化工设备机械基础课程设计

华北科技学院环境工程系《化工设备机械基础》课程设计报告设计题目塔设备机械设计学生姓名学号指导老师专业班级教师评语设计起止日期：至成绩化工设备机械基础课程设计2塔设备设计任务书一、设计内容1、根据操作条件选择塔体、裙座材料；2、法兰选型；3、塔设备机械设计；4、塔设备结构设计；5、编写设计计算说明书，主要内容：①目录；②设计任务书（题目）；③设计方案的确定，包括材料选择、塔设备结构设计等；④塔设备机械设计过程；⑤标准零部件的选择，如法兰等；⑥设计小结；⑦参考资料；⑧附图：总装图法兰结构图塔盘板结构示意图；塔板连结结构示意图；塔盘支撑结构示意图；裙座与塔体焊缝结构图；化工设备机械基础课程设计3设计参考数据塔体内径/mm2000塔高/mm31000计算压力/MPa1.2设计温度/℃200设置地区广州地震设防烈度/度8场地土类Ⅱ类设计地震分组第二组设计基本地震加速度0.2g地面粗糙度B类塔盘数52塔盘存留介质层高度/mm100塔盘间距/mm450塔釜存留介质高度/mm100介质密度/kg/m3825人孔间距/m5半圆形平台数平台宽度800平台高度1000保温层材料密度/kg/m3315保温层厚度/mm105再沸器操作质量/kg3800再沸器偏心距/mm2000介质腐蚀性无明显腐蚀化工设备机械基础课程设计4目录一、塔体的设计条件…………………………………………5二、按计算压力计算塔体和封头厚度………………………6三、塔设备质量载荷计算………………………………………………6四、风载荷与风弯矩计算……………………………………10五、地震载荷计算……………………………………………13六、偏心弯矩计算……………………………………………15七、各种载荷引起的轴向应力………………………………15八、筒体和裙座危险截面的强度性校核……………………17九、塔体水压试验和吊装时的应力校核……………………20十、基础环设计………………………………………………21十一、地脚螺栓计算…………………………………………23十二、筒体与封头联接法兰的选取…………………………24参考文献………………………………………………………27化工设备机械基础课程设计5一、塔体的设计条件1、塔体的内径2000iDmm，塔高近似取H=31000mm；2、计算压力1.2cpMpa，设计温度200℃；3、设置地区：基本风压值20500/qNm，地震设防烈度8度，场地土类：Ⅱ类，设计地震分组：第二组，设计基本地震加速度:0.2g；4、塔内装有52层浮阀塔盘，每块塔盘上存有介质高度为100whmm，介质密度为3825/kgm；5、沿塔高每5m左右开设一个人孔，人孔数为6个，相应在人孔处安装的半圆形平台为6个，平台宽度B=800mm，高度为1000mm：6、塔外保温层厚度105smm，保温材料密度为32315/kgm7、塔体与裙座间悬挂一再沸器，其操作质量为3800emkg，偏心距e=2000mm；8、塔体在200℃的条件下工作，介质无明显腐蚀，筒体与封头材料选16MnR，裙座材料化工设备机械基础课程设计6选用Q235-B，材料的有关性能参数如下：16MnRMPaMPt345MPa,701][a,170][sMPaE5109.1Q235-BMPaMPaMPast235,113][,113][；9、塔体与裙座对接焊接，焊接接头系数0.85；10、塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。二、按计算压力计算塔体和封头厚度1、塔体厚度计算1.220008.342[]21700.851.2citcpDmmp考虑厚度附加量C=2mm，经圆整后取12nmm。2、封头厚度计算1.220008.322[]0.521700.850.51.2citcpDmmp考虑厚度附加量C=2mm，经圆整后取12nmm。三、塔设备质量载荷计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量01m圆筒质量：159627.2116217.16mkg封头质量：24382876mkg裙座质量：35963.061823.76mkg0112316217.168761823.7618916.92mmmmkg说明：（1）塔体总高度00.653.0620.0427.21HHm；（2）查的DN2000mm，厚度12mm的圆筒质量为596kg/m；化工设备机械基础课程设计7（3）查的DN2000mm，厚度12mm的椭圆形封头质量为438kg/个（封头曲面深度500mm，直边高度40mm）；（4）裙座高度3060mm，厚度按12mm计。2、塔内构件质量02m20275520.78547552122464imDkg（浮阀塔盘质量752/kgm）3、保温层质量03m22'03020322[(22)(2)]240.785[(220.01220.105)(220.012)]27.213152(1.7681.23)3156355.3insinmDDHmkg其中，'03m为封头保温层的质量，169.47kg/个，密度为3315/kgm其保温层外容积为2200(22)4zSinsVDhrdz椭圆封头的曲面方程为222221xyzab222222(1)zrxyab所以2200220.6172202(22)40.785(220.01220.105)0.04(1)(10.0120.105)(0.50.0120.105)1.768zSinsVDhrdzzdzm其壳体外容积为化工设备机械基础课程设计8'220020.51222202(2)40.785(220.012)0.04(1)(10.012)(0.50.012)1.23zSinVDhrdzzdzm4、平台、扶梯质量04m22041[(222)(22)]42insinsPFFmDBDnqqH220.785[(220.01220.10520.8)(220.01220.105)]0.5615040303429.63412004629.634kg说明：由表8-1查得平台单位面积质量2150/Pqkgm，笼式扶梯单位长度质量40/Fqkgm；笼式扶梯总高30FHm，平台数量为6。