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1、HefeiUniversity《化工机械与设备》过程考核之三——典型化工设备机械设计题目：弱酸水溶液卧式贮罐机械设计系别：化学材料与工程系班级：10化工（3）姓名：何文龙学号：1003023004队别：Team5队员：朱广佳（队长）、吴凯、何文龙教师：胡科研日期：2012-12-10目录1前言12工艺设计12.1筒体的选材及结构说明12.2结构及选材参数13机械设计23.1容器计算21.筒体、封头壁厚计算23.2容器的压力实验、校核31.水压试验应力校核32.筒体轴向应力计算及校核34零部件选型44.1法兰、人孔选择54.2鞍座的选择71.鞍座强度校核9
2、5总结9参考文献101前言近年，压力容器被广泛应用于现代的工业、民用及军用等部门。压力容器在社会各行各业的生产、储存、运输等方面具有不可取代的地位，在发展国民经济、巩固国防、解决人们衣食住行等方面起着极为重要的作用。目前我国普遍采用常温压力贮罐,常温贮罐一般有两种形式:球形贮罐和圆筒形贮罐。球形贮罐和圆筒形贮罐相比:前者具有投资少,金属耗量少,占地面积少等优点,但加工制造及安装复杂,焊接工作量大,故安装费用较高。一般贮存总量大于500或单罐容积大于200时选用球形贮罐比较经济;而圆筒形贮罐具有加工制造安装简单,安装费用少等优点,但金属耗量大占地面积大,所
3、以在总贮量小于500,单罐容积小于100时选用卧式贮罐比较经济。圆筒形贮罐按安装方式可分为卧式和立式两种。一般选用卧式圆筒形贮罐,只有某些特殊情况下(站内地方受限制等)才选用立式。本文主要讨论碳酸水溶液卧式贮罐的设计。本次设计的介质为浓硫酸，储体选用Q-235B。设计的封头为标准椭圆形封头，设计的支座为鞍式支座。贮罐主要有筒体、封头、人孔、支座以及各种接管组成。贮罐上设有排污管以及安全阀、压力表、温度计、液面计等。2工艺设计2.1筒体的选材及结构说明根据碳酸的物性选择罐体材料，碳钢对碳酸有良好的耐蚀性且腐蚀率在0.1㎜/年以下，且又属于中压储罐，可以考虑
4、20R和16MnR这两种钢材。如果纯粹从技术角度看，建议选用20R类的低碳钢板，16MnR钢板的价格虽比20R贵，但在制造费用方面，同等重量设备的计价，16MnR钢板为比较经济。所以在此选择16MnR钢板作为制造筒体和封头材料。钢板标准号为GB6654-1996。筒体结构设计为圆筒形。因为作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，这类容器应用最广。2.2结构及选材参数封头有多种形式，半球形封头就单位容积的表面积来说为最小，需要的厚度是同样直径圆筒的二分之一，从受力来看，球形封头是最理想的结构形式，但缺点是深度大，直径小时，整体冲
5、压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。椭圆形封头的应力情况不如半球形封头均匀，但对于标准椭圆形封头与厚度相等的筒体连接时，可以达到与筒体等强度。它吸取了蝶形封头深度浅的优点，用冲压法易于成形，制造比球形封头容易，所以选择椭圆形封头，结构由半个椭球面和一圆柱直边段组成。封头取与筒体相同材料。查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》中表B.1EHA椭圆形封头内表面积、容积，如下表表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/4000100040104017.8464
6、8.8802鞍座选取标准：查得公称直径为3000mm的容器选择轻型(A),120°包角、焊制、六筋、带垫板，高度为250mm的鞍座，允许载荷Q786kN>627.765kN,为使封头对鞍座处的圆筒起加强作用，可取，则选A=700mm。左鞍座标记为JB/T4712-1992鞍座A3000-F.右鞍座标记为JB/T4712-1992鞍座A3000-S.具体尺寸如下表：表2鞍座标准尺寸表公称直径DN允许载荷Q/kN鞍座高度h螺栓间距l2鞍座质量/kg增加100mm高度增加的质量/kg30007862501940405343机械设计3.1容器计算1.筒体、封头壁
7、厚计算查GB150-1998中表4-1，可得：在设计温度50℃下，屈服极限强度，许用应力利用中径公式计算厚度：查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-1知，钢板厚度负偏差为0.25mm，而有GB150-1998中3.5.5.1知，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，负偏差可以忽略不计，故取。查标准HG20580-1998《钢制化工容器设计基础规定》表7-5知,在无特殊腐蚀情况下，腐蚀裕量不小于1mm,本例取=2mm则筒体的设计厚度圆整后，取名义厚度筒体的有效厚度查标准JB/T4746-2002《钢制压力
8、容器用封头》中表1，得公称直径选用标准椭圆形封头,型号代号为EHA，则，根据GB
