1、化工设备机械基础课程设计I目 录第 1 章 绪论 .31.1 课程设计的目的 .31.2 课程设计的要求 .31.3 课程设计的内容 .31.4 课程设计的步骤 .3第 2 章 塔体的机械计算 .42.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 .42.1.1 塔体厚度的计算 .42.1.2 封头厚度计算 .42.2 塔设备质量载荷计算 .42.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 .42.2.2 塔内构件质量 .52.2.3 保温层质量 .52.2.4 平台与扶梯质量 52.2.5 操作时物料质量 52.2.6 附件质量 62.2.7 充水质量 62.2.8 各种载荷质量汇总 62.3 风载荷与风弯矩的计
2、算 .72.3.1 风载荷计算 .72.3.2 风弯矩的计算 .82.4 地震弯矩计算 .92.5 偏心弯矩的计算 .102.6 各种载荷引起的轴向应力 .102.6.1 计算压力引起的轴向应力 .102.6.2 操作质量引起的轴向压应力 .112.6.3 最大弯矩引起的轴向应力 .112.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 .122.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 .12化工设备机械基础课程设计II2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 .132.8 塔体水压试验和吊装的应力校核 .152.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 .152.8.2 水压试验时应力校核 .152.9 基础环
3、设计 .162.9.1 基础环尺寸 .162.9.2 基础环的应力校核 .162.9.3 基础环的厚度 .162.10 地脚螺栓计算 .172.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 .172.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 .18第 3 章 塔结构设计 .193.1 总体结构 .193.1.1 塔体与裙座 .193.1.2 塔盘 .193.1.3 除沫装置 .193.1.4 设备管道 .193.1.5 塔附件 .193.2 塔盘结构 .19参考文献 .21设计结果评价及总结 .22附录 A 主要符号说明 .23附录 B 塔设备装配图 .24化工设备机械基础课程设计3第 1 章 绪论1.1 课程设计
4、的目的（1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和知识基本知识。（2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。（3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。1.2 课程设计的要求（1）树立正确的设计思想。（2）具有积极主动的学习态度和进取精神。（3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。（4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。（5）在设计中处理好尺寸的圆整。（6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。1.3 课程设计的内容对一氯甲烷精馏塔的机械设计。 Di=2000 mm Pc=1.0MPa1.4 课程设计的步骤（1）全
5、面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。（2）选用零部件。（3）计算外载荷，包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载、地震载荷等。（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算（5）传动设备的选型、计算。（6）绘制设备总装配图。化工设备机械基础课程设计4第 2 章 塔体的机械计算2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度2.1.1 塔体厚度的计算塔体计算厚度 mm1.026.45283citPD考虑厚度附加量： mm，经圆整，取 mmn2.1.2 封头厚度计算采用标准椭圆形封头：mm1.026.420.5835.1citPD考虑厚度附加量： mm，经圆整，取 mm2n2.2 塔设备质量载荷计