5、操作时物料质量05m22050440.78540.1528250.78541.468251.1882518226.23iwifmDhNDhVkg说明：物料密度3825/kgm，封头内容积31.18fVm，塔釜圆筒部分深度020.50.041.46hm，塔板数N=52，塔板上液层高度0.1whm。6、附件质量am按经验取附件质量为010.250.2518916.924729.2ammkg7、充水质量为化工设备机械基础课程设计92020.785427.21100021.18100087799.44wiwfwmDHVkg其中31000/wkgm8、各种质量载荷汇总将全塔分为6段，计算各质量载荷（计算中略有近似）塔段0～11～22～33～44～55～顶合计塔段长度/mm10002000700070007000700031000人孔与平台数0021126塔板数00915161252m01/kg59616304172417241724174.9618916.9注：2m裙座+下封头质量=2×596+438=1630，其余为596×各塔段长度m02/kg--2119.53532.53768282612246注：塔盘质量=0.785×4×75×各段塔盘数，塔盘单位面积质量为75kg/m2m03/kg-169.471547.81547.81547.81542.436355.3注：保温材料，下封头质量169.47，其余为单位长度保温层质量×各塔段长度m04/kg40801423.2851.6851.61382.24629.6注：平台扶梯质量，每个平台质量为571.6kg，每米扶梯为40kg，平台质量算法同前m05/kg-973.56113.583885.753885.753367.6518226.2注：封头内的物料质量=825×1.18=973.5，其余各段为各段塔板总的存留介质质量2～3段为塔釜直筒段存留介质质量+9块塔板上存留的介质质量ma/kg149407.51043104310431043.74729.3注：附件质量=0.25×m1mw/kg—11802198021980219802069487799.4充水质量=塔容积×水密度，1～2段为封头充水质量=1.18×1000=1180me/kg—130025003800m0/kg7854560.518919.115032.715268.214336.968902.3各塔段最小质量785358711109.98320.983708708.4940881.3全塔操作质量=m01+m02+m03+m04+m05+ma+me=68902.29kg全塔最小质量=m01+0.2m02+m03+m04+ma+me=40881.3kg水压试验时最大质量=m01+m02+m03+m04+mw+ma+me=138476.4kg化工设备机械基础课程设计10全塔操作质量0010203040518916.92122466355.34629.618226.234729.3380068902.29aemmmmmmmmkg全塔最小质量min010203040.218916.920.2122466355.34629.64729.2380040881.3aemmmmmmmkg水压试验时最大质量max0102030418916.92122466355.34629.64729.387799.43800138476.4awemmmmmmmmkg四、风载荷与风弯矩计算1、风载荷计算示例以2~3段为例计算风载荷3P63123033310()ePKKqflDN式中：1K——体形系数，对圆筒形容器，10.7K0q——10m高处基本风压值，20500/qNm3f——风压高度变化系数，查表8-5得：31.00f3l——计算段长度，37000lmm3v——脉动影响系数，由表8-7得：30.72v1T——塔的基本自振周期，对等直径、等厚化工设备机械基础课程设计11度得圆截面塔：33011033.90ieDESHmHTs05.110200010109.13100029.689023100033.90335——脉动增大系数，根据自振周期1T，由表8-6查的：2.333z——振型系数，由表8-8得：30.158z23K——风振系数332332.330.720.158111.2651.00zvKf3eD——塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90°，取下a、b中较大者。30334.2eisaDDKK30340.22eispsbDDKd3400Kmm，0400dmm，3105spsmm432228001000457.27000AKmml3.20242105400457.23091.2eaDmm3.20242105457.240021053301.02ebDmm取33301.02eDmm6312303336100.71.2655001.0070003301.021010231.2()ePKKqflDNp1p2