1、课 程 设 计卧式贮罐的设计课程名称 食品机械与设备 题目名称 卧式贮罐的设计 学生学院_ _轻工化工学院_ _专业班级 09 食品科学与工程 4 班 学 号 3209002114 学生姓名 指导教师 刘晓丽 2012 年 6 月 11 日广东工业大学课程设计任务书题目名称 每天贮液体积为 100m的贮液罐学生学院 轻工化工学院专业班级 食品科学与工程 4 班姓 名学 号 3209002114一、课程设计的内容1、通过查阅有关资料，熟悉基本工作原理、特点和流程组成的设备及结构。2、进行工艺参数的确定3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图 5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据卧式
2、贮罐设计工艺设计条件每天贮液的体积 100m贮罐的填充系数：80%每天分 2 班，每班用 4 个贮液罐三、课程设计应完成的工作1课程设计说明书（纸质版和电子版） 各 1 份（3000 字）2设备装配图（A4）1 张，装订在说明书的最后面。四、课程设计进程安排序号 设计各阶段内容 地点 起止日期1 上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关 文献 第一周周一2 有关工艺设计计算 第一周周二 至周五3 装配图绘制 第二周周一 至周三4 撰写课程设计说明书 第二周周四、 五五、应收集的资料及主要参考文献1 陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计M. 杭州：华东理工大学出版社，20052 张裕中.
3、食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，20003 无锡轻工大学，天津轻工业学院.食品工厂机械与设备M.北京：中国轻工业出版社，19894 崔建云. 食品加工机械与设备M . 北京：中国轻工业出版社，20085 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备设计M. 广州: 华南理工大学出版社，20034 GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例S北京：中国标准出版社，1993发出任务书日期： 2012 年 6 月 11 日 指导教师签名：计划完成日期： 2012 年 6 月 22 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：课程设计考核表设计题目 每天贮液体积为 100m的贮液
4、罐姓名 董艳 班级 09 食品科学与工程 4 班设计（论文）起始时间 2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日设计完成情况：独立完成，达到要求能够完成，达到要求能够完成，基本达到要求不能按时完成，达不到基本要求说明书（论文）叙述清楚 比较清楚 基本清楚 不清楚工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）：认真 较认真 一般 不认真图面是否清晰清晰 比较清晰 基本清晰 不清晰计算是否正确 正确 基本正确 不正确设计（论文）是否符合规范要求 规范 基本规范 不规范1成绩评定:优秀良好中等及格不及格指导教师签字： 年 月 日摘 要本次设计的是一套每天储液的体积为 10
5、0m的牛奶储罐装置，该装置由搅拌器 ，进、出料口，人孔，温度计、液位计、视镜 、支座等设备组成。通过工艺计算，本课程设计每天贮液的体积 100m，贮罐的填充系数：80%，每天分 2 班，每班用 4 个贮液罐，以以上生产任务为设计基础。罐体材料选择为AISI304 不锈钢材质，通过贮液体积计算，圆整体积到 16m，根据（HGT-3154-1985 卧式椭圆型封头系列）图表可得到相关罐体的基础数据，筒体壁厚8mm，直径 1800mm，长度 5600mm,封头厚度 10mm 等等，根据基础数据选合适的封头（JBT4737-1995 椭圆形封头） ，通过一系列公式计算出搅拌器的功率为 1KW，根据实际