6、算2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量（1）圆筒质量： mm15963.72196.84m（2）封头质量： kg248=（3）裙座质量： kg3.0.kg0123说明：1 塔体圆筒总高度为 H0=36.79 m；2 查得 Di=2000 mm，厚度 12 mm 的圆筒质量为 596 kg/m；3 查得 Di=2000 mm，厚度 12mm 的椭圆形封头质量为 438 kg/m；4 裙座高度 3060 mm（厚度按 12mm 计）。化工设备机械基础课程设计52.2.2 塔内构件质量 kg2202750.875016484mDi浮阀塔盘质量 75 kg/m 22.2.3 保温层质量 2203 02
7、032()()4.78520.1. .16.7354.8kginsinmDDHm m03为封头保温层质量2.2.4 平台与扶梯质量 2204 21(2)().7850.1.0.9010.51396kginsinSpFDBDnqH 说明：（1）由表 8-1 查得，平台质量：q p=150 kg/m3，笼式扶梯质量：q F=40 kg/m； （2）笼式扶梯总高： HF=39 m；平台数量：n=8 ；平台宽度 B= 900 mm。2.2.5 操作时物料质量 205101244.78.78.51.80.86923kgiwifmDhNV说明：物料密度 ，封头容积 ，塔釜圆筒部分深度31/0mK3.fVm
8、m，塔板层数 N=70，塔板上液层高度 。8.10h hw10化工设备机械基础课程设计62.2.6 附件质量按经验取附件质量 kg01.2567am2.2.7 充水质量 204.78536.912.8101kgwwfmDiHV其中 kg/m30w2.2.8 各种载荷质量汇总将全塔分为 6 段，计算下列各质量载荷（计算中略有近似）表 2-1 质量载荷汇总 塔段 01 12 23 34 45 5顶 合计塔段长度/mm 1000 2000 7000 10000 10000 10000 40000人孔与平台数 0 0 1 3 2 2 8塔板数 0 0 9 22 22 17 7001im596 1630
9、 4172 5960 5960 6390 246272i- - 2120 5181 5181 4003 1648503i- 108 1393 1990 1990 2096 75774i40 80 947 2401 1734 1665 685705i- 944 6784 5526 5526 4270 23050am154 231 1092 1710 1485 1485 6157iw- 1180 21861 31230 31230 32379 117880e- 1400 2600 - - - 4000io790 4393 19108 22768 21876 19818 88153各塔段最小质量/k
10、g 790 3449 10628 13097 12205 12346 52515全塔操作质量/kg 857305403201 aemm全塔最小质量/kg 21.min水压试验时最大质量/kg 043021ax ewa化工设备机械基础课程设计72.3 风载荷与风弯矩的计算2.3.1 风载荷计算以 23 段计算风载荷 （图 2-1）3P6312031epKqflD式中：K1：体型系数，对圆筒形容器，K 1= 0.7q0；10m 高处基本风压值，q 0= 400 N/m2f3：风压高度变化系数，由表 8-5 查得 f3= 1.00（B类地区）l3：计算段长度，l 3= 7000 mmv3：脉动影响系
11、数，由表 8-7 查得 v3= 0.72（B 类地区）T1：塔的基本自震周期，对等直径，等厚度圆截面塔 301 359.318740.41.9275seiMHED：脉动增大系数，根据自振周期 T1，由表 8-6查得 =2.59：振型系数，由表 8-8 查得 =0.113z3zK23：风振系数 3231.59072.1.vzkfDe3：塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成 90 度，取下式中较大者3342eoisK图 2-1化工设备机械基础课程设计8334022eoi pssKdD取 mm， mm， mm 340K0310mm432A1902577lmm0481eDmm32125703取 De3=
12、3081 mm 631203 6.7481NePkqfl以上述方法计算出各段风载荷，列于表 2-2 中。表 2-2 各段风载荷计算结果计算段li q0 K1 vi zi Kzi fi Hit平台数K4 Dei Pi1 1000 400 0.7 0.72 0.0075 2.59 1.022 0.64 1 0 0 2624 4812 2000 400 0.7 0.72 0.0375 2.59 1.097 0.72 3 0 0 2624 11613 7000 400 0.7 0.72 0.110 2.59 1.205 1.00 10 1 257 3081 72774 10000 400 0.7 0.
