DN1100舌形塔設(shè)計含9張CAD圖帶開題報告-獨家.zip
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DN1100舌形塔設(shè)計摘 要設(shè)計一舌形塔,用于分離甲醇與水的混合溶液,并給定塔高,塔徑等相關(guān)參數(shù)。由于為第一次接觸化工類塔設(shè)備,按照老師要求,初期借閱,查看了許多化工設(shè)備相關(guān)書籍,深入了解了化工方面的許多知識,弄懂了舌形塔的工作原理,初步確定了設(shè)計思路與設(shè)計方向。本次設(shè)計主要偏向于工藝設(shè)計之后的機械設(shè)計部分。在老師的指導(dǎo)與幫助下,進行了舌形塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計與零部件的設(shè)計及塔座的確定,各部分材料的選取。主要進行了此舌形塔載荷的分析,強度的校核與穩(wěn)定性的驗算,并繪制了舌形塔的裝配圖與一些零件圖,給出設(shè)計要求,使設(shè)計符合相關(guān)標準,滿足安全生產(chǎn)的要求。綜合,整理,完成了設(shè)計說明書的編寫。關(guān)鍵詞:舌形塔;塔盤;甲醇;強度; ABSTRACTDesign a tongue tower, used to separate the mixture solution of methanol and water, and the relative parameters such as tower height and tower diameter.Because for the first time contact chemical tower equipment, in accordance with the requirements for the teacher, the early library, see a lot of chemical equipment related books, many of them understand the chemical industry knowledge, understand the working principle of tower of tongue, preliminarily determines the design thinking and design direction.This design mainly focuses on the mechanical design after the process design. With the guidance and help of the teachers, the design of the main structure of the tongue tower and the design of the parts and the determination of the tower, the selection of the materials. Mainly analyzed the tongue tower load, strength and stability checking calculation, and draw the tongue shape some assembly drawing and part drawing of the tower, gives the design requirements, make a design to comply with relevant standards, to meet the requirements of the safety in production. Comprehensive, finishing the writing of the design specification.Keywords : tongue tower; Tray; Methanol; Strength; II目錄摘 要I1緒論11.1塔設(shè)備的概述11.1.1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位11.1.2 化工生產(chǎn)對塔設(shè)備的要求11.1.3塔設(shè)備的構(gòu)造11.2 液體混合物的分餾21.3 塔設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容與設(shè)計原則21.3.1 設(shè)計內(nèi)容21.3.2 設(shè)計原則22 舌形塔的主體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計42.1 舌形塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計42.2 舌形塔的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計42.2.1 舌形塔材料的選擇42.2.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計52.2.3分塊式塔盤的支撐結(jié)構(gòu)52.2.4 裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計53舌形塔其他附屬裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計73.1溢流裝置73.1.1 降液管73.1.2 受液盤73.2進出口管裝置83.2.1 進料管83.2.2 出料管83.3人孔與手孔93.4視鏡93.5液面計93.6法蘭103.7補強圈103.8除沫器104. 塔強度計算與校核及驗算114.1塔板主要工藝尺寸的計算114.2 舌型塔壁厚初算124.2.2封頭壁厚計算124.3塔體各項載荷計算134.3.1質(zhì)量載荷計算134.3.2風(fēng)載荷計算144.3.3最大彎矩計算164.4.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算164.4.1舌形塔外殼軸向應(yīng)力分析164.4.3圓筒拉應(yīng)力校核174.4.4塔體液壓試驗時的應(yīng)力校核174.5.