化工机械设备课程设计二氯乙烷精馏塔的机械设计.doc

目 录
第1章 绪 论..................................................................................................................3
1.1 课程设计的目的………………………………………………………………..3
1.2 课程设计的要求………………………………………………………………..3
1.3 课程设计的内容………………………………………………………………..3
1.4 课程设计的步骤…………………………………………………………..…….3
第2章 塔体的机械计算................................................................................................5
2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度……………………………………………..5
2.1.1 塔体厚度的计算…………………………………………………………….5
2.1.2 封头厚度计算……………………………………………………………….5
2.2 塔设备质量载荷计算………………………………………………………….5
2.2.1 筒体圆筒,封头,裙座质量…………………………………………………..5
2.2.2 塔内构件质量………………………………………………………………6
2.2.3 保温层质量………………………………………………………………....6
2.2.4 平台,扶梯质量……………………………………………………………...6
2.2.5 操作时物料质量……………………………………………………………6
2.2.6 附件质量……………………………………………………………………7
2.2.7 充水质量……………………………………………………………………7
2.2.8 各种质量载荷汇总…………………………………………………………7
2.3 风载荷与风弯矩计算………………………………………………………….8
2.3.1自振周期计算………………………………….……………………………8
2.3.2 风载荷计算…………………………………………………………………8
2.3.3 各段风载荷计算结果汇总…………………………………………………8
2.3.4风弯矩的计算……………………………………………………………….8
2.4 地震弯矩计算………………………………………………………………….9
2.5 偏心弯矩的计算……………………………………………………………...10
2.6 各种载荷引起的轴向应力…………………………………………………...10
2.6.1计算压力引起的轴向应力………………………………………………...10
2.6.2 操作质量引起的轴向压应力2…………………………………….........10
2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力3.………………………................................10
2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核…………………………………...10
2.7.1 塔体的最大组合轴向拉应力校核………………………………………..10
2.7.2 塔体与裙座的稳定校核…………………………………………………..11
2.7.3 各危险截面强度与稳定性校核……………………..................................11
2.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核………………………………………...14
2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力………………………………………..14
2.8.2 水压试验时应力校核……………………………………………………..14
2.9 基础环设计…………………………………………………………………...15
2.9.1 基础环尺寸………………………………………………………………..15
2.9.2 基础环的应力校核………………………………………………………..15
2.9.3 基础环的厚度……………………………………………………………..15
2.10 地脚螺栓计算……………………………………………………………….16
2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力……………………………………………16
2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径……………………………………………………16
第3章 塔结构设计…………………………………………………..……………..18
3.1 塔体………………………………………………………………………….18
3.2 板式塔及塔盘……………………………………………………………….18
3.3 塔设备附件………………………………………………………………….18
3.3.1 接管……………………………………………………………………..18
3.3.2 除沫装置………………………………………………………………..18
3.3.3 吊柱……………………………………………………………………..18
3.3.4 裙式支座………………………………………………………………..19
3.3.4 保温层…………………………………………………………………..19
参考文献……………………………………………………………………………..20
课设结果与自我总结………………………………………………………………..21
附录A 主要符号说明………………………………………………………………22
附录B塔设备的装配图………………………………………………………….....24

第1章 绪 论
1.1 课程设计的目的
（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
对二氯乙烷精馏塔的机械设计。 DN=1800mm PN=1.2MPa
1.4 课程设计的步骤
（1）全面考虑按压力大小、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。

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
（1）计算压力
（2）塔体计算厚度
（3）塔体设计厚度
（4）塔体名义厚度 =12mm
（5）塔体有效厚度
2.1.2 封头厚度计算
（1）计算厚度
（2）设计厚度
（3）名义厚度
（3）有效厚度
2.2 塔设备质量载荷计算
2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m01
（1）圆筒质量 m1=Kg
（2）封头质量 m2=Kg
（3）裙座质量 m3=Kg
说明：1 塔体圆筒总高度为36.79m；
2查得DN1800mm，厚度10mm的圆筒质量为536Kg/m；
3 查得 DN1800mm，厚度10mm的椭圆形封头质量为338.4Kg/m；
4 裙座高度3060mm。
m01=m1+m2+m3=22036.4Kg
2.2.2 塔内构件质量 m02
m02=Kg
浮阀塔盘质量75Kg/m
2.2.3 保温层质量 m

