化工设备机械基础应用教程 教学课件 作者 蔡晓君第8章 化工设备机械设计应用.ppt

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1、第8章化工设备机械设计应用8.1压力容器设计8.1.1概述1．压力容器设计的任务(1)根据工作需要和承受压力能力，确定设计容器的结构型式。如矩形(箱形)、球形或圆筒形。(2)确定容器的壁厚。(3)选择容器的附件，如支座、接管等。2．容器所受裁荷主要有(1)压力：内压、外压；(2)容器和物料净重；(3)自支承高耸容器上的风载荷与地震载荷；(4)管道和辅助设备所施加的载荷，等等。3．容器机械设计的基本要求（1）强度：容器应有抵抗外力破坏的能力。（2）刚度：零部件应有抵抗外力使其变形的能力。（3）稳定性：容器或其零部件在外力作用下应有维持其原有形状的能力。（4）耐久性：抵抗介质及大气

2、腐蚀的能力。（5）气密性：容器在承受压力或处理有毒介质时。（6）其他：节约材料，使于制造，运输、安装、操作、维修方便。8.1.2内压圆筒的强度计算1.壁厚计算壁厚附加量C包括钢板厚度负偏差C1，腐蚀裕度C2以及钢材在加工和热处理过程中损失的厚度C3。负偏差C1小于设计厚度6%、且小于0.25mm时可以不计。当腐蚀和磨蚀速度大于0.1mm/a时，腐蚀裕度C2由设计者决定，腐蚀速度在0.1～0.05mm/a范围内，单面腐蚀和磨蚀取C2＝2mm，双面腐蚀或磨蚀取C2＝4mm；腐蚀速度≤0.05mm/a时，单面腐蚀和磨蚀C2＝1mm，双面腐蚀和磨蚀C2＝2mm。焊缝系数参照表8-2例8

3、-1液氨贮罐的筒体设计已知条件：设计压力p＝2.5MPa，操作温度—5～44℃，贮罐内径Di＝1200mm，设计要求；确定筒体厚度、钢材牌号。方案1：选用材料16MnR钢板,[σ]＝170MPa焊缝应为v型坡口双面焊接，焊缝系数查得：＝0.85；钢板负偏差C1＝0.8mm，腐蚀裕度由：C2=1mm，则壁厚附加量c＝0.8+1＝1.8mm。得方案2：20R钢板[σ]＝133MPa焊缝系数0.85；壁厚附加量c＝0.8+1=1.8mm。得:两种方案比较（1）钢板耗用量采用16MnR时，钢板相对重量比采用20R时可减轻。（2）制造费用按设备重量计价，16Mn制造费用比较经济。8.1

4、.3封头的厚度计算(1)椭圆封头8.1.4外压容器的设计1．外压容器的失稳与临界压力当容器受外部受压时(如有压夹套内层、真空容器等)，器壁亦会突然被压瘪，这种现象叫失稳，发生失稳的最小外压叫临界压力(pk)，而设计压力应满足。2．外压圆筒的壁厚计算当圆筒足够长，两端封头的影响可忽略，称为长圆筒(L＞Lc）3．外压圆筒壁厚参考值(表8-5、表8-6)。容器长径比公称直径4005006007008009001000120014001600180020002200筒体壁厚12345334443444.55444.55644.5566456884.5688568810688101068

5、810128101012128101214148121414141012141616容器长径比公称直径60070080010001200夹套内压力（×0.1Mpa），容器内压力≤1Mpa2.5462.5462.5462.5462.546筒体壁厚123456688868810106810101266881068101012810101212681010108101012128101214148101012128101414141012141618810121414101212141610121616204．外压封头壁厚计算(1)椭圆形与碟形头按钢制石油化工压力容器设计规定，可用受

6、内压(凹面受压)时的计算公式((8-4)式)计算。但采用的计算压力为设计外压的1.25倍。例8-2苯乙烯精馏塔内径2m，筒体高度20m，封头总深度2.5m，在120℃及真空度9.07×104Pa(680mm汞柱)下操作。材料选用20g钢板，试确定其壁厚。解：(1)塔的计算长度L（封头长度取其深度的l/3）(2)设筒体计算厚度15mm，临界长度>L(3)壁厚按短圆筒计算：查得在t=120℃时，E=1.94×105Mpa，p取0.1Mpa。因腐蚀性不大，C取2mm；按钢板厚度规格，取S=20mm(4)复核复核：(5)封头厚度：实际上取封头厚度与筒体相同S＝20mm。8.2塔设备设计

7、示例8.2.1塔设备的机械设计塔设备在操作时，塔体及裙座可能受到以下几种载荷的作用：操作压力：对塔体形成轴向和环向载荷，但对裙座则不起作用。塔的重量：塔体(Q1)、内件(Q2)、保温材料(Q3)、平台及扶梯(Q4)、物料(Q5)、裙座(Q6)、水压试验时充水量(Q7)及其他附件(Q8)等重量形成，塔体及裙座的轴向载荷及可能有的偏心载荷。风力作用：主要对塔体及裙座形成弯矩和剪力。地震影响：其中水平地震力影响最大，对塔体与裙座构成弯矩与剪力。进行塔设备的机械没计，必须对以上几种因素形成的载荷逐一