28地脚螺栓材料许用应力bt ,MPa140地脚螺栓腐蚀裕量C2 ,mm3地脚螺栓计算计算内容计算公式及数据地脚螺栓纹小径d1 ,mm38.0644裙座于塔壳焊缝验算49.256311计 算 结 果1塔体圆筒名义厚度n ,mm8.002塔体封头名义厚度hn ,mm8.003塔设备的操作质量mo ,kg70556.3984 4塔设备的最小质量mmin ,kg54398.7284 5塔设备的最

17、大质量mmax ,kg122118.30446塔设备的自振周期T1,s0.5826 7底截面处地震弯矩,Nmm1.621098底截面处地震弯矩,Nmm2.021099截面1-1处地震弯矩, Nmm1.8810910截面2-2处地震弯矩, Nmm1.5710911 0-0截面的风弯矩 , Nmm2.22102012 1-1截面的风弯矩, Nmm2.01102013 2-2截面的风弯矩, Nmm1.60102014圆筒最大组合压应力 (2+3) , MPa2.10101215圆筒最大组合拉应力(1-2+3) ,MPa2.10101216试验压力引起的周向应力T ,MPa160.6336 17试验压

18、力引起的轴向应力T1 ,MPa63.0208 18重力引起的轴向应力T2 ,MPa17.6107 19弯矩引起的轴向应力T3 ,MPa2.10101220压力试验时圆筒最大最和应力MPa2.10101221裙座许用轴向应力MPa111.622 1-1截面组合应力MPa91.674923基础环面积Ab ,mm2207240024基础环材料的许用应力b ,MPa14025水压试验时压应力b1 ,MPa7.95101126操作时压应力b2 ,MPa9.53101127混凝土基础上的最大应力b max,MPa9.53101128计算力矩11022.51329基础环中螺栓承受的最大拉应力B1.7830地

19、脚螺栓个数n2831地脚螺栓材料的许用应力bt ,MPa14032地脚螺栓纹小径d1 ,mm38.0633裙座圆筒名义厚度en ,mm834基础环名义厚度b ,mm21.73二、总结这次设计，我充分认识到了塔设备的设计的复杂性以及重要性，不仅仅考研了我们的知识综合能力，还锻炼了我们遇到问题就要解决问题的能力和思考方式的转变，由于其复杂性和逻辑性的严谨性，必须用到化工、机械、设计方面的理论和前辈的经验，这都是对我们的极大的考验，至于认真的完成每一个任务，才能够真正的认识和了解塔设备设计。同时，任何一项任务都离不开同学们的协同合作，团队工作的效率更高。这堂课我受益匪浅。三、参考文献1. 汤善甫,朱思明. 化工设备机械基础M. 华东理工大学出版社, 2004.12.2.2. 魏崇光,郑晓梅. 化工工程制图M. 化学工业出版社, 1994.3.3. 陈英南,刘玉兰. 常用化工单元设备的设计M. 华东理工大学出版社, 2005.4.4. 化工设备设计基础.