1、化工設備機械基礎課程設計目錄第1章緒論31.1課程設計的目的.31.2課程設計的要求.31.3課程設計的內容.31.4課程設計的步驟 .3第2章塔體的機械計算52.1按計算壓力計算塔體和封頭厚度 .52.1.1塔體厚度的計算.52.1.2封頭厚度計算 .52.2塔設備質量載荷計算.52.2.1筒體圓筒,封頭，裙座質量 .52.2.2塔內構件質量 62.2.3保溫層質量 6.2.2.4平臺，扶梯質量.62.2.5操作時物料質量 62.2.6附件質量 72.2.7充水質量 72.2.8各種質量載荷匯總 72.3風載荷與風彎矩計算.82.3.1自振周期計算 82.3.2風載荷計算 82.3.3各段風

2、載荷計算結果匯總82.3.4風彎矩的計算 .82.4地震彎矩計算 .92.5偏心彎矩的計算.102.6各種載荷引起的軸向應力 .102.6.1計算壓力引起的軸向應力.102.6.2操作質量引起的軸向壓應力-2 102.6.3最大彎矩引起的軸向應力-3. 102.7塔體和裙座危險截面的強度與穩定校核 .102.7.1塔體的最大組合軸向拉應力校核 .102.7.2塔體與裙座的穩定校核 .112.7.3各危險截面強度與穩定性校核 112.8塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 .142.8.1水壓試驗時各種載荷引起的應力 .142.8.2水壓試驗時應力校核 .142.9基礎環設計 .152.9.1基礎環尺

3、寸 .152.9.2基礎環的應力校核.152.9.3基礎環的厚度 .152.10地腳螺栓計算 .162.10.1地腳螺栓承受的最大拉應力 162.10.2地腳螺栓的螺紋小徑 16第3章塔結構設計.183.1 塔體 .183.2板式塔及塔盤 .183.3塔設備附件 .183.3.1 接管 .183.3.2除沫裝置 .183.3.3 吊柱 .183.3.4裙式支座 .193.3.4 保溫層 .19參考文獻 .20課設結果與自我總結 .21附錄A主要符號說明22附錄B塔設備的裝配圖 24I化工設備機械基礎課程設計1.1課程設計的目的(1) 把化工工藝與化工機械設計結合起來， 鞏固和強化有關機械課程的

4、基本 理論和知識基本知識。(2) 培養對化工工程設計上基本技能以及獨立分析問題、解決問題的能力。(3) 培養識圖、制圖、運算、編寫設計說明書的能力。1.2課程設計的要求(1) 樹立正確的設計思想。(2) 具有積極主動的學習態度和進取精神。(3) 學會正確使用標準和規范，使設計有法可依、有章可循(4) 學會正確的設計方法，統籌兼顧，抓主要矛盾。(5) 在設計中處理好尺寸的圓整。(6) 在設計中處理好計算與結構設計的關系。1.3課程設計的內容對二氯乙烷精餾塔的機械設計。DN=1800mm PN=1.2MPa1.4課程設計的步驟(1) 全面考慮按壓力大小、溫度高低、腐蝕性大小等因素來選材。(2) 選

5、用零部件。(3) 計算外載荷，包括內壓、外壓、設備自重，零部件的偏載、風載、地震載荷等。(4) 強度、剛度、穩定性設計和校核計算(5) 傳動設備的選型、計算。(6) 繪制設備總裝配圖。#4纟乂診殳竽化工設備機械基礎課程設計第2章塔體的機械計算2.1按計算壓力計算塔體和封頭厚度2.1.1塔體厚度的計算(1) 計算壓力 Pc=1.2MPa塔體計算厚度、.二捫pr需需鼻皿訶(3)塔體設計厚度 、；c c = 9.8mm(4) 塔體名義厚度 ；.n =12mm7(5) 塔體有效厚度 e 二、n -c 二 10mm2.1.2封頭厚度計算(1) 計算厚度(2) 設計厚度PcDi2、:|t -Pc 0.5、