6、生产需要，选取适当的进出口管系列，进出口接口管直径159mm,把基本的生产设计参数确定后基本定型，通过基础数据绘制装配图。关键词：储罐，低压容器，工艺计算，装配图1目 录1.设计方案的分析.11.1 贮罐类型的确定.11.2 钢体的选择.11.3 封头选择依据.11.4 容器的几何形状.11.5 人孔的选择.11.6 法兰的选择.11.7 垫片的选择.21.8 鞍座选择依据.22.工艺设计条件.23.工艺流程示意图.24.设计基本参数34.1 物料的物理化学性能参数.35.工艺设计计算.35.1 设备容量的确定.35.2 贮液罐的设计.35.21 材质选择.35.22 几何尺寸确定.35.3
7、壁厚的确定.45.4 封头的选择.55.5 搅拌器轴功率的计算.55.6 主要管径的确定.65.61 人孔.65.62 视镜.65.63 物料进出口管.75.64 排气孔.75.65 液面计.75.66 温度计.85.7 鞍座的选择.8 5.8 压力容器法兰的选择与设计105.9 管法兰的选择与设计105.10 垫片的选择与设计.115.11 螺栓的选择与设计.126.课程设计的收获感想137.参考文献14附录：储罐装配图1贮罐的设计1.设计方案的分析1.1 贮罐类型的确定本次设计的贮罐采用卧式圆筒贮罐，卧式贮罐主要应用于储存量较小，并且贮罐的耐压能力较强。由于设计体积较小（约为 100m3）
8、且工作压力较小（P=0.25MPa）可采用卧式圆筒形容器。贮罐是较典型的贮藏设备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、能够加热物料、较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于各种温度和压强场合等优点，故在大型贮罐中占优势。卧式贮罐的特点是，具有耐压能力好、进口扬程低、结构稳定，强度大，易清洗且造价低。1.2 钢体的选择本次的设计中，筒体、封头、鞍座垫板选用 16MnR，法兰选用 16Mn 锻，鞍座和其余部件选用 Q235（低碳钢） ，接管选用 10 号热轧无缝钢管。1.3 封头选择依据从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。1.4 容器的几何形状我国
9、容器已实现了系列化和标准化1.5 人孔的选择压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重, 可选择回转盖对焊法兰人孔。1.6 法兰的选择压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。管法兰分带颈平焊法兰与板式平焊法兰。本次课程设计的设计压力为0.25MPa，所以分别选用甲型
10、平焊法兰和板式平焊法兰。2法兰设计时，须注意以下二点：管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于 1997 年颁布的钢制管法兰、垫片、紧固件标准（HG20592HG20635-1997）的规定。1.7 垫片的选择在化工贮罐，普遍使用的垫片是石棉橡胶板（代号：XB350 ） 。但是本次设计贮罐贮藏的物料是鲜奶，属于食品。而石棉因有害健康被禁止使用，因此此次的设计选用无石棉材料的天然橡胶垫片（代号：NR） 。1.8 鞍座选择依据鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。而一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。鞍式双支座分 S 型和 F 型。本次设计选用双鞍座轻型鞍座，并采用 S 型。2.工艺
11、设计条件卧式贮罐设计工艺设计条件每天贮液的体积 100m贮罐的填充系数：80%每天分 2 班，每班用 4 个贮液罐3.工艺流程示意图图 3.1 工艺流程图34.设计基本参数4.1 物料的物理化学性能参数鲜奶密度为 1100 kg/m3设计压力（最大使用压力）:0.25MPa贮存物料的温度：最高贮存温度为室温，最低贮存温度取物料的凝固点设计温度：25C腐蚀性：低腐蚀性，腐蚀余量大约为 1mm毒性：无毒进出量：每天贮液体积为 100m,分 2 班，4 个贮罐，所以每个贮罐的装液体积为 12.5m。设计 0.1h 内装液完毕，所以体积流量为： smtVs /035.)361.0/(52/ 5.工艺设
