1、第一页,化工设备机械基础 课程设计的要求与说明,第一页,化工设备机械基础课程设计大纲 课程设计大纲说明 课程设计内容及学时分配 巢湖学院课程设计（论文）任务书 液氨贮罐设计要求单 液氨贮罐设计的内容 液氨贮罐设计及计算实例 课程设计说明书体式,第一页,化工设备机械基础课程设计大纲,课程设计大纲说明 课程设计的性质和目的 化工设备机械基础课程是研究化工容器及设备设计理论及典型设备的课程。是化学工程与工艺、制药工程专业的一门重要的技术基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握基本设计理论并具有设计钢制的、典型的中、低、常压化工容器的设计能力和必要的机械基础知识。 化工设备机械基础课程设计则是针对化工设
2、备机械基础课程所学内容而设的教学实践环节，是化工设备机械基础课程教学的巩固与提高环节。通过该环节旨在培养学生利用所学的知识解决工程实际问题的能力。使学生了解、掌握化工容器及设备设计的基本程序和方法，对主要元件（筒体、封头）能够进行强度、刚度和稳定性计算和结构设计；使用设计手册能够对附件进行正确的选型；掌握化工容器及设备质量的检验方法；能够正确地表达设计结果。为学生今后的工程实践奠定良好的基础。 课程设计的基本要求 通过本课程设计应达到以下要求： 了解、掌握典型化工容器及设备的结构和工作原理； 熟悉化工容器及设备常用金属材料的牌号、意义及用途；,第一页,掌握主要元件（筒体、封头）的强度、刚度和稳
3、定性计算和结构设计； 了解、掌握化工容器及设备质量的检验方法; 熟悉化工容器及设备附件的结构及有关标准，能够正确的选型； 了解、掌握工具书的使用方法，能够根据有关的基本参数进行选型； 掌握设计说明书的编写方法及体式等。 本课程设计与其他相关课程的关系 本设计必须是在学生完成了机械制图、化工原理、化工设备机械基础课程的教学，并且与设计相关教学内容已经讲授的前提下组织进行。 课程设计内容及学时分配 课程设计内容 通过选择有典型意义的一至两个典型化工容器及设备（如反应釜、贮罐）进行设计，设计内容主要有：（1）筒体、封头的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；（2）化工容器及设备的压力试验； （3）附件的
4、选型与定位；（4）化工容器及设备的开孔补强设计计算：（5）装配图的设计。 时间安排 1周，在化工设备机械基础课程结束的当学期进行。,第一页,课程设计内容及学时分配 课程设计内容 通过选择有典型意义的一至两个典型化工容器及设备（如反应釜、贮罐）进行设计，设计内容主要有：（1）筒体、封头的强度、刚度和稳定性计算和结构设计；（2）附件的选型与定位；（3）化工容器及设备的压力试验；（4）化工容器及设备的开孔补强设计计算：（5）装配图的设计。 时间安排 1周，在化工设备机械基础课程结束的当学期进行。,第一页,巢湖学院课程设计（论文）任务书,院系 教研室 学号 学生姓名 专业（班级） 设计题目 设计技 术
5、参数 设 计 要 求 工作量 注：可填写说明书（论文）的字数要求或要完成的图纸数量 工 作 计 划 参 考 资 料 指导教 教研室主 师签字 任签字,第一页,液氨储罐 设 计 要 求 单,设备名称：15m3液氨贮罐 技术特性指标 简 图 压力 16.0Kgf/cm2 温度 40 工艺接管 介质 液氨 腐蚀情况 微弱 c d e f g 操作容积 13.5 m3 设备容积 15 m3 b2 使用年限 10 建议采用材料 16MnR 管 口 表 编号 名称 管径DN/mm a 液氨出口 80 b1 b1、 b2 液面计接口 20 c 液氨进口 80 a h d 放空口 50 e 安全阀口 50 f
6、 压力表接口 40 g 人 孔 400-600 h 排污口 100 备注 罐体上装有安全阀,第一页,设 计 内 容,第一章 罐体的设计 第一节 罐体的PN、DN确定 第二节 筒体壁厚的设计 第三节 封头壁厚的设计 第四节 筒体长度的设计 第二章 罐体的压力试验 第一节 罐体的水压试验 第二节 罐体的气压试验 第三章罐体附件的选型及尺寸设计 第一节 工艺接管的设计 第二节 支座的设计 第三节 人孔的设计 第四节 液面计的设计,第一页,第四章 罐体的开孔及补强的计算 第一节 容许开孔的范围 第二节 开孔补强的设计计算 第三节 补强圈的设计 第五章 焊缝结构的设计 第一节 筒体上的焊缝结构的设计 第
7、二节 接管焊缝结构的设计 第六章 液氨贮罐的装配图 鸣谢 参考文献,第一页,液氨贮罐的设计及计算实例,第一章 贮罐筒体与封头的设计 一、罐体DN 、 PN的确定 1、罐体DN 的确定 液氨贮罐的长径比L/Di一般取33.5，本设计取L/Di3.3，由V(Di2/4) L15 、 L/Di3.2得：Di =( 60/ 3.2)1/3 =1.814m 1814mm 因圆筒的内径已系列化，由Di1814mm可知： DN1800mm 2、釜体PN 的确定 因操作压力P16Kgf/cm2，由文献 1可知：PN1.6MPa 二、筒体壁厚的设计 1、设计参数的确定 p=(1.05-1.1) pw，p 1.1