13、79 0.350 2.59 1.573 1.25 20 3 540 3364 185215 10000 400 0.7 0.82 0.665 2.59 1.995 1.42 30 2 360 3184 2525636 10000 400 0.7 0.85 1.000 2.59 2.411 1.56 40 2 360 3184 335822.3.2 风弯矩的计算截面 0-0 0 61231236129()().(.)580650735082.37Nmw lllMPPllPl 截面 1-1 化工设备机械基础课程设计9mN10467.2 3540725)2.(.)(9 6363221 llPlPlM
14、w截面 2-2 23 66349.(.)250720351.84wl lPl2.4 地震弯矩计算地震弯矩计算时，为了便于分析，计算，可将图2-1 简化成图 2-2。取第一振型阻尼比为 10.2则衰减指数 15-.9+.9T1= 1.75 s塔的总高度 H=40000 mm全塔操作质量 m0=88753 kg重力加速度 g=9.81 m/s2地震影响系数 11gmax.5T由表 8-2 查得 （设防烈度 9 级）max0.32由表 8-3 查得 .gT11.50.520.2.20.488319716.7.612 0.951.324504.20. 计算截面距地面高度 h 0-0 截面： h=01-
15、1 截面： h=1000 mm图 2-2化工设备机械基础课程设计102-2 截面： h=3000 mm等直径等厚度的塔， 按下列方法计算地震弯矩。1567.240/ iDH截面 0-00 109635.8753.1404NmEMg.2.1900 EE截面 1-11 3.52.53.5102.5 . 2.53.52.578(14)98(0140140).43NmEgMHh1.25191EE截面 2-2 mN103. )304401401(4758.93.8)(9 5.5.25.352.5.25.5.2012 hHgME6.29 EE2.5 偏心弯矩的计算 8809.120.571NmeMmg化工
16、设备机械基础课程设计112.6 各种载荷引起的轴向应力2.6.1 计算压力引起的轴向应力 MPa50142.1ePcDi其中 mmn2.6.2 操作质量引起的轴向压应力截面 0-0 MPa00212980.13.863.4isemgD令裙座厚度 mm；有效厚度 mm；s 20essbiseAD截面 1-1 MPa10287693.14.7250smgA其中 kg，A sm为人孔截面的截面积，查得 Asm=58630 10mm2截面 2-2 MPa202835709.13.05.42iemgD其中 kg，0 ieAD2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力截面 0-0 MPa0090maxax3 22
17、.54108.784sbiseMZD其中： 00989max.3.7.210Nmwe化工设备机械基础课程设计12000max998.251.85137+.51024NwweMM2iseZbD截面 1-1 MPa191max3.4608.27sMZ其中： 11989ax.1.5702.1Nmwemaa9980.25.7.46.461NweZsm 为人孔截面的抗弯系数，查相关标准得 Zsm=27677000 mm3截面 2-2MPa2292maxax3 2.107.7854ieMZD其中： 22989max1.6310NmWe2a9980.5.6.87401.5721NEwe4ieZD2.7 塔体
18、和裙座危险截面的强度与稳定校核2.7.1 截面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，其中， ， ， ，MPat1830.851.2K化工设备机械基础课程设计13MPa7.1865.032.1tKMPa22max13.02.9310.8a09.8MPa186.7PatK满足要求化工设备机械基础课程设计142.7.2 塔体与裙座的稳定性校核截面 2-2塔体 22 截面上的最大组合轴向压应力：2max31.0572.938.MPa2a85.9MPamin,in138,29.6138MPatcrKB 满足要求其中， 0.4.0.94/1/ieA
19、R查图 5-7 得（Q345-R，200） ， ， 。15PaB183Pat1.2K截面 1-1塔体 11 截面上的最打组合轴向压应力1max234.728.103.6Ma1a0.6MPamin,in129,35.6129MPatcrKB 满足要求其中， .940.9410.4esAR查图 5-7 得（Q235-B，200） ， ，7.5PaB13Pat1.2K截面 0-0塔体 0-0 截面上的最大组合轴向应力00max231.860.94.75MPaa94.75MPamin,in129,35.6129MPatcrKB 满足要求其中 ， ，.10BPa13t .化工设备机械基础课程设计15化工