=6851Kg
为封头保温层质量
2.2.4 平台与扶梯质量
m04= =6520Kg
说明：平台质量q=150Kg/m；笼式扶梯质量=40Kg/m；笼式扶梯高度H=39m，平台数n=8
2.2.5 操作时物料质量
说明：物料密度，封头容积。塔釜圆筒部分深度，塔板层数N=70，塔板上液层高度
2.2.6 附件质量
按经验取附件质量
2.2.7 充水质量
其中
2.2.8 各种载荷质量汇总
表2-1质量汇总
塔段
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
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
70

536
1410.4
3752
5360
5360
5618
22036.4

-
-
1717
4198
4198
3247
13360

-
90
1269
1813
1813
1866
6851

40
80
900
2260
1640
1600
6520

-
1039
8633.5
7031
7031
5451
29185.5

134
352.6
938
1340
1340
1404.5
5509.1

-
827
17804
25434
25434
25774
95273

-
2800
5200
-
-
-
8000

710
4733
12402.4
11012.6
10992.6
11137.9
51588.5
各塔段最小质量/kg
710
5772
22409.5
22002
21382
19186.5
91462
全塔操作质量/kg

全塔最小质量/kg

水压试验时最大质量/kg

2.3 风载荷与风弯矩的计算
2.3.1 风载荷计算
2—3段计算风载荷
，其中，，。
a
b
取，

a =2677
b =2877
取，

计算段

v

k
f

平台数

1
1000
400
0.7
0.72
0.0075
2.80
1.02
0.64
1
0
0
2620
481
2
2000
400
0.7
0.72
0.0375
2.80
1.11
0.72
3
0
0
2620
1167
3
7000
400
0.7
0.72
0.110
2.80
1.22
1.00
10
1
257
2877
6890
4
10000
400
0.7
0.79
0.350
2.80
1.62
1.25
20
3
540
3160
17906
5
10000
400
0.7
0.82
0.665
2.80
2.07
1.42
30
2
360
2980
24585
6
10000
400
0.7
0.85
1.000
2.80
2.53
1.56
40
2
360
2980
32880

2.3.2 风弯矩的计算
截面0—0

截面1—1

截面2—2

2.4 地震弯矩计算
取第一振型脉动增大系数，则衰减指数，，地震设防烈度9度，故取。
查得，
，，等直径等厚度的塔， 按下列方法计算地震弯矩。
截面0—0

截面1—1

截面2—2
。
2.5 偏心弯矩的计算
偏心质量 偏心距
偏心弯矩

2.6 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

其中
2.6.2 操作质量引起的轴向压应力
截面0—0
截面1—1
其中
截面2—2
其中
2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力
截面0—0
截面1—1
截面2—2
2.7 塔体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，，，,
满足要求
2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核
截面2-2
塔体2—2截面上的最大做和轴向压应力
满足要求
其中 查图5-9得, K=1.2
截面1-1
塔体1—1截面上的最打组合轴向压应力

满足要求
其中
查图5-8得（Q235-B，200） B=110MPa K=1.2
截面 0-0
塔体0—0截面上的最大组合轴向应力

满足要求
其中 K=1.2

项 目
计算危险截面
0-0
1-1
2-2
塔体与裙座有效厚度，mm
10
10
10
截面以上的操作质量，kg
91462
90752
85030
计算截面面积 A，
56500
58630
56500
计算截面的截面系数，

最大弯矩

最大允许轴向拉应力
173.4
—
—
最大允许压应力
KB
129
129
140.4
K
135.6
135.6
204
计算压力引起的轴向拉应力,MPa
0
0
54
操作质量引起的轴向压力 MPa
15.87
15.18
14.76
最大弯矩引起的轴向压力MPa
99.94
88.78
89.83
最大组合轴向拉应力 MPa
115.81
103.96
102.88
最大组合轴向拉应力 MPa
—
—
130.78

