3计量罐设计 .docx

精品名师归纳总结Hefei University化工机械与设备过程考核之一- 典型化工机械设备设计题 目：3.6MPa下计量罐设备机械设计系 别：化学材料与工程系班 级：10化工 <2）班姓 名：程龙艳学 号：1003022021队 别：Team 10队 员：王曼<队长）、韩金凤、程龙艳、赵真真教 师：胡 科 研日 期：2021-12-04可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录第一章概述 31.1 计量罐背景 31.2 计量罐简介 31.3 主要工作 4其次章工艺设计 42.1 物料简介 42.2 、设计参数 4第三章机械设计 53.1 封头厚度的设计 53.1.1 椭圆形封头厚度运算公式 53.2 、圆筒厚度设计 63.2.1 单层圆筒厚度运算式 63.3 压力计和液面计的挑选63.4 开孔补强设计 73.5 强度校核试验 7第四章零部件设计 84.1 法兰的设计 84.2 支座的设计 84.3 垫片的设计 84.4 人孔的挑选 8第五章总结 9第六章参考文献 10可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一章 概述1.1 计量罐背景所谓容器是指用于储存气体、液化气体、液体和固体原料、中间产品或成品的设备。压力容器是容器的一种，是指最高工作压力P0.1MPa，容积 V 25L，工作介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点液体的容器。而计量槽也属储罐的一种，其主体是压力容器，计量槽按计量介质分为液体计量、粉末颗粒固体计量两大类。按计量精度等级分为一般计量、精确计量两个等级 。随着化工和石油化学工业的进展，压力容器的工作温度也越来越宽。新工作介质的显现，仍要求压力容器能耐腐蚀。对此，各国均投入了大量的人力物力从事相关的讨论工作。目前，压力容器用材料的主要讨论成果和技术进步表现在以下几个方面：材料的高纯洁度：冶金工业整体技术水平和装备水平的提高，极大的提高了材料的纯洁度，提高了压力容器用材料的力学性能指标，提高了压力容器的整体安全性。材料的介质适应性：针对各种腐蚀性介质和操作情形，已讨论开发出超级不锈钢、双相钢、特种合金等金属材料，使之适合各种应用条件，给容器设计者以更多挑选的空间，为长期安全生产供应了保证。材料的应用界限：针对高温蠕变、回火脆化、低温脆断所进行的讨论，精确的给出材料的适用范畴。更高强度材料的应用。它广泛的用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不行少的设备。1.2 计量罐简介采纳液位计、超声波检测仪、压力测量仪等检测仪器测量物料在容器中高低差，运算出物料储存量，依据生产工艺和技术要求，取得检测仪器得到的物料高低位差信号、通过信号放大自动掌握物料进出口执行部件<如泵、阀等），可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对物料进行有效的计量和掌握。它的特点是结构简洁、操作便利、可实现自动化掌握。适用于物料储存、计量精度要求不高场合使用。精确计量有定量检测、和称重检测两种计量方式。定量检测计量：它是在一般计量方法和原理基础上、通过对容器结构改进，最大限度的放大最终液体在测量管中的液位高底差而达到对物料高精度0.5%计量，它有两种产品适用不同的场所使用，一种是每只计量罐只能计量一种容量规格。适用检验、检测部门和人员对液体流量装置、设备检验使用精确性，和生产工艺中定量不变的场合使用。另一种为了达到生产过程中需要转变定量数而改进的一种产品，它是通过对计量罐内部结构改造达到一只计量罐有几种定量计量功能，适用于对液体高精度计量。1.3 主要工作容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本次设计主要工作介绍计量罐的的筒体、封头的设计运算，以及零部件的选用。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.1 物料简介其次章 工艺设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结HCFC-123 ，其实是 R-123 制冷剂，别名 R123、氟利昂 123、F-123，中文 名 称 三 氟二 氯乙 烷<2,2 二氯 化 1,1,1 三 氟 乙 烷 ） ， 英 文 名 称Dichlorotrifluoroethane 。R-123 主要用途 R-123 制冷剂良好的综合性能使之成为在大型中心空调<离心式冷水机组）中成为 R-11<R11、氟利昂 11、F-11 、CFC-11、一氟三氯甲烷、Freon 11 ）制冷剂的最有效和安全的替代制冷剂。三氟二氯乙烷仍用于泡沫塑料的发泡、清洗剂、化工溶剂等。