裙座的設(shè)計及驗算184.5.1座體184.5.2基礎(chǔ)環(huán)204.6裙座與塔體對接焊縫的驗算225舌形塔的制造、安裝及運輸235.1 材料檢驗235.2 筒體制造235.2.1 筒體的下料235.2.2 筒節(jié)的成形235.2.3 筒節(jié)的組對235.2.4 筒節(jié)與筒節(jié)的組對焊接235.2.5 筒體主焊縫的檢測235.3舌形塔的安裝235.3.1 安裝前的準備235.3.2 安裝程序245.4舌形塔的運輸246 加工工藝和裝配程序及安全防腐256.1 加工工藝256.2 裝配程序256.3 安全防腐256.3.1 開發(fā)耐蝕材料256.3.2 其他表面工程技術(shù)25結(jié)論27致謝28參考文獻291緒論1.1塔設(shè)備的概述1.1.1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位塔設(shè)備廣泛用于精餾。吸收萃取,離子交換等化工操作單元中。比如在煉油加工、化工精煉等方面都離不開塔設(shè)備來加工得到的。塔設(shè)備的質(zhì)量可以達到幾百多噸重,大都是龐大的外形,有的是十幾米或幾十米的直徑,大多數(shù)是安裝在室外使用。蒸餾是塔設(shè)備的作用之一,現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展有了很大變化,塔的用途方面也得到了很大的提升,塔設(shè)備在石油化工方面也是上升到了其他設(shè)備不可代替的地步,如環(huán)保、化工、醫(yī)藥等等。而在化工生產(chǎn)的主要分離方法有萃取、精餾、解吸以及吸收等。還有就是離子交換、干燥或者吸附等操作塔也能完成。塔設(shè)備在工業(yè)上的作用廣泛且隨現(xiàn)代工業(yè)不斷更新?lián)Q代,人們對塔設(shè)備的重視和研發(fā)工作也在不斷的提升。1.1.2 化工生產(chǎn)對塔設(shè)備的要求 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的主要要求有以下幾個方面 (1)生產(chǎn)力強。符合工業(yè)要求的前提下提高生產(chǎn)率。 (2)穩(wěn)定性好,彈性大。 在生產(chǎn)工作要求下,塔設(shè)備應(yīng)該具備既能有高效的傳質(zhì)率也可以使操作的穩(wěn)定高,還能維持連續(xù)長期生產(chǎn)。 (3)能耗低。從經(jīng)濟性的角度分析,最大化減小重大功能的消耗,如生產(chǎn)過程中液體對塔設(shè)備所造成的熱量損失、壓降、阻力等因素。 (4)結(jié)構(gòu)合理。在設(shè)計塔的結(jié)構(gòu)時,要在符合生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,綜合考慮塔安裝、維修等方面要利于員工的操作。(5)合理選擇材料。在設(shè)計塔的生產(chǎn)要求達到以后,要盡量提高材料的利用率來體現(xiàn)塔的經(jīng)濟性。不同的塔型都有著其優(yōu)點與缺點,在設(shè)計與選擇時,應(yīng)綜合考慮各方面因素,物料情況,選擇合適的塔型。1.1.3塔設(shè)備的構(gòu)造 塔設(shè)備的構(gòu)造主要由以下幾個部分組成:(1)塔體 塔體的主要組成部件就是筒體,也就是塔的外殼,直徑和壁厚很多塔都是一樣的,還有封頭的上蓋和下蓋,形狀為橢圓形。塔體的工藝要求也有很多,在滿足生產(chǎn)工藝的同時也要考慮塔體的垂直度和彎曲度符合自然的安裝與運輸,將誤差控制在允許范圍內(nèi)。 (2)塔體支座 塔體支座是將塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分,用來保證塔體能夠安放到確定位置能夠正常工作。塔體支座在強度和剛度方面都要比其他部件高,因為不僅用來承載塔的質(zhì)量和生產(chǎn)原料的質(zhì)量,還要承受外來自然因素的影響,如抵抗自然風(fēng)和地震破壞等?,F(xiàn)在用的最多的是裙式支座。(3)除沫器 除沫器用于分離塔中氣體夾帶的液滴,提高純率。一般在塔頂設(shè)置除沫器。(4)接管 塔設(shè)備的接管作用是連接工藝管路,將塔設(shè)備與各部件組成一個系統(tǒng)。(5)人孔和手孔 手孔與人孔是為了檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。 (6)吊耳 由于塔設(shè)備外形日趨龐大,吊耳可以方便的解決塔設(shè)備在安裝,運輸上的問題。(7)吊柱 由于本次設(shè)計塔比較高,所以設(shè)置吊柱,便于檢修,安裝,拆卸內(nèi)件。1.2 液體混合物的分餾現(xiàn)在在化工石油工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用的是分餾法區(qū)分離液體混合物。液體分餾的原理是將各種物質(zhì)因為分子大小、沸點不一樣,通過塔設(shè)備對液體和氣體不斷的轉(zhuǎn)換,從而達到分離效果。本次設(shè)計的舌型塔是用來分離甲醇-水溶液。在舌型塔內(nèi)進行分餾操作時,蒸汽從塔底往上升,液體從塔頂往下流,再經(jīng)過冷凝器和再沸器分別對氣體進行冷卻操作,對原料通過加熱等,有時為了保證分餾有效進行,還會安裝原料液預(yù)熱器、回流液泵等輔助設(shè)備。 1.3 塔設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容與設(shè)計原則1.3.1 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計為舌形塔設(shè)計,此次設(shè)計偏重于機械設(shè)計方面。首先是對塔體的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,之后設(shè)計附屬裝置,計算塔設(shè)備的強度、剛度、載荷和穩(wěn)定性,最后計算塔設(shè)備的強度、剛度、最后結(jié)合制造、安裝、保養(yǎng)等實際需求做防腐工作1.3.2 設(shè)計原則為了達到實際生產(chǎn)過程中高效、高產(chǎn)、低能耗等要求,主要具體考慮以下幾點。 (1) 滿足工藝和操作的要求 設(shè)計工藝和設(shè)備要有一定的靈活性,可方便調(diào)節(jié)流動和傳熱。