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1、长江大学化工机械与设备课程设计题 目 名 称： 化工机械与设备课程设计 系 部： 化 学 工 程 系 专 业 班 级： 化 工 班 学 号： 姓 名： 评 分： 指 导 教 师： 日 期： 目 录1.塔设备设计任务书12. 设计计算书32.1 设计条件32.2 按计算压力计算塔体和封头厚度42.3 塔设备质量载荷计算42.4 风载荷与风弯矩计算72.5 地震弯矩计算92.6 各种载荷引起的轴向应力112.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核132.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核162.9 基础环设计172.10 地脚螺栓计算182.11计算结果193总结204.参考文献215.附录21化
2、工机械与设备课程设计1.塔设备设计任务书介质质量流量： 9000 kg/h工作温度（塔底/塔顶）： 120/ 100工作压力（塔底/塔顶）：0.66 /0.6 Mpa介质粘度：0.191/0.015cp介质气相密度：34.8 kg/m3介质液相密度：1158 kg/m3设计流率范围： 50-110%塔径： 800 mm板间距: 400 mm塔板数(块)：50塔板类型：溢流堰式筛板塔保温层厚度为100mm，保温材料密度=300kg/m3。从离地面4m处起，每隔5m设一钢制平台，共设4个，每个平台投影面积按0.5m2计。还设有一笼式扶梯。裙座在离地面0.8m处开有2个人孔，裙座高2m，其结构自行设
3、计。设备安装在成都，地震烈度为8度。1.1塔设备设计参数设计参数及要求工作压力/MPa0.66塔体内径/mm800设计压力/MPa0.73塔高/mm27000工作温度/120设计寿命10设计温度/140泡罩规格/个数介质名称泡罩间距/mm介质密度/Kg/m31158保温材料厚度/mm100传热面积/m2保温材料密度/Kg/m3300基本风压/N/m2300塔盘上保留介质层高度50地震基本烈度8壳体材料Q235-B场地类别内件材料塔形填料塔裙座材料Q235-A塔板数目50偏心质量塔板间距/mm400偏心距/mm1000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 800mm塔体高度 H27
4、000mm设计压力 P0.66MPa设计温度 t110塔体材料16MnR许用应力170Mpa170Mpa 设计温度下弹性模量 E MPa常温屈服点 MPa225Mpa厚度附加量 C2mm塔体焊接接头系数0.85介质密度 1158塔盘数 N50每块塔盘存留介质层高度 50mm基本风压值 /300地震设防烈度8场地类别偏心质量 3000偏心距 e1000mm塔外保温层厚度 100mm保温材料密度 300裙座材料Q235-A许用应力 170MPa常温屈服点 235MPa设计温度下弹性模量E 厚度附加量 2mm人孔 平台6地脚螺栓材料Q235-A 腐蚀裕量3mm许用应力147MPa 个数 n302.
5、设计计算书2.1 设计条件塔体与裙座的机械设计条件如下:（1） 塔体内径，塔高近似取。（2） 计算压力，设计温度（3） 设置地区:基本风压值，地震设防烈度为8度。（4） 塔内装有层溢流堰式筛板塔。介质粘度:0.191/0.015cP，介质气相密 度:34.8 kg/m3，介质液相密度:1158 kg/m3。 （5） 从离地面4m处起，每隔5m设一钢制平台，共设4个，每个平台投影面积 按计。（6） 保温层厚度为100mm，保温材料密度2。（7） 裙座在离地面0.8m处开有2个人孔，裙座高2m，还设有一笼式扶梯。（8） 塔体与封头材料选用16MnR，其中， 。（9） 裙座材料选用。（10） 塔体与
6、裙座对接焊缝，塔体焊接接头系数。（11） 塔体与封头厚度附加量，裙座厚度附加量。（12） 丝网填料塔其他有关工艺尺寸如图所示。2.2 按计算压力计算塔体和封头厚度塔体和封头厚度计算(2.2.1). 塔体厚度计算 =考虑厚度附加量C=2mm，经圆整，取n=12mm。(2.2.2). 封头厚度计算采用标准椭圆形封头: (mm)考虑厚度附加量C=2mm，经园整，取n=12mm。2.3 塔设备质量载荷计算塔设备质量载荷计算(2.3.1). 筒体圆筒、封头、裙座质量圆筒质量: (kg)封头质量: (kg)裙座质量: (kg) =+=5640+142.4+480=6262.4 (kg)说明: (1)塔体圆
7、筒总高度为H0=23.5m (2)查得DN800，厚度12mm的圆筒质量为240kg/m. (3)查得DN800，厚度 12mm的椭圆形封头质量为71.2kg/m. (4)裙座高度2000mm.(2.3.2)塔内构件质量= (kg) (由2表8-1查得筛板塔质量为65kg/m2)(2.3.3). 保温层质量其中，为封头保温层质量/(2.3.4). 平台、扶梯质量 说明:由表8-1查得，平台质量:；笼式扶梯质量:；笼式扶梯总高:；平台数量:。(2.3.5). 操作时物料质量 说明: 物料密度=1158；封头容积塔体圆筒部分深度h0=1.8m；塔板层数N=50；塔板上液层高度=0.05m。(2.3