12、计计算5.1 设备容量的确定 生产能力要求：每天贮液的体积为 V100m/d填充系数： b=80%贮液罐的总容积: =100/0.8=125m/dbv总分 2 班，每班用 2 个贮液罐则有贮液罐的容量为=15.6254x15总v将容积圆整到 16m，数量取 5 个（一个备用）5.2 贮液罐的设计5.21 材质选择选用 AISI304 不锈钢材质5.22 几何尺寸确定由计算的容积查4HGT 3154-1985 卧式椭圆形封头贮罐系列国家标准，得到以下数据图 5.1表 5.1 HG5-1580-85 (2.5Mpa)5.3 壁厚的确定按上面查得壁厚为 S=8mm ，封头壁厚 S1=10mm （在压
13、力为 2.5Mpa 的情况下，对内径小于 3800mm 的最小厚度约为内径的 0.002 倍，碳素钢或普通合金钢不小于 3mm, 不锈钢容器不小于 2mm. 封头比筒壁厚 2-3mm）标准编号:JB/T 4735-1997 标准名称:钢制焊接常压容器 颁布部门:中华人民共和国机械工业部 内容简介:本标准规定了钢制焊接常公称容积 gV全容积公称直径 gD壁厚S长度L封头厚度 1支座位置支座位置 2L贮罐总长度 0焊缝系数允许腐蚀裕度mm贮罐重量kg标准序号16 15.98 1800 8 5600 10 4780 410 6600 1 1.5 2430 HG5-1580-85-325用容器的设计、
14、制造、检验与验收的要求。 5.4 封头的选择查表 JBT 4737-1995 椭圆形封头得在公径 1800 的封头的数据为以下图 5.2表 5.2 JBT 4737-1995即封头 JBT 4737-1995 DN180010-16MnR，在这次课程设计，选用和筒体相同的材料，为低合金钢材料。5.5 搅拌器轴功率的计算根据公式: 532dNPLP0无通气搅拌输入的功率（W） ；NP功率准数，是搅拌雷诺数 ReM 的函数， NP3.5 双桨式 45 度搅拌器 ；涡轮转速：取 1 r/min；公称直径DN（ mm）曲面高度h(mm)直边高度(mm)2h厚度(碳素钢低合金钢复合钢板 )（mm）内表面
15、积A( )2m容积V( )3质量m(kg)1800 450 40 10 3.7383 0.8652 287.916L液体密度（kg/m3）取牛奶密度为 1100 kg/m3 ；2 搅拌器档数D 搅拌器的直径 = =0.6m3Dd8.1752.9106.53PW电机功率 PKgK附加功率消耗系数，取 K=1.5传动效率，取 =0.9p轴功率（kw）w=92.7nPg KW.05.6 主要管径的确定5.61 人孔人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。本次设计只设置 1 个人孔，材料使用 Q235-AF 碳素钢，查阅文献，选取标准号 HG 21516-2005，标准适用于公称压力 P
16、N 小于或等于 0.6MPa。本次设计公称压力为 0.25MPa0.6MPa,允许使用 0.6MPa 的标准。人孔直径为 450mm、高度为 220+104=324mm，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴 800mm 处。尺寸表示如下：表 5.3 人孔尺寸表 （mm ）密封面型式公称压力PN(MPa)公称直径DNdws D D1 A B L b b1 b2 H1 H2 d 螺柱数量螺柱直径长度总质量(kg)其中不锈钢(kg)突面 0.6 450 4806 595 550 330 150 200 30 22 24 220 104 20 16 M20115 95.7 -75.62 视镜用于观察发酵
17、罐内部的情况。本次设计只设置 1 个视镜，材料是 Q235 碳素钢，查阅文献，根据标准号HG21505-1992，以 0.6MPa 作为标准进行规格确定。视镜公称直径为 150mm，高度为 54mm，采用 A 型突面视镜设计。尺寸表示如下：表 5-4 视镜表 (mm)5.63 物料进出口管因为 ,依据化工原理知鲜奶属于低粘度液体，流速一smVs/035.般为 1.5-3.0m/s 之间，则取流体进入贮罐流速为 =2m/s，所以取流速1Uu=2.0m/s，则： muVds 149.0)24.3/05.4()1.3/4( 经圆整采用 159mm5mm 热 轧 无 缝 钢 管 ， 实 际 鲜 奶 进