强度与稳定校核

强度

—

—

满足要求

稳定性
满足要求
满足要求
满足要求
各危险截面强度校核汇总
2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校核
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

液柱静压力=
（2）试验压力引起的轴向拉应力

（3）最大质量引起的轴向压应力

（4）弯矩引起的轴向应力

2.8.2 水压试验时应力校核
（1）筒体环向应力校核
满足要求
（2）最大组合轴向应力校核

液压试验时 满足要求
（3）最大组合轴向压应力校核
满足要求。

2.9 基础环设计
2.9.1 基础环尺寸
取mm
mm
2.9.2 基础环的应力校核
，其中

（1）

取以上两者中的较大值，选用100号混凝土，由表8-9查得其许用应力 , 满足要求。
2.9.3 基础环的厚度
；。
，假设螺栓直径为，由表8-11查得，当

取其中较大值，故
按有筋板时计算基础环厚度
+C==24.86mm
圆整后取
2.10 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值，
2.10.1 地脚螺栓的螺纹小径
，选取地脚螺栓个数 n=44，，+C2=+3=35.944mm，由表8-12查得螺栓的螺纹小径，故选用的地脚螺栓，满足要求。
第3章 塔结构设计
3.1 塔体
塔体包括塔壳筒体、封头、人孔、手孔、叶面计、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
3.2 板式塔及塔盘
因塔径为1600mm大于800mm 故选用分块式塔盘
3.3塔设备附件
3.3.1接管
塔设备的塔体上配有各种工艺接管和仪表接管，大多数接管与一般容器上接管结构相同
3.3.2 除沫装置
除沫装置属气液分离装置，用以出去气体夹带的液滴和雾沫，保证传质效率。触摸装置可安装在塔内或塔上部，也可作为独立的气液分离设备。
3.3.3 吊柱
对于高度大于15m的室外无框架的整体塔，应考虑安装和检修时起吊塔台及其他附件方便，所以常在塔顶安装可转动的吊柱。
3.3.4 裙式支座
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。
3.3.5 保温圈
塔外保温材料的支撑圈叫保温圈。
塔体保温圈为I型。
塔顶保温圈为Ⅱ型。
塔底封头保温圈为Ⅲ型。

参考文献
[1] 刁玉玮，王立业，喻健良。《化工设备机械基础（第六版）》大连，大连理工大学出版社 2006,12.
[2] 蔡纪宁，张秋翔，《化工机械基础课程设计指导书》。北京 化学工业出版社2010,8.
[3] 余国琮《化工容器及设备》北京，化学工业出版社 1998.
[4] 余国琮《化工机械手册》天津，天津大学出版社1979.
[5] 闫康平 《工程材料》北京， 化学工业出版社 2001.

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，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
通过这次课程设计，我掌握了如何将化工工艺条件与化工设备设计有机的结合起来，使所学有关机械课程的基本理论和基本知识得以巩固和强化，为今后设计化工化工设备及机械打下一定的基础。实验过程中，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。
致谢
我认为，在这学期的实验中，在收获知识得同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我请教老师和同学，使我在专业知识好动手实践方面都得到了很好的提升，在此，要对老师和同学表示衷心的感谢。

附录A主要符号说明
基础环面积：Ab 平台质量：
裙座筒体的截面积： 笼式扶梯质量：
基础环伸长宽度：b 各类土场的特征周期：

厚度附加量：C 自振周期：

塔内直径： 设计温度：t
弹性模量：E 裙座筒体的截面系数：
塔体高度：H 常温屈服点：
笼式扶梯高度： 介质密度 ：

塔盘介质层高度 ： 塔外保温层厚度：

风压高度变化系数 ： 圆筒计算厚度：
地震弯矩 ： 名义厚度：
风弯矩 ： 有效厚度：
充液质量 ： 保温材料密度 ：
塔盘数 ：N 基本振型参数 ：
人孔个数 ：n 地震影响系数 ：

设计压力 ：P 脉动增大系数 ：

基本风压值 ： 载荷组合系数 ：k
地震影响系数： 自振周期地震影响系数：
风压高度变化系数： 设计温度弹性模量：

附录B
塔设备的装配图。