化工设备课程

化工设备课程设计说明书1第一部分设计方案简介本设计是针对《化工设备设计》这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。本设计的液料为浓硫酸。浓硫酸，俗称坏水，化学分子式为H2SO4，是一种具有高腐蚀性的强矿物酸。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98%，其密度为1.84g·cm-3，其物质的量浓度为18.4mol·L-1。98%时，熔点：10℃；沸点：338℃。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅”。浓硫酸在浓度高时具有强氧化性，这是它与普通硫酸或普通浓硫酸最大的区别之一。同时它还具有脱水性，强氧化性，强腐蚀性，难挥发性，酸性，稳定性，吸水性等。设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、人孔接管、人孔补强、接管、管法兰、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。化工设备课程设计说明书2第二部分储罐设备设计2.2设计参数的选择2.2.1筒体材料的选择根据文献[1]表1-1并结合实际情况，选用筒体材料为碳素合金钢Q-235C(钢材标准为文献[1])。Q-235C适用范围规定如下：容器设计压力2.5PMPa；钢板使用温度为0-400℃；用于壳体时钢板厚度不大于30mm。2.2.2公称直径的确定设筒体直径为D，筒体长度为L=2D，选用标准椭圆封头，则其体积可表示为:321269222440.9DDVVVD由此可求得3472.06Dmm，查文献[12]得标准封头里面没有直径3500Dmm所以粗定3400Dmm。2.1.3设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的温度一起作为设计载荷，其值不得低于工作压力。液柱静压力311.84109.83.40.0613PghMPa根据化学化工物性分析手册表3.65查饱和蒸汽压：0.0118CPMPa工作压力：00.1010.01180.1128WCPPPMPa化工设备课程设计说明书3设计压力：1.11.10.11280.1241WPPMPa计算压力：0.12410.06130.1854PMPa2.1.4设计温度设计温度指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度去50℃2.1.5焊接接头系数焊接接头系数是以焊接强度与母材强度之比值表示的。它与焊缝位置焊接方法以及检验等因素有关。文献[9]中要求受压元件焊缝必须100%无损检测，取系数1.00。设计参数总结如下表1.1表2-1设计数据序号项目数值单位1名称69m3浓硫酸卧式储存槽罐2筒体材料Q-235C3设计压力0.1241MPa4设计温度50℃5公称直径3400mm6充装系数0.97工作介质98%浓硫酸8其他要求100%无损检测化工设备课程设计说明书42.1设备的初步选型及轮廓尺寸的确定2.1.1设备的初步选型主体结构采用卧式圆柱形储罐筒体采用圆柱形筒体封头采用标准椭圆形封头2.1.2设备的轮廓尺寸的确定设备容积计算[1]2V24DLV封试算:取D＝3400mm，封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由22iDHh，得h=H-Di／4=900-850=50mm查文献[2]中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表1：查得封头尺寸为:表2-2：EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积A/2m容积V封/3m340090013.05.6表1查得Ｖ封头＝5.6由23692240.9VVVDLVm筒封封得L=7214.3mm圆整得L=7300mm则2233.143.47.32225.677.4444VVVDLVm筒封封误差计算：化工设备课程设计说明书5100%1.01%5%ggVVV计，符合要求.工作容积为3 77.440.969.70VФVm，最终，取液氨储罐的公称直径DN=3400mm，筒体长度L=7300mm；选取EHA椭圆形封头：封头EHA3400×20化工设备课程设计说明书6第三部分储罐设备强度设计和结构设计3.1储罐的结构设计3.1.1封头设计(1)封头的厚度设计查文献[10]中表1，得公称直径3400inDDmm选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则2iiDh[2]，根据GB150-1998中椭圆形封头计算中式7-1计算：0.185434002.52211250.18542ctcDmmP同上，取𝐶2=2mm，𝐶1=0。封头的设计厚度124.52dCCmm圆整后，取封头的名义厚度mmn8，有效厚度mmCCne621(2)封头的结构尺寸（封头结构如下图1）由22()iDHh，得900850504iDhHmm查文献[10]中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表2.1表3-1EHA椭圆形封头内表面积、容积公称直径DN/mm曲面高度hi/mm直边高度h/mm总深度H/mm内表面积A/容积/34008505090013.05.6图3.1封头的示意图2mV封3m化工设备课程设计说明书73.1.2接管与法兰设计查文献[5]表8.2.2-2PN10带颈对焊焊钢制法兰，选取各管口公称直径，查得个法兰的尺寸。查文献[5]附录D中表D-3，得各法兰的质量。查文献[5]表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。