虽然R123 制冷剂曾经是新装制冷设备上替代氟利昂 R11最常见的挑选，但是由于 R123与 R11 物化性能、理论循环性能以及压缩机用油等均不相同，因此对于初装为R11 制冷剂的制冷设备的售后修理， 假如需要再添加或更换制冷剂，仍旧只能添加R11，通常不能直接以R123 替代R11。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2 、设计参数3设计压力： 3.6MPa 设计温度： 60 工作温度 :20 40 全容积： 3.8m公称直径：依据筒体全容积，按原化工部1985 年颁布实施的有关贮罐尺寸和质量的行业标准文献，取 Di=1100mm。材料挑选：容器用钢：一般中低压设备可采纳采纳屈服极限为245Mpa345Mpa 级的钢材， 16MnR 钢是屈服强度 350Mpa 级的一般低合金高强度钢，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能以及低温冲击韧性。选用筒体材料为16MnR钢< 材标准为 GB6654）。支座材料：依据 JB/T4731, 支座选用材料为 Q235-A。螺栓：选用符合 GB/T 5783 规定的 Q235-A。法兰材料：由于法兰必需具有足够大的强度和刚度，以满意连接的条件，使之能够密封良好，应选用 Q235-A的一般碳素钢。接管材料：由于接管要求焊接性能好且塑性好。故挑选10 号优质低碳钢的一般无缝钢管制作各型号接管。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章机械设计3.1 封头厚度的设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压力容器封头种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是防止封头和圆筒的连接焊缝处显现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较匀称，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中，低压容器中应用较多的封头之一。本设 计 取 公 称 直 径 DN=Di=1100mm， 选 用 标 准 椭 圆 形 封 头 ， 长 短轴比值为 2，依据教材化工设备机械基础可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1.1 椭圆形封头厚度运算公式同 上 取C . =0mm ， C . =2mm 。 就 封 头 的 名 义 厚 度 为 n13.79mm+0+2mm=15.79m圆m整, 后取为n=16mm。3.2 、圆筒厚度设计4在操作温度 2040的范畴内，在圆筒的厚度在 616mm范畴内，查文献 中表 4-1 常 用容 器钢板 <管）许 用应 力表 >按 设计 温度 60 ， 取得。取焊缝系数为=0.85 ，利用教材化工机械设备基础3.2.1 单层圆筒厚度运算式查文 献知 ，钢 板厚 度负 偏差为 0.25mm，当 钢材的 厚度负偏差不 大于0.25mm，且不超过名义厚度的 6%时，负偏差可以忽视不计，故取 C.=0mm。腐蚀裕量 C.=2mm。就筒体的名义厚度n13.88+0+2mm=15.88m。m圆整后取n=16mm。3.3 压力计和液面计的挑选液面计是用以指示容器内物料液面的装置，其类型许多，大体上可分为四类，有玻璃板液面计、玻璃管液面计、浮子液面计和浮标液面计。玻璃板液面计有透光式和反射式两种结构，其适用温度一般在0250。但透光式适用工作压力较反射式高。玻璃管液面计适用工作压力小于1.6MPa，介质温度在 0 250的范畴。液面计的选用：<1）玻璃板液面计和玻璃管液面计均适用于物料内没有结晶等堵塞固体的场合。板式液面计承压才能强，但是比较笨重、成本较高。<2）玻璃板液面计一般选易观看的透光式，只有当物料很洁净时才选反射式。<3）当容器高度大于 3m时，玻璃板液面计和玻璃管液面计的液面观看成效受可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结到限制，应改用其它适用的液面计。HCFC-123为较洁净的物料，易透光，不会显现严峻的堵塞现象，所以在此选用透光式玻璃管板面计。压力计：考虑到液氨有肯定腐蚀性 , 所以综合考虑选用隔膜压力表 ,技术指标为： 精度等级： <1.6 ） 公称直径 ， 测量范畴： 0-6.0MPa3.4 开孔补强设计本设计采纳补强圈补强，这是中低压容器应用最多的补强结构，补强圈贴焊在壳体和接管连接处，结构简洁，制造便利，使用体会丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热成效差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力，另外，补强圈与壳体采纳搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲惫性能差。