在合適的位置安裝一些實用儀表,方便觀察塔內(nèi)情況和控制生產(chǎn)過程。 (2)經(jīng)濟合理 在滿足舌形塔設(shè)計要求的情況下,選材立足國內(nèi)。 (3) 保證生產(chǎn)安全 舌形塔應(yīng)具有一定剛度和強度,結(jié)合安裝地點,使舌形塔能抵抗正常工作過程中的各種載荷以及各自然因素所產(chǎn)生的破壞。2 舌形塔的主體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 舌形塔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計舌形塔由塔體、內(nèi)件、及支座等部件組成,如圖1、圖2所示。 圖1 總體結(jié)構(gòu)圖 圖2 三維立體簡圖舌形塔塔體由圓柱型筒體和各種凸形封頭或平板封頭組成,作為容器主體的圓柱形筒體,制造簡單,塔內(nèi)部件安裝方便,而且承壓能力好應(yīng)此應(yīng)用廣泛。舌型塔為一般化工塔,鋼材能滿足設(shè)計要求。我選取的是Q235-A。在塔體上設(shè)有各種零部件和許多接管,與塔體一起構(gòu)成一個系統(tǒng),進行分離操作。為了方便操作、安裝和檢修,在塔體上裝吊柱、扶梯平臺。在塔底上焊上一定數(shù)量的支撐圈來安裝保溫材料。舌形塔采用裙座支承。本次設(shè)計分離的為甲醇-水混合溶液。2.2舌形塔的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1 舌形塔材料的選擇舌形塔為一般化工塔,塔設(shè)備材料的選擇中,鋼材與其他材料相比,有很多優(yōu)點。舌形塔的塔板,以鋼材為主,其他材料為輔。2.2.2 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計塔板在結(jié)構(gòu)方面有一定的剛度要求,需維持板的水平。塔板間需要有密封性,避免氣體、液體短路。塔板還應(yīng)滿足便于安裝拆卸。本次設(shè)計,塔徑為1100mm,采用分塊式塔盤結(jié)構(gòu)。分塊式塔盤的結(jié)構(gòu)特點:(1) 結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便。將塔盤板沖壓折邊,使其有足夠的剛度,能優(yōu)化塔盤結(jié)構(gòu),還省鋼材。(2)制造方便,模具簡單。塔盤板安放在塔壁上的支持圈上,采用楔形連接,楔形緊固件結(jié)構(gòu)簡單、更便于拆裝。2.2.3分塊式塔盤的支撐結(jié)構(gòu)塔盤板是通過人孔送進塔內(nèi)的,安裝在塔內(nèi)固定件上。2.2.4 裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計裙座是最常見的塔設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)。按照所支撐設(shè)備的高度與直徑比,裙座可分為圓筒形和圓錐形兩種。圓筒形裙座結(jié)構(gòu)簡單,制造方便。但對于承受較大風(fēng)載荷和地震載荷的塔,需要配置較多的地腳螺栓,則采用圓錐形裙座支撐結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計采用圓錐形裙座,裙座材料為Q235-B。裙座與塔體的連接采用焊接。并且在接點外觀上是圓滑的,進行超聲檢測。由于搭接型式受力差,搭接焊縫需填滿。圓筒形裙座和圓錐形裙座的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 5 圖3 上為圓筒形裙座,下為圓錐形裙座3舌形塔其他附屬裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1溢流裝置 溢流裝置包括降液管、受液盤等部件。3.1.1 降液管降液管分為圓形降液管和弓形降液管。圓形降液管用于塔徑較小,負荷較低的情況。根據(jù)已定的設(shè)計條件,所以本次設(shè)計選則用弓形降液管。3.1.2 受液盤 受液盤按形式分為兩種,分別是平型和凹型,受液盤的作用是讓降液管的出口不受到液體侵入,受液盤的位置普遍都設(shè)置在塔盤上。平型受液盤一般都會用在易聚合物料,為了阻止它造成塔盤死角。當(dāng)液體壓降大于250Pa時,一般都會用凹型受液盤。如圖5所示 圖5 如果要使塔盤的入口液封能夠有效降低,使液體的流向得到平穩(wěn),有緩沖效果或需要更好的鼓泡時,都會選用凹型受液盤。按這次的設(shè)計需求要選用凹型受液盤,如果凹型受液盤深度大于50mm而寬度低于三分之一的塔板間距時,塔板間距可以根據(jù)要求適當(dāng)擴大。為有效預(yù)防停產(chǎn)時需要對塔內(nèi)的液體進行排放,通常把液封盤做在塔的最底部的降液管末端,是通過淚空排放液體。弓形降液管的液封盤的結(jié)構(gòu)如圖6所示。 圖6 液封盤結(jié)構(gòu)3.2進出口管裝置3.2.1 進料管當(dāng)塔徑大于800mm時,人可進塔檢修,且物料清凈不易聚合采用如圖7所示的簡單結(jié)構(gòu)的進料管。 圖7 進料管3.2.2 出料管塔底部的液體出料管結(jié)構(gòu)如圖8所示。在出料管上,焊有三塊支撐扁鋼,以便將出料管活嵌在引出管通道里。為了便于安裝,出料管外形尺寸m,應(yīng)小于支座內(nèi)徑,引出管通道直徑應(yīng)大于出料管法蘭外徑。 圖8 出料管3.3 人孔與手孔人孔天通常設(shè)置在塔體大概六米的地方,在塔頂上也要設(shè)置一個人孔,在這里選用的結(jié)構(gòu)是分塊式塔盤。為了方便塔設(shè)備的安裝與生產(chǎn),通常在一個經(jīng)線設(shè)有人孔和手孔,不能與降液管在同一平面,這樣才能夠方便工作人員進出塔。因為塔設(shè)備要保溫效果,通常人孔的選擇是回轉(zhuǎn)蓋。在與設(shè)備部件或平臺的安全距離要求上,要求人孔中心與塔內(nèi)部部件距離超過一千毫米,與操作平臺高度一般保證在八百毫米到一千毫米之間,在塔內(nèi)設(shè)置的把手直徑大約在十八毫米到二十二毫米之間,材料選擇圓鋼。3.4 視鏡當(dāng)工作人員需要觀察塔設(shè)備的內(nèi)部時,可以通過視鏡來觀察。視鏡的組成有很多,主要的有視鏡座、壓緊環(huán)、視鏡玻璃等。