8、.6). 附件质量按经验取附件质量为 =0.25=1565.60 (kg)(2.3.7). 充水质量 其中，.(2.3.8). 各种质量载荷汇总如图所示，将全塔分成六段，计算下列各质量载荷: 塔段01122334455顶合计塔段长度/8001200600063006300640027000人孔与平台数0011114塔板数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各塔段最小质量3321693.918182.5647234.1567234.1565631.25214981.92全塔操作质量 31914.28全塔最小质量14981.92水压实验时的最大质量28395.562.4 风载荷与风弯矩计算(2.4.1). 风载荷计
10、算示例 风载荷计算示例（见附图一）以2-3段为例计算风载荷： 式中:体型系数，对圆筒形容器，=0.7高处基本风压值，风压高度变化系数，查表8-5得:1.17计算段长度，6000脉动影响系数，由表8-7查得:0.78塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆截面塔: 脉动增大系数，根据自振周期，由表8-6查得:3.54振型系数，由表8-8差得:0.14风振系数 塔有效直径.设笼式扶梯与塔顶管线成，取以下式中较大者 400mm，取200mm，100mm (mm) 取1590.67mm 以上述方法计算出各段风载荷，列于下表中。(2.4.2).各段塔风载荷计算结果计算段 平台数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)风弯矩计算截面截面截面2.5 地震弯矩计算地震弯矩计算时，为了便于分析、计算. (2.5.1). 地震弯矩计算示例取第一振型脉动增大系数为 0.02则衰减指数 2.30塔的总高度 27000mm 综合影响系数 =0.4全塔操作质量 31914.28kg重力加速度 地震影响系数 由表8-2查得0.34防烈度8级)由表8-3查得0.55计算截面距地面高度:截面:0 mm截面: 800mm截面:2000mm等直径、等厚度的塔，按下列方法计算地震弯矩(2.5.2). 地震弯矩计算截面截面 截面 (2.5.3). 偏心距计算 偏心距计算 2.6 各种载荷引起的轴向应力 各种载荷引起
13、的轴向应力(2.6.1).计算压力引起的轴向拉应力1其中， (2.6.2).操作质量引起的轴向压应力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)；为人孔截面的截面积，查相关标准得:截面2-2 其中，；。 (2.6.3).最大弯矩引起的轴向应力截面0-0其中，截面1-1其中，为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得；截面2-2其中，2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核(2.7.1).塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作时的2-2截面上
14、，其中；K=1.2；. 满足要求.(2.7.2).塔体与裙座的稳定校核截面2-2 塔体2-2截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中， 查图5-9（16MnR，120）B=150MPa， ， K=1.2截面1-1塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力满足要求.其中，查图5-8得（Q235-A，100）B=175MPa，K=1.2截面0-0 塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力满足要求。其中， B=175MPa，K=1.2各危险界面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-0 1-1 2-2群体与群组有效厚度 10 10 10 截面以上的操作质量 31419.28 31097.28 30403.17
15、计算截面面积 计算截面的抗弯截面系数 最大弯矩 最大允许轴向拉应力， 173.4 173.4 173.4最大允许轴向压应力/MPa KB 210 210 180204 204 204计算压力引起的轴向拉应力 14.60 14.60 14.60操作质量引起的轴向拉应力 12.27 8.99 11.87最大弯矩引起的轴向拉应力 98.42 106.05 97.18最大组合轴向拉应力 _ _ 29.6最大组合轴向压应力 110.69 115.04 109.5 强度 强度与稳定校核 稳定性_ _ 2.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核水压试验时各种载荷引起的应力(2.8.1.1). 实验压力和液柱静压