6、c 二、 c = 9.5mm28002 170 0.85 -0.5 1.2二 7.5mm(3)名義厚度n =12mm (3)有效厚度 二-c 二 10mm2.2塔設備質量載荷計算2.2.1筒體圓筒、封頭、裙座質量mb(1) 圓筒質量 m1=536 36.79 = 19719.4Kg(2) 封頭質量 m2=338.4 2 = 676.8 Kg(3) 裙座質量 m3=536 3.06 =1640.2Kg說明：1塔體圓筒總高度為36.79m；2 查得DN1800mm，厚度10mm的圓筒質量為536Kg/m ；3查得 DN1800mm，厚度10mm的橢圓形封頭質量為 338.4Kg/m;4裙座高度30

7、60mmmi 二m+m+m=22036.4Kg2.2.2塔內構件質量m2m02=4Di275 70 55 18 75 70 七359陽浮閥塔盤質量75Kg/m2.2.3保溫層質量m303=0.785( Di 2、. n 2、)2 -(Di2、n)2H 0 2 2m03= 0.785 (2.024) (1.824)2 36.79 300 2 (1.13-0.83) 300=6851Kgm3為封頭保溫層質量2.2.4平臺與扶梯質量m41004=0.785 (Di2 n 22B)2 -(Di - 2-n 2 )2nqpqFHF2 2= 0.785(1.82 0.0122 0.120.9)-(1.82

8、0.01220.1) 0.58 1504039=6520Kg說明：平臺質量q p =150Kg/m2 ；籠式扶梯質量qF =40Kg/m籠式扶梯高度HF =39m 平臺數n=82.2.5操作時物料質量m5m05Di2(hwN h。” Vf0.785 1.82(0.1 70 1.8) 1257 0.827 1257=29186Kg說明：物料密度 q =800Kg/m3，封頭容積Vf = 0.5864m3。塔釜圓筒部分深度ho =1.8，塔板層數N=70，塔板上液層高度hw =0.1m2.2.6附件質量ma按經驗取附件質量 ma =0.25m01 =5509.lKg2.2.7充水質量mwmwDi2

9、H?w 2Vf ?w =0.785 1.82 36.79 1000 2 0.827 1000 = 95273Kg4其中幾=1000Kg/m32.2.8各種載荷質量匯總表2-1質量匯總塔段01122334455頂合計塔段長度10002000700010000100001000040000/mm人孔與平臺0013228數塔板數00922221770m：15361410.4375253605360561822036.4mO2-171741984198324713360im3-9012691813181318666851mO440809002260164016006520mO5-10398633.57

10、0317031545129185.5ma134352.6938134013401404.55509.1m-8271780425434254342577495273ime-28005200-8000mO710473312402.411012.610992.611137.951588.5各塔段最小710577222409.5220022138219186.591462質量/kg4纟乂診殳竽化工設備機械基礎課程設計4纟乂診殳竽化工設備機械基礎課程設計全塔操作質m0=m01m02m03m04m05mema=91462量/kg全塔最小質mmj n = m01 0.2m02 m03 mo4 ma me =

11、51588.5量/kg水壓試驗時mmax = m01 m02 mo3 m04 ma mw me = 157549.5最大質量/kg2.3風載荷與風彎矩的計算2.3.1風載荷計算k23 =1.V323 才f3型匹竺“222，其中“0.72 ,1.0023= 0.11 ,f3 =1.0 oa De3 二Doi 2、s3 K4 K3b De3 二Doi 2、s3 K4 d。 2、ps取 K3 = 400 mm , K42 AI32 1 900 10007000=257 mm23段計算風載荷P3Sb3=鼻=100 mma De3 二Doi 2、s3 K4 K3=2677b De3 二Doi 2、s3