20、设备机械基础课程设计16表 2-3 各危险截面强度校核汇总计算危险截面项 目0-0 1-1 2-2塔体与裙座有效厚度 /em0 10 10截面以上的操作质量 0ikg88753 87963 62800计算截面面积 2/iA62800 58630 62800计算截面的截面系数 3iZ51045107.2651034最大弯矩i-max/NMA9.294. 92.最大允许轴向拉应力 t,aKP173.4 KB 129 129 138最大允许压应力 t135.6 135.6 204计算压力引起的轴向拉应力 1/MPa0 0 77.14操作质量引起的轴向压力 2/i13.86 14.72 13.05最大
21、弯矩引起的轴向压应力 /ia80.89 88.88 72.93最大组合轴向拉应力 3/iMP 109.88最大组合轴向压应力 max/i 94.75 103.6 85.98强度 2maxtK满足要求强度与稳定校核稳定性 0maxcr满足要求1-maxcr满足要求2-maxcr满足要求化工设备机械基础课程设计172.8 塔体水压试验和吊装的应力校核2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力（1）试验压力和液柱静压力引起的环向应力()()(1.2904)(10)69.85MPa2TieieiPD液 柱 静 压 力8.51MPa3Tt=04H液 柱 压 力（2）试验压力引起的轴向拉应力 1.296.5
22、Pa41TiePD（3）最大质量引起的轴向压应力 2max83.28.Ma.0ieg（4）弯矩引起的轴向应力 2 982w3 201760.51)2.93Pa8eiMD2.8.2 水压试验时应力校核（1）筒体环向应力校核e0.9R.3450.8263.9Pale68PaMTlR满足要求（2）最大组合轴向应力校核 222max1364.582.9358.7Pae0.9R.08Pal2axe579.Ml满足要求（3）最大组合轴向压应力校核 22max38.62.9351.6Pa化工设备机械基础课程设计182max49.1MPamin,0.9in,0.9138MPacrs sKBKB满足要求2.9
23、基础环设计2.9.1 基础环尺寸 302302mobisD17i2.9.2 基础环的应力校核 00max maxmax .3,webbbMgMgZAZA其中 2 2220.785(3170)8404bobiD3444 m56.3)( obiZ MPa49.180733756.8290maxax bAgMmaxax988.0.3210.359.1.756409PaWebbbZ取以上两者中的较大值 。MPa49.3mx选用 75 号混凝土，由表 8-9 查得其许用应力 ，3.5PaaR满足要求max3.49.50Pab2.9.3 基础环的厚度基础环的材质选用 Q245R（GB 713），140MP
24、ab3mC1(2)0(210)4m2oisesD化工设备机械基础课程设计19假设螺栓直径为 M42，由表 8-11 查得 ，当 时，由表 8-160ml8.0164lb10 查得：2 2maxM0.148.483.937.5NmXba.0160.4Yl取其中较大值，故 N5.137s按有筋板时计算基础环厚度： 60.23.84m14sbbMC圆整后取 m242.10 地脚螺栓计算2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 000minb .25max,e ewEwoB bbbggMMAmZAZ 其中： in521kg09.8NE370mWM05kgm3816.bZ24A0min982.137.51
25、0259.8186404MPaweBbbA化工设备机械基础课程设计200009988.251.8.137.517539.816402.57MPaEweBbbmgZA取以上两数中的较大值， Pa.2B2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径，选取地脚螺栓个数 n=362.570B地脚螺栓材质选 30CrMoA(GB/T 3077)； ，150MPabt23mC1244.57836.8316BbtAdCn由表 8-12 查得 M42 螺栓的螺纹小径 d1=37.129 mm故选用 36 个 M42 的地脚螺栓，满足要求。化工设备机械基础课程设计21第 3 章 塔结构设计3.1 总体结构板式塔的总体结构如图