壓力容器視鏡、不帶頸視鏡及帶頸視鏡是市場上普遍使用的有三視鏡。 而窺視范圍大、結(jié)構(gòu)簡單易制造的是不帶頸視鏡,正常情況下都會選擇不帶頸視鏡。帶頸視鏡主要用在直徑小、受保溫層限制的塔器。通常情況下公稱壓力在0.6 MPa以上的會采用壓力容器視鏡。由于這次設(shè)計壓力是0.21MPa,根據(jù)要求分析選擇不帶頸視鏡。3.5液面計設(shè)置液面計是為了觀察設(shè)備內(nèi)部液面的位置情況。液面計有多種種類,最常用的液面計有:透光式(T型)玻璃板液面計,玻璃管(G型)液面計,反射式(R型)玻璃板液面計等。選取液面計時需要考慮公稱壓力、使用溫度、液面計材料、結(jié)構(gòu)型式及公稱長度等性能參數(shù)。3.6法蘭法蘭連接是由一對法蘭、數(shù)個螺栓和一個墊片(圈)等零件組成的一種可拆連接。法蘭連接有較好的強度和緊密性,適用的尺寸范圍寬,所以應(yīng)用很廣泛。法蘭密封的原理是:法蘭在螺栓預(yù)緊力作用下,把處于壓緊面之間的墊片壓實,壓緊面上由機械加工形成的微隙被填滿,形成初始密封條件。3.7補強圈 有時候塔體會因為開孔過大使它的強度降低,補強圈在一定程度上可以有效提升塔的強度,而在設(shè)計時應(yīng)注意補強圈厚度與材料上的選擇,通常情況下選擇與塔設(shè)備一樣。3.8除沫器除沫器的作用就是吸收氣體中帶有的細小液滴,除沫器性能的好壞可以直接影響塔設(shè)備的性能,還會影響分離的效率、原料回收等等。除沫器的分類有三種,分別是絲網(wǎng)型除沫器、折流板型除沫器和旋流板型除沫器。而在化工生產(chǎn)中最通用的類型是絲網(wǎng)型除沫器,其特點是既能吸收細小液滴也可以過濾掉大型液沫。而且效果比其他類型更明顯。根據(jù)這次的設(shè)計要求選用固定上裝式絲網(wǎng)除沫器。 4. 塔強度計算與校核及驗算表1 舌形塔的設(shè)計參數(shù)如下設(shè)計名稱參數(shù)值塔內(nèi)徑/mm1100塔高H/mm26000設(shè)計壓力/MPa0.21設(shè)計溫度t/110腐蝕余量/mm3容器類別一類筒體材料Q235-A封頭材料Q235-A裙座材料Q235-B地腳螺栓材料Q235-B介質(zhì)甲醇安裝地區(qū)衡陽郊區(qū)地震烈度7級場地類別地面粗糙度類別B4.1塔板主要工藝尺寸的計算 (1) 塔盤布置 塔板的分塊。因本塔直徑為1100mm,故塔板采用分塊式塔板。查塔板塊數(shù)表得塔板分為3塊。(2)塔板結(jié)構(gòu) 塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計,應(yīng)滿足剛性好,容易制造,裝拆方便等要求。自身梁式塔板結(jié)構(gòu)能滿足這些要求。 弓形板 弦邊做成自身梁,其長度與矩形板同。弦邊直徑D與塔徑和弦邊至塔壁的徑向距離m值有關(guān)。2000時,m=20.弧邊直徑,弓形板矢高e與、m和塔板分塊數(shù)n有關(guān)。按 得e=312矩形板 自身梁式矩形板,梁與板構(gòu)成一個整體。矩形板的一個長邊無自身梁,另一邊有自身梁。按工藝要求在板上布置篩孔。長邊尺寸(b為受液盤最大寬度)可得:通道板 通道板即為無自身梁的一塊矩形板,按工藝要求在板上布置篩孔。它是擱在弓形板或矩形板的自身梁上。長邊尺寸與矩形板相同,矩邊長度取400。4.2 舌形塔壁厚初算4.2.1圓筒壁厚計算 查化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)(第三版),內(nèi)壓圓筒厚度計算公式為:mm (1)式中,為Q235-A在105時的許用應(yīng)力,查表可得為113MPa;=0.85。最小厚壁mm 塔設(shè)備設(shè)計壁厚最小不得小于3mm,取mm。按要求,取壁厚附加量=0.8mm,給定腐蝕余量=3m,可得出此舌形塔圓筒的最小設(shè)計壁厚為 mm (3)此舌型塔塔高26m,高度很高,而此舌型塔的直徑為1100mm,考慮風(fēng)載荷影響,要適當(dāng)增加塔筒壁厚。現(xiàn)假定圓筒名義厚度=10.6mm(在初始的假定值8之間),則假定的圓筒有效厚度為: 6.8mm (4)4.2.2封頭壁厚計算 封頭的類型種類繁多,主要有球形、錐形、橢圓形和平板形,此處我采用標準橢圓形封頭。封頭的計算厚度為: (5) 要求封頭與筒體等厚是使下一步的焊接更加方便,即,有效厚度=6.8mm。4.3塔體各項載荷計算4.3.1質(zhì)量載荷計算 圖9 舌型塔風(fēng)載分析圖 設(shè)塔體和裙座質(zhì)量為 m01, 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量為m02,保溫材料質(zhì)量為m03,操作平臺及扶梯質(zhì)量為m04,塔內(nèi)物料質(zhì)量為m05,塔內(nèi)充水質(zhì)量為mw,假定人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量ma為0,偏心質(zhì)量me為0.塔體和裙座質(zhì)量,按照假定壁厚和各自高度(參上圖9)計算可得: 查資料得,舌型塔盤的單位質(zhì)量為,因此塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量為: (6) 假設(shè)保溫層厚度為1000mm,保溫材料的密度為500,則保溫材料的質(zhì)量 操作平臺(共9層,每層500kg)及扶梯(總高21m,質(zhì)量)質(zhì)量為: (7) 查資料可知(參考化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ),化學(xué)工業(yè)出版社,第358頁,表17-1)塔盤充液量為因而操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量為: 塔體圓筒部分長21.33m(圖3.1),每個封頭容積為0.105,封頭的曲面高度及直邊高度分別為250mm和25mm(參考化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ),化學(xué)工業(yè)出版社,第461頁附表II-15)。故液壓試驗時,塔內(nèi)充水質(zhì)量為 (8) 忽略人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量,即令。