图3-2带颈对焊钢制管法兰示意图体积为71m3的浓硫酸需要在3小时内全部装满，体积流量3690.007736002.5vvmqst查表可知浓硫酸的管内流速范围为0.8～1.2ms⁄，此处流速取v=1ms⁄管径横截面积20.00770.00771vqAmV接管直径440.00770.0993.14iADm圆整后直径100Dmm计算验证：管径横截面积2223.140.10.0078544计DAmm流速0.00770.9810.00785v计计qmVsA计算流速符合0.8～1.2ms⁄，所以选用进出管直径100Dmm化工设备课程设计说明书8表3-2接管和法兰尺寸单位mm3.1.3液面计的选择液面计的种类很多，常用玻璃板液面计。它们都是外购的标准件，只需要选用。玻璃板液面计有三种：透光式玻璃板液面计、反射式玻璃板液面计、视镜式玻璃板液面计。利用连通器原理，通过液面计的玻璃板视窗可以观察容器内部液面位置的变动情况。根据设计要求选用查文献[6]中选用磁性液面计，型号T,使用压力为PN=2.5Mpa,液面计采用普通型；结构形式：保温型W,钢板Q345R.标准选用HG/T21584-95.AT2.5-W-1450.中心距为L=2000mm,采用带颈法兰DN32。3.1.4人孔的结构设计①密封面的选择由于本次设计的介质是高度危害的，查文献[7]中表3-1，选用凹凸法兰密封面（MFM）法兰。管口名称公称直径DN钢管外径法兰焊端外径法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n(个)螺栓Th法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰质量NSH1R出料口100114B200160188M16201286106504进料口100114B200160188M16201286106504液位计口3238B140100184M1618562.666422温度计口2025B10575144M1218402.364401压力表口2025B10575144M1218402.364401排污口8089B200160188M16201053.2106504排空口6576B185145188M1618922.9106452.5化工设备课程设计说明书9②人孔的设计本次设计的储罐设计压力为0.1241MPa，查文献[7]中，采用回转盖带颈对焊法兰人孔。其明细尺寸见下表：表3-3人孔尺寸表单位：mm密封面型式公称压力PN/MPa公称直径DN总质量kg螺栓尺寸螺母数量螺栓数量凹凸面1.6700222M30×2×1102020b1b2Bd0D1D31362002465071553010𝐻1𝐻2AdbL26011139024343003.1.5螺栓（螺柱）的选择查文献[11]中表5.0.7-9和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸：[7]表3-4螺栓及垫片单位mm管口名称紧固件用平垫圈公称直径螺纹螺柱长h出液口100M169017303进液口100M169017303液位计口32M168517303温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5排空口65M168517303排污口80M1690173033.1.6垫片的选用查文献[6]垫片尺寸如表2.4所示wds1d2d化工设备课程设计说明书10表3-5垫片尺寸表单位mm管口名称公称直径内径D1外径D2出液口100110120进液口100110120人孔500580700液位计口324365温度计口202750压力表口202750排污口8089120排空口6577109注：1.选耐酸石棉橡胶板2.垫片厚度均为1.5mm，人孔选3mm。3.1.7鞍座设计（1）鞍座的选取该卧式容器采用双鞍式支座，材料选用Q235-C。21269225.640.9DvvL引用(2.1)L=7.2142m圆取整L=7.3m储罐总质量12342mmmmm1m——筒体质313.143.47.30.0067.85103670.7mDLkg2m——单个封头的质量：查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.2EHA椭圆形封头质量，可知，22058.4mkg3m——充液质量：24331.841071130640HSOmVkg4m——附件质量：人孔质量为302kg，其他接管质量总和估为400kg，即4702mkg综上所述，12342139121.5mmmmmkg化工设备课程设计说明书11139121.59.81363390.7GmgN则每个鞍座承受的重量为681.69kN由此查JB4712.1-2007《容器支座》，选取重型，焊制为BⅠ,包角为120°，有垫板的鞍座。查JB4712.1-2007表8设计鞍座结构尺寸如下表3.2：表3-6鞍式支座结构尺寸单位mm公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度h底板腹板11123400297925024803802222筋板垫板鞍座质量kg2弧长3913354301639506001480795图3-3鞍式支座结构（2）鞍座位置的确定因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯化工设备课程设计说明书12矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB4731《钢制卧式容器》规定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头25042ii有DDhHmmHh故0.2(2)0.2(7300250)1480ALhmm鞍座的安装位置如图2.2所示：图3-4鞍座的安装示意图此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有