12、K4 d。2、ps=2877取 De3 = 2677mm ,P3 k1k23q0 f3l3De3 10 =0.7 1.22 400 1 7000 2877 10 =6890 N計算段l iq 0kiVi2ik2ifiHit平 臺 數k 4DeiP i110004000.70.720.00752.801.020.641002620481220004000.70.720.03752.801.110.7230026201167370004000.70.720.1102.801.221.00101257287768904100004000.70.790.3502.801.621.25203540316

13、0179065100004000.70.820.6652.802.071.423023602980245856100004000.70.851.0002.802.531.56402360298032880232風彎矩的計算截面00MW 只殳 F2(h R(li I2 la) P6(li I2 舟)= 481 500 2000 1167 6500 6890 15000 17906 25000 24585935000 32880 =2.0814 10 N mm截面1 111I 21316M w = P2- F3(l -). P6(l2 la .6)= 1000 11675500 689022214

14、0001790624000245853400032880 = 1.9978 109N mm截面22M= F3 ? - . P6(l3 l4 . f) =3500 6890 12000 17906 22000 2458593200032880 =1.832 10 N mm2.4地震彎矩計算取第一振型脈動增大系數1 =0.02，則衰減指數咐=0.9+ 0.05- =0.95 ,0.5+5 ZT1 =2.07S，地震設防烈度9度，故取max =0.32。查得 T； =0.40 ,0.02 (0.05 - J/9 =0.02(0.05 - 0.02)/9 二 0.0232 “ 0膺5咒02 = 131

15、9，- 0092 等直徑等厚度的塔，H /Di =40000 /1800 =22.215按下列方法計算地震彎矩。截面000 0 16169M E - uxomogH =漢 0.095 漢 91462 疋 9.81 漢 40000 =1.5漢 10 N mm 3535M E0- =1.25M 0衛=1.25匯1.5 109 =1.9 x 109 N mm截面1 1*=書（10宀14巧4巧(10 4000035-14 4000025 1000 4 100035)8 0.095 914628 9.81175x400002.59= 1.44 10 N mmME1 =1.25M E1 =1.25 1.4

16、4 101.8 109N mm截面2 22 _2E& mg175H2.5(10H3.5-14H25h 4h35)113 5(10 40000 .2 53 5-14 40000 .3000 4 30008 0.092 91462 9.8125175 40000 .9=1.34 10 N mm2 _22 _29Me =1.25Me =1.670 N mm。2.5偏心彎矩的計算偏心質量 叫=8000 Kg 偏心距e= 2000mm偏心彎矩 Me=mege=8000 9.81 2000 =1.57 108N mm化工設備機械基礎課程設計2.6 各種載荷引起的軸向應力2.6.1計算壓力引起的軸向應力Pc

17、Di4、e2.2 18004 10= 54MPa其中、e =、n-c = 12-2 = 10mm2.6.2 操作質量引起的軸向壓應力 2截面1 10 0m g Di: ei1 1mg Dr ei91462 9.813.14 1800 10= 15.87MPa91462 9.813.14 1800 10-14.76MPa其中 m；=91462838 =90752Kg2 _2m。gDi ei91462 9.813.14 1800 10= 14.76MPa其中 m； =91462 -838-5766 =85030Kg2.6.3 最大彎矩引起的軸向應力-34M0_0max二 Di2.542 1090.