偏心質(zhì)量=0。則塔設(shè)備操作時的質(zhì)量 (9) =5941+1355+3730+4920+1264=17210kg塔的最大質(zhì)量 (10) =5941+1355+3730+4920+37976=53922kg塔的最小質(zhì)量 (11) =5941+271+3730+4920=14862kg4.3.2風(fēng)載荷計算風(fēng)力計算公式 式中 設(shè)備中第i段的水平風(fēng)力,N; 體型系數(shù),對圓柱塔型設(shè)備,取=0.7; 風(fēng)振系數(shù); 風(fēng)壓高度變化系數(shù),可查表選?。?基本風(fēng)壓值,與建塔地區(qū)有關(guān),可查表選取; 塔設(shè)備第i段的計算高度,m; 塔設(shè)備第i段迎風(fēng)面的有效直徑,m。 將塔沿高分成8段,如圖12,見下表塔段號12345678塔段長度,m0-11-2.62.6-6.56.5-10.410.4-14.314.3-28.228.2-22.122.1-26,4500.7(B類)(查JB/T 4710-2005表8-4)2.43(B類)(查JB/T 4710-2005表8-5)0.0720.1870.540.740.770.800.820.83(查JB/T 4710-2005表8-6)0.0060.160.0840.1490.2960.4860.7300.888(B類)1111.071.191.291.371.45,mm45004500450045004500450045004500,mm400,mm600,mm29842984302430243024302430243024 N949.361514.465180.976242.848137.1610428.613179.1415126.34將塔體分為若干段后,該底部以上所有風(fēng)力對其產(chǎn)生的彎矩之和即 裙座底截面0-0處的風(fēng)彎矩為: (13)計算出各截面風(fēng)彎矩結(jié)果如下4.3.3最大彎矩計算塔設(shè)備任意危險截面I-I的最大彎矩按下式計算取其中較大值。 (17)分析可以得到,Mw截面為彎矩最大截面,又因為。故,即: 4.4.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算4.4.1舌形塔外殼軸向應(yīng)力分析以下分別為介質(zhì)軸向應(yīng)力,質(zhì)量載荷軸向應(yīng)力與彎矩載荷引起的軸向應(yīng)力 (18) (19) (20) 查資料,系數(shù)A的計算公式為: (21) 已知B=76MPa,已知,所以。 圓筒軸向穩(wěn)定性按下式校核: (22)4.4.3圓筒拉應(yīng)力校核 對內(nèi)壓情況,圓筒的拉應(yīng)力按下式校核 而 (23)故KB,故計算所得的各項應(yīng)力應(yīng)滿足 將以上計算的各應(yīng)力代入上式得 KB經(jīng)驗算,塔體的強度和穩(wěn)定性皆滿足設(shè)計需要。4.5.裙座的設(shè)計及驗算 4.5.1座體座體采用與塔體同直徑的圓筒體,與塔體進行對接焊。取座體名義厚度與塔體相同,壁厚附加量C=2.8mm,則座體的有效厚度。座體上人孔出截面(1-1截面)各部分尺寸如圖10所示 圖10 座體可知:,400mm,。 底部截面(0-0截面)的應(yīng)力按下面兩個公式校核 正常操作時 ,取其較小值。 (29) 水壓操作時,取其較小值。(30)兩式中,;,;=0,;KB=135.6MPa。則 KB=135.6MPa。KB=135.6MPa 裙座上人孔處截面(1-1截面)的應(yīng)力按下面兩個式子校核。 正常操作時 取其中較小值 (31)水壓試驗時 取其中較小值。 (32)式中,;,則 =則 KB=135.6MPa KB可見座體滿足強度和穩(wěn)定性要求。4.5.2基礎(chǔ)環(huán) 基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)外直徑可參考下式選取: (33) 取基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)、外直徑分別為則b=160。 混凝土基礎(chǔ)上的最大壓應(yīng)力為:取其中較大值。 (34)式中 因 故 查表可知,要使則混凝土基礎(chǔ)應(yīng)選用75號以上的水泥。 采用24個均勻分布的地腳螺栓,帶筋板的基礎(chǔ)環(huán),設(shè)肋板厚度為24mm,則兩相鄰肋板最大外側(cè)間距: 則 查表查得: 故取。基礎(chǔ)環(huán)材料選用低碳鋼,取。則基礎(chǔ)環(huán)的厚度為: (35)圓整后可?。紤]腐蝕余量)4.5.3地腳螺栓 為了防止塔設(shè)備在受大風(fēng),地震等自然災(zāi)害時倒塌,需安裝一定大小的地腳螺栓。要把設(shè)備固定在基礎(chǔ)上。螺栓承受的最大拉應(yīng)力計算公式為: 取其中較大值。 (36) 把數(shù)值代入上式,計算 故取。 地腳螺栓的螺紋小徑按下式計算 (37)式中,腐蝕余量。故可選用D地腳螺栓24個。4.6裙座與塔體對接焊縫的驗算塔體裙座與塔體封頭的連接,通常采用對接,此方法,用的焊條較少,避免局部焊接應(yīng)力大的缺陷。焊接時,必須用專業(yè)焊接人員,提前制定出焊接施工要求,做好安全防范工作。作業(yè)前,準備好滅火器,麻袋,水等。不相關(guān)人員不得進入。拉應(yīng)力按校核公式為 (38)故;取與用材相同,即。則 ,因此,對縫焊接滿足強度的需求。5舌形塔的制造、安裝及運輸5.1 材料檢驗對于制造塔設(shè)備材料的選擇,除了要符合有關(guān)材料標準規(guī)定外,還要符合圖紙設(shè)計的要求。檢驗要求為JB4730 壓力容器無損檢測規(guī)定中3級。生產(chǎn)單位必須認真查看正規(guī)檢測單位的材料質(zhì)量檢測書,確認合格之后才能接收。為了安全生產(chǎn),對于不符合規(guī)定的產(chǎn)品要拒收。5.2 筒體制造筒體制造的一般方式有鍛件筒節(jié)加工和用鋼板卷制。本次設(shè)計舌形塔用鋼板卷制的筒體。5.2.1 筒體的下料筒體的下料尺寸是按實際測量值計算。計算筒節(jié)長度: 式中 D為筒節(jié)內(nèi)徑,為筒節(jié)厚度,單位都是毫米。