18、 出 口 管 内 流 速 为 ：u=2.0m/s故管道接口选取如下：进料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径 159mm，开在筒体壁上端排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径 159mm，开在筒体壁下端设计接管高度为 180mm，为避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀，进料管伸进设备内部并将管的一端切成 45配用具有凸面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20592，法兰 PL68-1.6RF Q235A。5.64 排气孔公称直径：40，标准：JB/T81-1994管法兰公称直径（DN）观察孔d1D K d X H f1 f2 n-d5重
19、量（kg）A重量（kg）B150 150 260 225 202 188 54 3 4.5 8-18 14.45 14.0585.65 液面计公称直经：25，标准：PN0.25DN25HGJ49-91, 型号 R6-1，液面计型号为R6-1，根据 HG21588-1995，R 代表液面计选用反射式玻璃板液面计。根据HG21590-1995，可知液面计长度为 550mm。5.66 温度计公称直径：32，标准：PN0.25DN32HGJ49-91，型号 Pt100，温度计型号为Pt100，属于铂电阻温度传感器。根据标准铂电阻温度计的固定装置安装标准，设计温度计长度为 550mm。表 5.5 仪器接
20、口名称 公称直径 尺寸标准 型号液面计 25 PN0.25DN25HGJ49-91 R6-1温度计 32 PN0.25DN32HGJ49-91 Pt100表 5.6 贮液罐设备性能技术参数三线表序号 名称 单位 指标1 电机 KW 1.002 搅拌轴 rpm 1.53 总容量 m 164 实用量 m 15.635 贮液罐直径 m 1.86 贮液罐出口直径 mm 1595.7 鞍座的选择 卧式罐选择鞍式支座（标准：JB/T4724.1-2007） ，根据罐的公称直径 DN 值大小，以及允许载荷的大小，和圆筒强度的需要，查阅相关的标准，可选择120包角轻型带垫板鞍式支座。支座的材料最好与筒体材料相
21、同，焊接采用电焊弧，焊条牌号根据支座材料（即筒体材料，为 AISI304 不锈钢材质）参照选9用 GB5117-95 碳钢焊条。焊接接头型式和尺寸按 GB/T985 中的规定，选用对接型式，尺寸为焊丝直径为 4mm。支座的具体参数如下：图 5.3 鞍式支座10查 JBT 4712.1-2007 容器支座第 1 部分鞍式支座得数据为以下表 5.7 鞍式支座数据 单位：mm公称直径DN允许载荷Q kN鞍座高度h底板 1l底板 1b底板 1腹板 2筋板 3l筋板 2b筋板 3筋板 31800 856 250 1280 220 16 14 296 190 260 12接下表垫板弧长垫板 4b垫板 4垫
22、板 e螺栓间距 2l螺栓螺孔d螺栓螺纹螺栓孔长 l鞍座质量kg增加100mm高度增加的质量 kg2100 350 10 40 1120 28 M24 60 185 225.8 压力容器法兰的选择与设计根据压力容器法兰 TB4702-92 标准，本次设计采用甲型平焊法兰（平密封面） ，法兰采用 16Mn(锻)作为材料，设计压力为 0.25MPa。表 5-8 压力容器法兰尺寸表 单位：mm公称直径DN法兰 D法兰 1法兰 2法兰 3D法兰 4法兰法兰 d螺柱规格螺柱数量1800 1930 1890 1855 1841 1838 56 23 M20 525.9 管法兰的选择与设计11由于设计压力为
23、0.25MPa，管法兰采用 16Mn(锻)，根据 HG20593-97 标准，板式平焊法兰适用于压力为 0.25MPa0.6MPa。本次设计采用全平面板式平焊钢制管法兰。表 5.9 管法兰尺寸表 单位：mm管口名称公称直径DN管子外径B法兰外径D螺栓孔中心直径 K螺栓孔直径 L螺栓孔数量 n螺纹Th法兰厚度C法兰内径B法兰理论重量（Kg）液面计 25 32 100 75 11 4 M10 14 33 0.73温度计 32 38 120 90 14 4 M12 16 39 1.19接管 150 159 265 225 18 8 M16 20 161 5.14视镜 150 159 265 225