18、785 18002 10二 99.94MPa截面1 14M：；Diei94 2.436 103.14 1 6002 1 2= 88.02MPa截面2 24M max二Di2、ei4 2.253 1093.14 16002 12= 89.83MPa2.7塔體和裙座危險截面的強度與穩定校核2.7.1 截面的最大組合軸向拉應力校核截面2-2塔體的最大組合軸向拉應力發生在正常操作時的22截面上，其中,I.C =170 MPa，=0.85，K =1.2,K f =1.2 170 0.85 = 173.4 Mpa鳥=_鳥2 J = 54 -13.05 89.83 = 130.78MPa薦=130.78M

19、Pa： K、=1 734M P a 滿足要求2.7.2塔體與裙座的穩定性校核截面2-2塔體22截面上的最大做和軸向壓應力、二 尸 孑=13.05 89.83 = 102.88MPa爲：=102.88MPa ： Cr 二 min KB,K、二 min 140.4,204 =140.4MPa滿足要求其中A-0.094 eiRi0.094 10900-0.00104查圖5-9得15(16MnR,200)B =117MPa,、J =170MPa , K=1.2截面1-1塔體1 1截面上的最打組合軸向壓應力11 1 1 11也=爲 +6 =15.18+88.78 =103.96MPa11tmax =10

20、3.96MPa ：、min KB,K、 = min 132,135.6 = 132MPa滿足要求0.094 、eiRi0.09410900二 0 .00104查圖 5-8 得(Q235-B，200) B=110MPa 、=113MPa K=1.2截面0-0 塔體00截面上的最大組合軸向應力ax =、嚴 、嚴=15.78 99.94 “15.81M P a、鳥=115.81MPa ：、b =min KB,K、t =min 132,135.6 =132MPa滿足要求其中 B=110MPa 汀=113MPa K=1.2項目計算危險截面0-01-12-2塔體與裙座有效厚度5e , mm101010截面

21、以上的操作質量m0-i，kg914629075285030計算截面面積A， m565005863056500計算截面的截面系數N丄，mm3345 漢 105277 漢 105254 X10 5最大彎矩 m max， N * mm2.54X1092.47 漢 1092.28 漢 109最大允許軸向拉應力K#打，MPa173.4最大允許壓應力KB129129140.4K t丨135.6135.6204計算壓力引起的軸向拉應力 w,MPa0054操作質量引起的軸向壓力 斃 MPa15.8715.1814.76最大彎矩引起的軸向壓力nMPa99.9488.7889.83最大組合軸向拉應力amax MP

22、a115.81103.96102.88最大組合軸向拉應力 oi-jax MPa130.78強度總氓y k*打滿足要求4纟乂診殳竽化工設備機械基礎課程設計強度與穩定校核0-0 Y J 1 O- max適-Cr1-1 Y 匚 max0cr2-2 Y J 1 T gDi e157550 9.813.14 1800 10= 27.32M Pa(4) 彎矩引起的軸向應力T3二 27.76M P a4(0.3Mh， Me)_ 4 (0.3 1.832 1091.57 108)uDi23.11800102.8.2 水壓試驗時應力校核(1) 筒體環向應力校核0.9【飛=263.9M Pa T 171.95M

23、P a 2 639M Pa 滿足要求(2) 最大組合軸向應力校核T- TT3 - 130.78MPa液壓試驗時 f -、下2，T3 =130.78MPa ： 0.9K-J =263.9MPa 滿足要(3) 最大組合軸向壓應力校核、T2 T3 =19.27 27.93 =102.88MPa 訂心=min KB,0.9；s = min 140.4,310.5 = 140.4MPa滿足要求2.9基礎環設計2.9.1基礎環尺寸取 Dob 二 Dis 300 二 1800 300 = 2100 mmDib = Dis - 300 = 1800 - 300 = 1 5 0mm2.9.2 基礎環的應力校核t

24、 max二maX曲酬,0.3皿滬.歸S，其中zbAbzbAbAbDOb-D2)=0.785 (21002 -15002) = 1695600mm24Zb44二(D0b DQ32Dob44二(21004 -15004)32 2100-6.7218 108mm3(1)bmaxMmaf . mg _ 2.54 10991462ZbAb - 6.722 108 1695600= 3.84MPa(2)J b max0.3M Me mmaxg 0.3 1.8321091.571081575509.81T =十ZbAb6.7218 1081695600=1.14 MPa取以上兩者中的較大值6 =3.84MP