5.2.2 筒節(jié)的成形筒節(jié)按結(jié)構(gòu)分球形筒節(jié)和圓柱形筒節(jié),圓柱形筒節(jié)種類按結(jié)構(gòu)分組合式和單層式兩種,筒節(jié)的容積與直徑要依靠工藝計算獲得,筒節(jié)最重要的受壓元件。5.2.3 筒節(jié)的組對要使塔設(shè)備直線度滿足要求,通常需要用專業(yè)立式車床加工環(huán)縫坡口,而組對使用的是自動定心工裝。5.2.4 筒節(jié)與筒節(jié)的組對焊接這里選用的焊接方法為埋弧焊接工藝,埋弧焊接工藝的特點是焊縫質(zhì)量好、自動化程度高、生產(chǎn)效率高等。5.2.5 筒體主焊縫的檢測舌形塔筒體焊縫采用無損檢測,包括MT;UT;RT;CT;HB。5.3 舌形塔的安裝 5.3.1安裝前的準備為保證塔設(shè)備質(zhì)量,安裝前需檢測符合要求才能簽收。在準備安裝墊鐵時要做研磨工作,使其表面達到要求,混凝土不僅符合強度技術(shù)指標,而且要達到安裝起吊要求,要確保中心線與標高線清晰明了。還要確保安裝場所無雜物,道路干凈平整,適合元件運輸工作。在工具器材方面要嚴格按照國家標準要求的精度指標,保證數(shù)據(jù)的精準性和統(tǒng)一性。在選擇起重機方面值得注意的是吊繩鋼索,對鋼索進行預(yù)測,事前做好充分準備保證施工安全。在準備安裝時,通過檢查元件設(shè)備的外形來確認安裝時的種類安全保證,要清理好一些管口和塔內(nèi)其他無關(guān)緊要的物品,安裝前的工作要做好充分準備,保證安裝運輸順利進行。5.3.2安裝程序 舌形塔在安裝前進行雜物清理完成后,要把墊鐵和地腳螺安裝距離盡量小。為保證安全,首先要經(jīng)過兩次的試吊,起吊中,要注意把吊臂的角度調(diào)節(jié)好,避免吊臂與塔設(shè)備相撞造成損失。依據(jù)塔體來調(diào)節(jié)和控制墊鐵的位置,而掛線錘的作用是用來調(diào)節(jié)塔與地面的垂直度。要保證底座高度誤差小于十毫米,要保證塔頂?shù)膬A斜度不能超過三十毫米。當(dāng)誤差超過時可以用調(diào)整墊鐵的方式來挽回。5.4舌形塔的運輸在舌型塔的運輸過程中,需要提前的運輸路線進行勘察,才能保證大型塔安全運輸?shù)浆F(xiàn)場。對于這種大型塔設(shè)備的運輸方式可分為三種,分別是大型拖車運輸、爬犁平地滑行和排子滾杠滾動法和。不管運用了那種方式進行運輸,都要保證安全達到現(xiàn)場,不然就要提前做好安全準備工作。特別是在運送薄壁或細長的構(gòu)件時,要進行加固措施,消除那些不必要的經(jīng)濟損失,在卸車時也要主要安全,避免發(fā)生事故。6 加工工藝和裝配程序及安全防腐6.1 加工工藝化學(xué)工藝首先要優(yōu)先考慮的就是生產(chǎn)效率,其次考慮勞動成本的降低,只有提高生產(chǎn)效率才能提高產(chǎn)品質(zhì)量,在市場上占有優(yōu)先的地位。生產(chǎn)和研發(fā)值得關(guān)注的是:1.在創(chuàng)新上,不僅要引進海外那些領(lǐng)先的領(lǐng)域,也要重視自主研發(fā),還可以從改進工藝過程上進行改善,創(chuàng)新是保證產(chǎn)品在市場上站得住腳的重要因素,創(chuàng)新決定產(chǎn)品前途。2.在考慮經(jīng)濟性上,如果在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中有很多種選擇的情況下,首先考慮的就是降低成本提高產(chǎn)品質(zhì)量,工作人員合理利用工廠資源把生產(chǎn)提高到最大化。3.一個標準的工藝規(guī)程能夠提供很好的勞動基礎(chǔ),可以更多提供自動化生產(chǎn),這樣不僅減小員工工作疲勞,還可以提高生產(chǎn)效率。而設(shè)計人員在設(shè)計圖紙時,提供更合理更便利的技術(shù)要求,應(yīng)該嚴禁不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)要求。6.2 裝配程序 塔設(shè)備的安裝可分為:1、在安裝前的準備工作,2、對塔體進行吊裝工作,3、對塔體位置進行校正工作,4、最后再安裝塔內(nèi)的部件。塔體安裝前要注意把塔的部件及各種零件上的臟垢和油污清理干凈,不然會影響塔安裝的牢固性。墊鐵和地腳螺栓的安裝應(yīng)遵循以下原則,當(dāng)兩者間的距離小于三百米時,墊鐵可以安裝在地腳螺栓的同一側(cè),而且要靠近。兩個墊鐵組最適合的距離是五百毫米左右,安置主要根據(jù)底座結(jié)構(gòu)、塔體質(zhì)量和承載質(zhì)量三者來決定安裝位置。底座的結(jié)構(gòu)、大小、塔設(shè)備重量等因素決定選用的墊鐵型號。吊裝之前,需試吊,把塔體抬離地面近一百米左右,然后檢查塔體。吊裝時,應(yīng)時刻注意隨角度而調(diào)整,防止吊臂失效來破壞塔設(shè)備。而最后一步才是調(diào)整墊鐵,要減小實際誤差就是通過調(diào)整墊鐵來實現(xiàn)的。6.3 安全防腐6.3.1 開發(fā)耐蝕材料防腐材料做得好可以有效提高塔設(shè)備的壽命,應(yīng)盡量使用現(xiàn)代工業(yè)的陶瓷、合金或非金屬材料等新材料。雖然鋼材在現(xiàn)代工業(yè)的作用很大,但在化工工業(yè)生產(chǎn)上有很多欠缺的地方,隨著現(xiàn)代化工工業(yè)不斷發(fā)展,塔設(shè)備對材料的要求也越來越高,鋼材在腐蝕性方面已經(jīng)逐漸不滿足化工領(lǐng)域要求。在防腐材料快速發(fā)展的今天,可以用局部防腐來這一難題。6.3.2 其他表面工程技術(shù)零部件的表面處理好與壞直接影響塔性能,可以通過化學(xué)鍍、電鍍等來對表面進行加工處理,化學(xué)鍍的種類可分為三種,分別是鍍鋅電化學(xué)、鍍鉻電化學(xué)、鍍鎳電化學(xué)。其中鍍鋅電化學(xué)應(yīng)用在電化學(xué)中是最為廣泛,還有就是在工業(yè)廢水處理方面,海洋技術(shù)方面鍍鋅電化學(xué)的發(fā)展也有了很大的提升?;瘜W(xué)鍍主要是在零件工件上涂上一層保護膜,在復(fù)雜的生產(chǎn)條件下,可以有效對工件進行保護作用,使工件的壽命得到了很大的提高,這種保護膜是通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)得到的,電鍍技術(shù)是處理工件表面最有效的,也是發(fā)展最快的工程。