16、力引起的环向应力 (2.8.1.2). 试验压力引起的轴向拉应力(2.8.1.3). 最大质量引起的轴向压应力(2.8.1.4).弯矩引起的轴向应力水压试验时应力校核(2.8.2.1). 筒体环向应力校核满足要求(2.8.2.2). 最大组合轴向拉应力校核满足要求(2.8.2.3). 最大组合轴向压应力校核满足要求。2.9 基础环设计基础环设计(2.9.3). 基础环的厚度假设螺栓直径为M24，由表查得，当时，由表查的：取其中较大值，故.按有筋板时计算基础环的厚度：圆整后取16.2.10 地脚螺栓计算地脚螺栓计算(2.10.1). 地脚螺栓承受的最大拉应力其中，（1）（2）取以上两数中的较大植
17、，(2.10.2). 地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数n=20；.由表8-12查得M30螺栓的螺纹小径，故选用30个M30的地脚螺栓，满足要求。 2.11计算结果塔体圆筒名义厚度n ，mm12.00塔体封头名义厚度hn ，mm12.00塔设备的操作质量 mo ，kg31914.28塔设备的最小质量m min ，kg14981.92塔设备的最大质量 m max ，kg28395.56塔设备的自振周期 T1 ，s2.30底截面处地震弯矩 270500331.00底截面处地震弯矩 338125413.74截面1-1处地震弯矩324100076.24截面2-2处地震弯矩303075517.330-
18、0截面的风弯矩 465049507.791-1截面的风弯矩 464894768.742-2截面的风弯矩 458819087.63试验压力引起的周向应力T ，MPa47.69试验压力引起的轴向应力T1 ，MPa18.15重力引起的轴向应力T2 ，MPa11.09弯矩引起的轴向应力T3 ，MPa33.25裙座许用轴向应力 ，MPa180.00基础环面积 Ab ，mm2753600.00基础环材料的许用应力b ，MPa140.00水压试验时压应力b1 ，MPa4.73操作时压应力b2 ，MPa1.72混凝土基础上的最大应力b max ，MPa4.73计算力矩12693.98基础环中螺栓承受的最大拉应
19、力B3.76地脚螺栓个数 n20.00地脚螺栓材料的许用应力bt ，MPa147.00地脚螺栓纹小径 d1 ，mm38.043.总结经过两周的努力，我终于按时地完成了本次化工机械设备基础课程设计。首先我要感谢帅老师对我们的悉心教导，让我学到了很多关于程序设计的相关知识并将其运用到课设中去。其次我还要感谢那些在课程设计中帮助我的同学们，没有他们，我很难如期的完成课设任务。由于缺乏设计经验，设计一开始我就遇到了很大的困难。以前我没有试过将多个学科的知识综合的运用去作设计，而且我的基础知不是特别牢靠，设计一开始我在查找数据上就出现了问题，通过请教老师和同学们的讨论，我知道那些数据该怎样查找和处理，最
20、终完成了初步的设计计算。在随后的AutoCAD画图也同样出现了问题，我不清楚要从哪方面着手来画图，后来自己查了一些相关资料，最终在老师和同学的帮助下一点一点地分析问题并完成了设计图的初步绘制。接着我又请教了CAD制图学的比较好的同学，在他们的帮助下，将自己的设计图进一步地修改和完善。从这次课程设计中我明白了做好一个课程设计，首先要有足够的耐心和扎实的理论知识基础，还要懂得借助图书和网络查询相关的知识，特别要注重细节!相比于以往的课程设计，此次的课程设计需交电子版本和打印版本，所以任务量比较大。但最终我如期完成了本次的课程设计，这让我很欣慰。同时，我还学习到了一些提高制图效率的方法。CAD要求是
21、快、准、美！首先制图必须养成良好的习惯。用CAD画，打开对象捕捉就能把切点给抓进来，又快又准！尺寸标注更是快捷，两个点一拉，左键一点就完成一个标注，不用画箭头，不用标文字，只要自己设计好标注格式，计算机就能按要求标出来。粗糙度、基准符号、标题栏等做成块就可以随意插入，用不着一个一个地画了，用起来自然很快。这些都是常用的基本技巧。其次，要尽量多记一些CAD制图的快捷键，掌握制图的小窍门。最后，要多操作多练习，时间长了，制图能力自然会提升起来。此次的课程设计让我看到了自己身上的很多不足，需要自己用心去改正和弥补。其中在程序设计计算遇到困难是因为自己缺乏专业的知识，CAD制图出现难题是自己缺乏练习。
22、因此，我以后要更加努力的学习专业知识和相关软件的操作练习，养成良好的学习习惯，保持严谨的态度，运用科学的学习方法不断地提高和完善自己！再次衷心的感谢帅群老师对我们的悉心指导！4.参考文献1.魏崇光, 郑晓梅.化工工程制图: M, 北京: 化学工业出版社2008, 177-178 2.刁玉玮,王李业, 喻健良 化工机械设备基础: M,大连: 大连理工大学出版社发行(第六版),2006.123.周大军,揭嘉.化工工艺制图.北京：化学工业出版社,2005.64.付家新，王为国,肖稳发.化工原理课程设计.北京：化学工业出版社（第一版）,2010.125.附录附录一 风压图;附录二 基础环;附录三 装配图.