25、a，選用100號混凝土，由表8-9查得其許用應力 Ra =5.0MPa ,6max =3.84 ： 5.0MPa 滿足要求。4纟乂診殳竽化工設備機械基礎課程設計2.9.3 基礎環的厚度二b =140MPa ; C =3 mm 。1 1bD0b-(Dis 2)2100-(1800 2 10)=140mm，假設螺栓直徑為b 140M 42，由表8-11查得丨=160 mm，當-0.88時，由表8-10查得l 160Mx 二0.1482 匚 bmaxb 二一0.1482 3.84 1402 =-11154( N .mm)My =0.0848 cbmaxl 0.0848 3.84 1602 = 833

26、6.1(N .mm)取其中較大值，故 Ms =11154.1(N.mm)按有筋板時計算基礎環厚度bMs+C=6 11154.11403 =24.86mm19圓整后取、七=25mm2.10地腳螺栓計算2.10.1地腳螺栓承受的最大拉應力M W-0 Me mmin g M E 0.25 M W Me mo gc=maX,甘 +ZbAbZbAb ，其中mmin =51588.5 KgmE=1.87 109 N.mm M$=2.08 109N.mmm。=91472KgZb =6.7218 108mm998 1.86 109 0.25 2.088 109 1.57 108 _ 91462 9.81 6.

27、722X081695600 = 3.25MPaA = 1 6 9 5 6n0n03(1)匚 B1MW Me mmin g _ 2.08 109 1.57 108 8ZbAb6.7218 1051588.5 9.811695600= 3.03MPa0 -00-0M e +0.25Mw +Me mgB2 二ZbAb取以上兩數中的較大值， 6 =3.25MPa2.10.1地腳螺栓的螺紋小徑二 b =3.25 .0,選取地腳螺栓個數n=44,二bt =147MPa,C2 =3mm，.rBAb -4 x3.25江 1695600 - _ _ . .+士 _ . _ 未/曰 + 由田土人砧di = I+C

28、2= J+3=35.944mm，由表 8-12 查得 M 42 螺栓的二 n、.bt： 二 44 147螺紋小徑d 37.129mm，故選用44 - M 42的地腳螺栓，滿足要求。化工設備機械基礎課程設計第3章塔結構設計3.1塔體塔體包括塔殼筒體、封頭、人孔、手孔、葉面計、接管、法蘭等各受壓元件，其結構形式和要求應滿足GB150有關規定3.2板式塔及塔盤因塔徑為1600mn大于800mm故選用分塊式塔盤3.3塔設備附件3.3.1接管塔設備的塔體上配有各種工藝接管和儀表接管，大多數接管與一般容器上接管結構相同3.3.2除沫裝置除沫裝置屬氣液分離裝置，用以出去氣體夾帶的液滴和霧沫，保證傳質效率。觸

29、摸裝置可安裝在塔內或塔上部，也可作為獨立的氣液分離設備。3.3.3吊柱對于高度大于15m的室外無框架的整體塔，應考慮安裝和檢修時起吊塔臺及其他附件方便，所以常在塔頂安裝可轉動的吊柱。334裙式支座裙座是塔設備廣泛采用的一種支座，裙座有圓筒形和圓錐型兩種3.3.5保溫圈塔外保溫材料的支撐圈叫保溫圈。塔體保溫圈為I型。塔頂保溫圈為u型。塔底封頭保溫圈為川型。23參考文獻1 刁玉瑋，王立業，喻健良。化工設備機械基礎（第六版）大連，大連理工大學出版社2006,12.2 蔡紀寧，張秋翔，化工機械基礎課程設計指導書。北京 化學工業出版社2010,8.3 余國琮化工容器及設備北京，化學工業出版社 1998.4 余國琮化工機械手冊天津，天津大學出版社1979. 閆康平 工程材料北京，化學工業出版社2001.化工設備機械基礎課程設計設計結果評價及