結(jié)論畢業(yè)設(shè)計是我們一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機會,經(jīng)過這次對舌形塔的綜合設(shè)計。我不在是一味的去學(xué)習(xí)理論知識,也開始學(xué)會綜合運用各種知識,將知識運用到實際中去,是我的綜合能力用了顯著的提升;并且讓我查閱文獻資料、設(shè)計手冊的速度提高,還讓我電腦CAD制圖等的能力得到了明顯的提升,而且通過對全局的掌控,對局部的細節(jié)進行取舍,都然我在各個方面的能力有了提升。這也是本次畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然這次畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容十分復(fù)雜,其設(shè)計過程較為艱辛,苦難重重,畢業(yè)設(shè)計讓我真的學(xué)到了許多許多。對各種設(shè)備的適應(yīng)條件進行了解、各種系統(tǒng)的適用標準的選擇,還有各種管道的一些安裝方式,我在設(shè)計的不斷深入中,逐漸熟悉和使用這些方法。提高雖然有限,但是提高是全面的,填補了我以前設(shè)計中的一些不足之處,讓知識填充了我的大腦,也為今后的學(xué)習(xí)和工作的打下堅實的基礎(chǔ),讓我具有較強的溝通和理解能力。在查閱了相關(guān)資料的情況下,和老師反復(fù)的討論之后,根據(jù)老師發(fā)的任務(wù)書的參數(shù)要求、設(shè)計出了比較符合現(xiàn)在任務(wù)書要求的DN1100舌形塔。我國現(xiàn)在面臨的大氣污染狀況,通過網(wǎng)上和圖書館資料,清楚了化工塔設(shè)備的重要性;理論系統(tǒng)的深入了解舌型塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計;查閱相關(guān)手冊與書籍,系統(tǒng)科學(xué)的選用標準,設(shè)計計算出舌型塔各部分尺寸,對相應(yīng)部分的強度進行校核,符合任務(wù)書的參數(shù)要求;按照任務(wù)書參數(shù)要求確定出舌形塔各部分尺寸,通過制圖軟件繪制出不少于三張零號圖紙。致謝在近兩個月的畢業(yè)設(shè)計的過程中,感謝XXX老師的付出,我由衷心地感謝指導(dǎo)設(shè)計DN1100形舌型塔的XXX老師,他的悉心并且耐心設(shè)計指導(dǎo)給予了我很多很多的幫助還有鼓勵,為我的問題細心的答疑解惑,有了XXX老師的耐心指導(dǎo)與細心關(guān)懷才會使我的遇到的設(shè)計方面困難中不斷的前行,順利的優(yōu)質(zhì)的完成了本次畢業(yè)設(shè)計。XXX老師作為院里的副教授,在學(xué)術(shù)研究上有著務(wù)求、求實、一絲不茍的態(tài)度,讓我深刻的明白在做設(shè)計上要細心、專心。給我樹立一個好的榜樣,同時平易近人,和藹可親形象也給我留下了一個好的印象。在畢業(yè)課題的設(shè)計中,老師首先是作為一位良好的引路人,讓我們先了解大概然后深入探究,一步一步都包含老師的盡心,推薦了很多相關(guān)的書籍,讓我們慢慢懂得如何做一個好的設(shè)計出來。多動腦,是老師說的比較多的一句話。他在資料的整理還是在畢業(yè)設(shè)計的撰寫等各個方面都給予了我大量的指導(dǎo)和巨大的幫助,尤其是在資料整理方面,讓我在查閱資料方面花費的精力大量減少。有了這些幫助,讓我的畢業(yè)設(shè)計完成起來變得順利多了;而且讓我學(xué)到了很多平時上課學(xué)不到的知識,使我受益頗多,特在致以深深的感謝。畢業(yè)馬上就要完成了,在老師的盡心幫助一定會交出一份滿意的答卷的,永遠都會記住曾經(jīng)熱心指導(dǎo)我的XXX老師,在這四年最后的日子,感謝XXX老師對我的諄諄教誨,我將銘記于心,XXX老師,真心得謝謝您感謝我們機械學(xué)院的同學(xué)們,感謝一路陪伴的室友們,感謝支持我的朋友們,致以工學(xué)院,特別感謝機械工程學(xué)院四年來為為我的辛勤付出與教育,謝謝! 未來的路我將更加的發(fā)奮圖強,會一直向前。XXX老師的鼓勵與指導(dǎo)我將會謹記于心。感謝各位評審老師以及學(xué)校的各位領(lǐng)導(dǎo)。謝謝一路陪伴的同學(xué)與老師們。 參考文獻1 路秀林,王者相.化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20042 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊 .北京:中國標準出版社,20023 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計手冊 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20054 朱振華,邵澤波.過程裝備制造技術(shù) .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20115 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計 .廣州:華南理工大 6余國琮,吳修慈,吳文林.化工容器及設(shè)備.天津:天津大學(xué)出版社,1988.107蔡莊紅,賀召平. 化工制圖.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009. 98化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會.塔設(shè)備.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.19姚玉英.化工原理(上).天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,200510姚玉英.化工原理(下).天津:天津大學(xué)出版社,1999.811周志安,尹華杰,魏新利.