26、所示，包括如下几部分：3.1.1 塔体与裙座塔体包括塔壳筒体，封头，人孔，手孔，液面计，接管，法兰等各受压元件，其结构形式和要求应满足 GB150 有关规定。裙座是塔设备广泛采用的一种支座，裙座有圆筒形和圆锥型两种。3.1.2 塔盘包括塔盘板，降液管及溢流堰、紧固件和支承件等。塔盘是塔设备完成化工过程和操作的主要部分。3.1.3 除沫装置用于分离气体夹带的液滴，多位于塔顶出口处。3.1.4 设备管道包括用于安装，检修塔盘的人孔，用于气体和无聊进出的接管，以及安装化工仪表的短管等。3.1.5 塔附件包括支承保温材料的保温圈，吊装塔盘用的吊柱以及扶梯平台等。3.2 塔盘结构塔盘在结构方面要有一定的
27、刚度，以维持水平，塔盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免气、液短路；塔盘应便于制造、安装、维修，并且成本要低。塔盘结构有整块式和分块式两种。塔径在 800900 mm 以下时，建议采用整块式塔盘。塔径在 800900 mm 以上时，人可以在塔内进行装拆，一般采用分块式塔盘。因本设计塔径为 2000mm，大于 800mm 故选用分块式塔盘。化工设备机械基础课程设计22塔盘分块，应该使结构简单，拆装方面，有足够刚度，便于制造、安装和检修。一般采用自身梁式塔盘板，有时也采用槽式塔盘板。分块式塔盘之间的连接，根据人孔的位置及检修要求，分为上可连接和上，下均可拆连接两种。常用的紧固件构件是螺栓和椭圆垫板
28、。化工设备机械基础课程设计23参考文献1 贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册M. 北京 : 化工工业出版社, 2002: 606-673.2 余国琮. 化工机械工程手册 (上卷). 第一版M. 北京: 化学工业出版社, 2003: 11-10011-1033 丁伯民, 黄正林. 化工容器M. 北京: 化学工业出版社, 2002: 1.4 朱有庭, 曲文海, 于浦义M. 化工设备设计手册 (上.下卷), 北京: 化学工业出版社, 2004: 8.5 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京: 化学工业出版社, 2001: 5.6 张展. 机械设计通用手册M. 北京: 机械工业出版社, 2008:
29、5.7 刁玉玮, 王立业, 喻健良 . 化工设备机械基础(第六版)M. 大连, 大连理工大学出版社, 2006: 12.8 蔡纪宁, 张秋翔, 化工机械基础课程设计指导书 M. 北京, 化学工业出版社, 2010: 8.9 余国琮. 化工容器及设备M. 北京: 化学工业出版社, 1998.10闫康平. 工程材料M. 北京: 化学工业出版社, 2001.化工设备机械基础课程设计24设计结果评价及总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关化工机械设备方面的知识虽然期间碰到过许多的问题和困难，但是通过查阅相关的资料以及老师和同学对我的帮助，最后通过努力终于完成了任务。因此有一定的收获。譬如经过烦
30、琐的查表，懂得了查表对于工科学生是必须掌握的能力，要“会用表”；而遵守标准和规范是设计的基本原则。同时设计要结合具体实际情况，考虑生产的经济性，合理性等，选择最佳方案，这样才能完成一次成功的设计工作。塔的设计有其特殊性，需要考虑制造、安装吊运、检修。对其强度、稳定性必须要有足够的保证，以满足塔设备工作时承受风载荷、地震载荷、偏心载荷以及雪载荷的要求。设计的思想第一是保证安全，其次是环境保护，能源利用，工作效率和经济性等。设计是有严格遵循的步骤和方法。根据一定的条件和要求，确定设计的方向，包括选材，机械设计，强度和稳定性设计分析，开孔补强，制造工艺等。设计过程十分繁琐，需要很耐心地去做。必须以严
31、谨态度来进行设计，保证全面、正确、优化。在设计过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起的喜悦心情，果然是团结就是力量。只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。化工设备机械基础课程设计25附录 A 主要符号说明基础环面积：A b 平台质量：q b裙座筒体的截面积：A sm笼式扶梯质量：q F基础环伸长宽度：b各类土场的特征周期：T g厚度附加量：C自振周期：T 1塔内直径：D i设计温度：t弹性模量：E裙座筒体的截面系数：Z sm 塔体高度：H常温屈服点： s笼式扶梯高度：H F介质密度 ： 塔盘介质层高度 ：h w塔外保温层厚度： s风压高度变化系数 ：K 1圆筒计算厚度：地震弯矩 ： iEM名义厚度： n风弯矩 ： iw有效厚度： e充液质量 ：m W 保温材料密度 ： 2塔盘数 ：N基本振型参数 ： k人孔个数 ：n地震影响系数 ： 1设计压力 ：P c 脉动增大系数 ： 基本风压值 ：q 0 载荷组合系数 ：k 地震影响系数： 自振周期地震影响系数： max风压高度变化系数： if弹性模量： tE设计温度：t化工设备机械基础课程设计26附录 B 塔设备装配图