8、1.6MPa=1.76MPa，pcpp液， p液 5 P ，可以 忽略p液 pc p1.76MPa ， t 100 ，1（双面焊，100无损探伤）， c2mm（微弱 腐蚀） 2、筒体壁厚的设计 设筒体的壁厚Sn14mm，t170MPa ，c10.8mm 由公式SdPc Di/(2 t -Pc)+c 可得： Sd1.761800/(21701-1. 76) 2 0.812.17(mm) 圆整Sn 14mm Sn Sn =14mm 假设Sn 14mm是合理的. 故筒体壁厚取Sn 14mm,第一页,3、刚度条件设计筒体的最小壁厚 Di1800mm 3800mm ，Smin2 Di /1000且不小于
9、3 mm 另加 C2 ， Sn5.6mm 按强度条件设计的筒体壁厚Sn14mm Sn5.6mm，满足刚度条件的要求 三、罐体封头壁厚的设计 1、设计参数的确定 p=(1.05-1.1) pw，p 1.11.6MPa=1.76MPa，pcpp液， p液 5 P ，可以忽略p液 pc p1.76MPa ， t 100 ，1（双面焊，100无损探伤）， c2mm（微弱腐蚀） 2、封头的壁厚的设计 采用标准椭圆形封头，设封头的壁厚Sn14mm，t170MPa ，c10.8mm 由公式SdPc Di/(2 t -0.5Pc)+c 可得： Sd1.761800/(21701-0.51. 76) 2 0.8
10、12.15(mm) 圆整Sn 14mm Sn Sn =14mm 假设Sn 14mm是合理的. 故封头的壁厚取Sn 14mm 3、封头的直边、体积及重量的确定 因为是标准椭球形封头，由文献2可知：封头的壁厚Sn 14mm，直边高度h40mm ， 由Di1800 mm 、 Sn 14mm，由文献2可知：封头的体积V封0.866m3 、封 头的深度h1=450mm,第一页,3、封头的直边、体积及重量的确定 因为是标准椭球形封头，由文献2可知：封头的壁厚Sn 14mm，直边高度h40mm ， 由Di1800 mm 、 Sn 14mm，由文献2可知：封头的体积V封0.866m3 、封头的深度h1=450
11、mm 封头的重量: 四 筒体的长度设计及重量的确定 由V2V封V筒 可得：V筒1520.86613.268 m3 V筒Di2L/413. 268 可得：L5216mm 圆整：L5210mm 筒体的重量: Di1800 mm 、Sn 14mm的筒体1m 高筒节的重量为0.627(T) 5.210.627=3.27(T) 第二章 贮罐的压力试验 一 罐体的水压试验 1、液压试验压力的确定 液压试验的压力：PT=1.25P/t且不小于(P+0.1) MPa，当/t1.8时取 1.8PT=1.251.761= 2.2 (MPa),第一页,2、液压试验的强度校核 由maxPT（DiSnc）/2(Sn-c
12、) 2.2（1800142.8）/2(14-2.8)=177.9(MPa) max177.9(MPa) 0.9 s =0.9345 1=310.5MPa 液压强度足够 3、压力表的量程、水温的要求 压力表的量程：2PT=22.2=4.4 (MPa) 或3.3MPa8.8MPa ， 水温15 4、液压试验的操作过程 在保持罐体表面干燥的条件下，首先用液体将罐体内的空气排空，再将液体的压力 缓慢升至22Kgf/cm2,保压10-30分钟，然后将压力缓慢降至17.6Kgf/cm2,保压足够长时 间（不低于30分钟），检查所有焊缝和连接部位，若无泄漏和明显的残留变形。则质 量合格，缓慢降压将罐体内的液
13、体排净，用压缩空气吹干罐体。若质量不合格，修补 后重新试压直至合格为止。 二 罐体的气压试验 1、气压试验压力的确定 气压试验压力： PT=1.5P/t PT=1.151.761= 2.024(MPa),第一页,2、气压试验的强度校核 由maxPT（DiSnc）/2(Sn-c) 2.024（1800142.8）/2(14-2.8)=161.72(MPa) max163.7(MPa) 0.8 s =0.8345 1=276MPa 气压强度足够 3、压力表的量程、气温的要求 压力表的量程：2PT=22.024=4.048 (MPa) 或3.306MPa8.096MPa ， 气温15 4、气压试验的