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996 12匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備畢業(yè)設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200110 13潘紅良,郝俊文.過程設(shè)備機械設(shè)計.上海:華東理工大學(xué)出版社,2006,714譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)(第3版).天津:天津大學(xué)出版社,2006.1215Coulson,j.& Richardson,j. f.Chemical Engineering Vol.2,2nd ed,pregamon Press:1968 16Smith R.B.,Dresser,T.and Ohlswager,s.Hydrocarbon processing and petroleum refiner. Vol.40.No.5.1963,18317 A generalized approach for the conceptual design of distillation columns with complex configurations Chemical Engineering Research and Design, 201618 Application of Artificial Neural Networks Based Monte CarloSimulation in the Expert System Design and Control of Crude Oil Distillation Column of a Nigerian RefineryAdvances in Chemical Engineering and Science, 201431課題任務(wù)書學(xué)院:XXX 專業(yè):XXX 指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱DDN1100舌形塔設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)擬設(shè)計一舌形塔,用于分離甲醇-水溶液。給定設(shè)計參數(shù)如下:塔內(nèi)徑: 1100 mm 塔高:26 m設(shè)計壓力:0.21MPa 設(shè)計溫度:110 腐蝕余量:3mm 安裝地區(qū):自定 需完成的主要內(nèi)容如下:1、緒論2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計3、材料選擇及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計4、強度計算與校核5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等6、繪制裝配圖及零部件圖7、翻譯外文文獻擬達到的要求或技術(shù)指標1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關(guān)科技資料2、進行結(jié)構(gòu)、材料及裝置選擇論證時,要求資料詳實,數(shù)據(jù)充分3、進行強度校核時,要求計算準確,分析詳細,公式的字母含義應(yīng)標明4、查閱15篇以上與題目相關(guān)的文獻,其中近三年的文獻不少于5篇,鼓勵引用一定的外文文獻;按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設(shè)計說明書;寫出不少于400字的中文摘要;鼓勵翻譯一篇本專業(yè)外文文獻5、完成不少于三張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖和零件圖,其中應(yīng)包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙,同時至少有折合3號圖幅以上的圖紙用手工繪制,并要求圖面整潔,視圖齊全,布局合理,線條、文字及尺寸標注等均應(yīng)符合有關(guān)標準規(guī)定。進度安排起止日期工作內(nèi)容備注2月13日2月24日2月27日3月10日3月13日5月19日5月22日5月26日畢業(yè)設(shè)計調(diào)研集中實習(xí)畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)答辯主要參考資料1 路秀林,王者相.化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20042 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊 .北京:中國標準出版社,20023 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計手冊 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20054 朱振華,邵澤波.過程裝備制造技術(shù) .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20115 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計 .廣州:華南理工 大學(xué)出版社,19866 趙惠清,蔡紀寧.化工制圖 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20157 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ) .天津:天津大學(xué)出版社,2014教研室意見本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求,設(shè)計任務(wù)飽滿,同意下達任務(wù)書 R本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求,不同意下達任務(wù)書教研室主任(簽章):年 月 日
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