开孔直径：故补强的面积：补强材料与壳体材料相同，制造时为便于备材，且补强圈耗材也不多，设计时可采纳与壳体相同的板厚，即取=16mm。3.5 强度校核试验水压试验应力校核：先按公式确定水压试验时的压力Pt 为：选取两者中压力较大值作为水压试验压力，即取Pt =3.5MPa水压试验时的应力为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结查表得厚度为 16mm的 16MnR钢板的钢材屈服极限故在常温水压试验时的许用应力为故因此满意水压试验要求。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.1 法兰的设计第四章 零部件设计可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结该原料计量罐设置液相入口、液相出口、氮气出口、氮气入口、压力表口进料口和人孔。液相入口和氮气入口管伸进设备内部并将管的一端切成450，为的是防止物料沿设备内壁流淌以削减磨蚀和腐蚀且在短时间内将物料注满容器。在化工生产中，需要将液体介质运输到与容器平行的或较高的设备中去，并且获得纯洁无杂质的物料。已知设计压力为 3.6，选取公称压力 PN为 6，查文献 PN 带颈平焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。4.2 支座的设计立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四种。对于高度不大、安装位置距基础的面较近且具有凸形封头的立式容器，可采纳支承式支座。依据零部件设计，每个支座承担的力为 16.6KN, 应选用 B型支座。4.3 垫片的设计本次设计我主要设计的是垫片。查文献 HG/T 20609-2021 ，钢制管法兰用金属包覆垫片，压力在 4.0MPa 左右，密封面为 RF<突面），选取柔性石墨复合垫片。 RF 型垫片可带不锈钢或碳钢内包边 <RF-E）。垫片厚度均为 1.5mm,包边宽度为 3mm。其他相关数据可依据零部件设计图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.4 人孔的挑选依据计量罐是在常温下及最高工作压力为3.6MPa 的条件下工作 , 人孔的标准按公称压力为 6MPa等级选取。考虑到人孔盖直径较大较重, 应选用回转盖对焊法兰人孔，参考文献文献7，取公称直径 400mm凹凸面法兰密封。选取 IV 类材料。 III类16Mn 类>材料用于公称压力下限为 1.O MPa 的人孔和手孔。这是由于更低公称压力 如 PN O.6 M Pa> 的人孔和手孔筒节材料如采纳 16MnR材料，其按强度运算的壁厚已经小于GB 150 中规定的最小壳体壁厚值，因此没有必要再采纳高强度的16Mn类材料。该人孔标记为：人孔 MFM III A·G>400-4.0 GH21518-2005。第五章 总结本课程设计题目是计量罐设备的设计，我做了以下工作：1、确定设计题目，查找相关资料，明确该设计相关条件与要求，确定设计工艺参数，如设计压力，设计温度，工作温度，全容积等，以及通过分析材料的性能，通过国家标准选用计量罐的筒体，封头，支座等各部分零件的材料。2、依据设计的方法与步骤，依据设计压力及体积查取筒体的公称直径，再根据化工机械设备基础书中单层厚度圆筒壁公式运算得到筒体的厚度，然后考虑腐蚀余量及偏差等得到筒体的设计厚度。再依据书中运算封头厚度的运算公式运算封头厚度以及依据工艺要求得到圆整后封头设计的厚度。3、再依据国家标准及设计要求挑选零部件如接管法兰、垫片、支座以及人孔合适的种类及尺寸 。4、计量罐结构设计完成后，由于在容器上有开孔和安装接管，而这不仅减弱了器壁的强度，在壳体和接管的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此仍充分考虑了开孔的补强。5、针对计量罐是一种压力容器，仍特殊查找了不同的压力计以及区分他们之可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结间的差别，最终选定了不仅压力满意而且测量将精度更好的压力容器。6 、依据要求完成课程设计说明书及相应的装配图与零件图。第六章参考文献1 HG5-1579-85 立式椭圆形封头贮罐系列2GB_150-1998 钢制压力容器中华人民共和国国家标准3HG/T 20609-2021 , 钢制管法兰用金属包覆垫片4化工机械设备基础 ， 大连理工高校出版社5 JB-T /4736-2002补强圈6化工 CAD应用基础 ，化学工业出版社可编辑资料 - 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