14、操作过程 气压试验时缓慢升压至0.5Kgf/cm2，保持10分钟并进行初检，合格后继续升压至10.12 Kgf/cm2 ， 然后按级差为2.024 Kgf/cm2逐级升至20.24 Kgf/cm2 ，保持1030分钟，然后再降至17.6 Kgf/cm2 ，至少保压30分钟，同时进行检查。若无泄露和明显的残留变形。则质量合格，若质量不合格，修补后重新试压直至合格为止。,第一页,第四章 罐体的开孔与补强,一、开孔补强的设计准则 等面积设计法:起补强作用的金属面积不小于被削弱金属的面积 二、等面积补强设计计算 查得接管140MPa ，C21mm 设接管名义厚度Sn6mm ，C10.6mm 设计厚度S
15、dPc Di/（2 Pc）C 0.3（21912）/（214010.3）1.61.9mm 圆整至 Sn2mm ，按标准取 Sn6mm 所以壳体开孔处计算厚度 S1.316mm 接管计算厚度 St1.91.60.3mm 壳体开孔处有效厚度 Se51.53.5mm 开孔直径 d2191221.6210.2mm 1、釜体上封头固体进料处开孔后被削弱的金属面积A的计算 Ad S210.21.316276.7mm2 2、封头起补强作用金属面积A1的计算 A1（Bd）（SeS）210.2（3.51.316）459.07mm2 3、接管起补强作用金属面积A2的计算 A22h1（SnStC）f2h2（SnCC
16、2）f 2（210.26）1/2（60.31.661.61）532.7mm2,第一页,第三章 贮罐附件的选型及尺寸设计,一、接管法兰联接结构的设计 1、接管法兰密封面形式及垫片的设计 因为PN1.6MPa2.5MPa ，介质温度为40 ，由文献12可知：接管法兰密封面形式为凹凸形密封面、垫片选用表知形式为光滑型密封面、垫片为石棉橡胶垫片、垫片的材料为中压石棉橡胶板。接管法兰密封垫片的尺寸如下表： 表1 液氨出口 （DN80） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm 表2 液氨进口 （DN80） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm 表3 放空口 （DN50） 外径D/mm 内径d/mm
17、厚度S/mm,第一页,表4 安全阀接口 （DN50） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm 表5 压力表接口 （DN50） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm 表6 人孔接口 （DN500） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm 表7 排污接口 （DN500） 外径D/mm 内径d/mm 厚度S/mm,第一页,2、接管长度的设计 根据接管的DN及罐体无保温层的条件，由文献1接管的长度如下表 编 名 称 管径 保温层 内伸长度 接管长度 号 Dg/mm L/mm a 液氨出口 80 无需内伸 150 b 液面计接口 20 无需内伸 150 c 液氨进口 80 无需内伸 150 0m
18、m d 温度计接口 40 需内伸50mm 150 e 回流冷凝器接口 100 无需内伸 150 f 压力表接口 40 无需内伸 150 g 视镜、 80 无需内伸 150 j 导热油出口 25 无需内伸 150 hI 放料口 80 0mm 无需内伸 150 三、支座的选型及设计 1、悬挂式支座的选型： 由于设备外部设置有50mm的保温层，所以选悬挂式B型支座，支座数量为4个 2、悬挂式支座的尺寸的设计： 反应釜的总重量估算为537.235kg，物料的重量为1500kg， 则每个支座承受的重量约为：（537.2351500）9.81/29.993KN,第一页,3、查文献1P338表1619，支座
19、的有关尺寸为： 尺寸 地脚螺栓尺寸 支座重量 H b s a c f S1 孔径 直径 kg 180 125 8 105 160 50 10 30 M24 4.2 4、悬挂式支座在夹套上的定位 为了降低峰值应力，支座距夹套弯曲处2（DjS/2)1/2 即2（13006/2)1/2=125mm,第一页,第五章 焊缝结构的设计,一、釜体上的焊缝结构的设计 筒体纵向焊缝的结构 法兰与封头焊缝的结构 丙烯酸等物料进口接 回流冷凝器接口接 管与封头焊缝的结构 管与封头焊缝的结构 压力表接口与封头 温度计接口与封头 视镜、的接管与 放料口接管与封头 焊缝的结构 焊缝的结构 封头焊缝的结构 焊缝的结构,第一页,二、夹套上的焊缝结构的设计 筒体纵向焊缝的 筒体与封头的 封头下部与釜体 导热油出口与夹套 导热油进口与夹套 结构 环向焊缝结构 的焊缝结构 的焊缝结构 的焊缝结构,第一页,鸣谢 参考文献 1 汤善甫、朱思明等编 . 化工设备机械基础 . 上海 ：华东理工大学出版 社.1991.12 2 化工设备设计手册 . 材料与零部件（上）. 上海科学技术出版社 .1981 3 广西大学实用机械零部件手册编写组 . 实用机械零件手册.广西科学技术 出版社,