24、18 8 M16 20 161 5.14人孔 450 480 595 550 22 16 M20 30 485 20.55.10 垫片的选择与设计由于设计压力为 0.25MPa,根据 HG20606610-1997 标准，该标准适用于公称压力为 0.25MPa4MPa,垫片材料采用天然橡胶（NR） ，垫片的类型根据全平面板式平焊钢制管法兰，相应地采用全平面垫片，如下图。表 5-10 钢制管非金属垫片尺寸表 单位：mm 管口名称公称直径DN垫片内径 maxDN垫片外径 2螺栓孔数量n螺栓孔直径L螺栓孔中心圆直径 K垫片厚度T液面计 25 34 100 4 11 75 1.5温度计 32 43 1
25、20 4 11 90 1.5接管 150 169 265 8 18 225 1.512视镜 150 169 265 8 18 225 1.5人孔 450 480 595 16 22 495 35.11 螺栓的选择与设计设计压力为 0.25MPa,螺栓材料采用 Q235，根据 HG20613 钢制管法兰用紧固件，本次设计使用的管法兰六角头螺栓采用符合 GB 5785（细牙）的要求。如下图所示，螺栓的端部应采用倒角端。图 5.4因此六角头螺栓对应使用的螺母应是如下图所示类型。图 5.513表 5.11 六角螺栓长度、质量表管口名称公称直径DN螺纹M螺栓数量nSRL质量（Kg ） ZRL质量(Kg)
26、液面计 25 M10 4 50 36.32 50 36.32温度计 32 M12 4 60 60.71 60 60.71接管 150 M16 8 70 132.3 70 132.3视镜 150 M16 8 70 132.3 70 132.3人孔 450 M20 16 95 277.4 90 265.5螺纹相应的垫片尺寸，引用 GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓垫片材料采用非金属垫片，天然橡胶（NR） 。表 5.12 螺纹相应垫片尺寸表 单位：mm公称尺寸（螺纹规格）d内径 d1公称（min ）内径d1max外径 d2公称（max）外径d2min厚度 h公称厚度hm
27、ax厚度hminM10 11 11.43 20 18.7 2 2.3 1.7M12 13.5 13.93 24 22.7 2.5 2.8 2.2M16 17.5 17.93 30 28.7 3 3.6 2.4M20 22 22.52 37 35.4 3 3.6 3.46.课程设计的收获感想每一次课程设计都有一个进步，这是做课程设计最大的感想，因为课程设计不同于考试、作业和上课，它是一个考察一名学生综合能力以及实践的课程，14需要很熟悉地查阅资料，要懂得和其他同学通力合作，相互讨论，而且在这个过程中学到了很多有关于食品贮液罐的知识，而且通过课程设计，使我们更加深刻的了解了工程设计的基本内容，掌握
28、机械设备设计的程序和方法，培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。而且通过本次课程设计，提高了我以下方面的能力：快速查阅文献资料，正确选用公式；通过计算工艺设计计算；以及综合分析设计任务要求，确定生产工艺流程，进行设备选型。此外，这次课程设计业遇到了很多问题，例如需要查阅大量文献，通过参数选择适合的附件等，还有在画图过程中首先比例就很大，导致许多部件画不出来等问题。但是通过讨论以及请教老师，都解决了。在这里，感谢刘老师对我们课程设计的指导。此次设计通过核算符合要求。由于本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望刘老师指出，以便订正。7.参考文献收集的资料及主要参考文献1陈英南, 刘玉兰 . 常用化工单元设备的设计M. 杭州：华东理工大学出版社，20052张裕中.食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，20003无锡轻工大学，天津轻工业学院.食品工厂机械与设备M.北京：中国轻工业出版社，19894崔建云. 食品加工机械与设备M . 北京：中国轻工业出版社，200851李功样,陈兰英 ,崔英德. 常用化工单元设备设计M. 广州: 华南理工大学出版社, 2003
