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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- 化工设备 机械 基础 应用 教程 教学 课件 作者 蔡晓君 机械设计
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1、第第8章章 化工设备机械设计应用化工设备机械设计应用 8.1 压力容器设计压力容器设计8.1.1 概述概述1压力容器设计的任务压力容器设计的任务(1)根据工作需要和承受压力能力,确定设计根据工作需要和承受压力能力,确定设计容器的结构型式。容器的结构型式。如矩形如矩形(箱形箱形)、球形或圆筒形。、球形或圆筒形。(2)确定容器的壁厚。确定容器的壁厚。(3)选择容器的附件,如支座、接管等。选择容器的附件,如支座、接管等。2容器所受裁荷主要有容器所受裁荷主要有(1)压力:内压、外压;压力:内压、外压;(2)容器和物料净重;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;自支承高耸容器上的风载
2、荷与地震载荷;(4)管道和辅助设备所施加的载荷,等等。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。)强度:容器应有抵抗外力破坏的能力。(2)刚度)刚度:零部件应有抵抗外力使其变形:零部件应有抵抗外力使其变形的能力。的能力。(3)稳定性:容器或其零部件在外力作用下)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。应有维持其原有形状的能力。(4)耐久性)耐久性 :抵抗介质及大气腐蚀的能力。:抵抗介质及大气腐蚀的能力。(5)气密性)气密性:容器在承受压力或处理有毒:容器在承受压力或处理有毒介质时。介质时。(6)其
3、他)其他:节约材料,使于制造,运输、:节约材料,使于制造,运输、安装、操作、维修方便。安装、操作、维修方便。8.1.2 内压圆筒的强度计算内压圆筒的强度计算1.壁厚计算壁厚计算n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。n负偏差C1小于设计厚度6%、且小于0.25mm时可以不计。n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0.10.05mm/a范围内,单面腐蚀和磨蚀取C22mm,双面腐蚀或磨蚀取C24mm;腐蚀速度0.05mm/a时,单面腐蚀和磨蚀C21mm,双面腐蚀和磨蚀C22mm。n焊缝系数参照表8-2例例8
4、-1 液氨贮罐的筒体设计液氨贮罐的筒体设计已知条件:设计压力已知条件:设计压力p2.5MPa,操作温度,操作温度544,贮罐内径,贮罐内径Di1200mm,设计要求;确定筒体厚度、钢材牌号。设计要求;确定筒体厚度、钢材牌号。方案方案1:选用材料:选用材料16MnR钢板钢板,170MPan焊缝应为焊缝应为v型坡口双面焊接,焊缝系数查得:型坡口双面焊接,焊缝系数查得:0.85;钢板负偏差;钢板负偏差C10.8mm,腐蚀裕度由:,腐蚀裕度由:C2=1mm,则壁厚附加量,则壁厚附加量c0.8+11.8mm。得。得方案方案2:20R钢板钢板 133MPa焊缝系数焊缝系数0.85;壁厚附加量;壁厚附加量c
5、0.8+1=1.8mm。得得:两种方案比较两种方案比较(1)钢板耗用量)钢板耗用量采用采用16MnR时,钢板相对重量比采用时,钢板相对重量比采用20R时可减轻。时可减轻。(2)制造费用)制造费用按设备重量计价,按设备重量计价,16Mn制造费用比较经济。制造费用比较经济。8.1.3 封头的厚度计算封头的厚度计算(1)椭圆封头椭圆封头 8.1.4 外压容器的设计外压容器的设计1外压容器的失稳与临界压力外压容器的失稳与临界压力 当容器受外部受压时当容器受外部受压时(如有压夹套内层、真如有压夹套内层、真空容器等空容器等),器壁亦会突然被压瘪,这种现象,器壁亦会突然被压瘪,这种现象叫失稳,发生失稳的最小
6、外压叫临界压力叫失稳,发生失稳的最小外压叫临界压力(pk),而设计压力应满足。而设计压力应满足。2外压圆筒的壁厚计算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,当圆筒足够长,两端封头的影响可忽略,称为长圆筒称为长圆筒(LLc)3外压圆筒壁厚参考值外压圆筒壁厚参考值(表表8-5、表、表8-6)。容器长径比公 称 直 径4005006007008009001000120014001600180020002200筒 体 壁 厚12345334443444.55444.55644.5566456884.56885688106881010688101281010121281012141481
7、21414141012141616容器容器长径比长径比公公 称称 直直 径径60070080010001200夹套内压力(夹套内压力(0.1Mpa),容器内压力),容器内压力1Mpa2.5462.5462.5462.5462.546筒筒 体体 壁壁 厚厚123456688868810106810101266881068101012810101212681010108101012128101214148101012128101414141012141618810121414101212141610121616204外压封头壁厚计算外压封头壁厚计算(1)椭圆形与碟形头椭圆形与碟形头n按钢制石油化工
8、压力容器设计规定,可按钢制石油化工压力容器设计规定,可用受内压用受内压(凹面受压凹面受压)时的计算公式时的计算公式(8-4)式式)计算。但采用的计算压力为设计外压计算。但采用的计算压力为设计外压的的1.25倍。倍。CS0.5p-2kpDti例例8-2 苯乙烯精馏塔内径苯乙烯精馏塔内径2m,筒体高度,筒体高度20m,封头总深,封头总深度度2.5m,在,在120及真空度及真空度9.07104Pa(680mm汞柱汞柱)下下操作。材料选用操作。材料选用20g钢板,试确定其壁厚。钢板,试确定其壁厚。解:解:(1)塔的计算长度塔的计算长度L(封头长度取其深度的(封头长度取其深度的l/3))(34.205.
9、23120mL(2)设筒体计算厚度设筒体计算厚度15mm,临界长度,临界长度)(63.27015.003.203.218.1/18.10mSDDLwwcL(3)壁厚壁厚n按短圆筒计算:按短圆筒计算:n查得在查得在t=120时,时,E=1.94105Mpa,p取取0.1Mpa。因腐蚀性不大,。因腐蚀性不大,C取取2mm;n按钢板厚度规格,取按钢板厚度规格,取S=20mmCDLEpDSww4.0)6.23()(0185.0002.0)03.21094.16.234.201.03(03.24.05mScLLmLc)(3.2402.004.204.218.1S)(0186.0002.0)04.2109
10、4.16.234.201.03(04.24.05mS(4)复核复核 复核复核:(5)封头厚度:封头厚度:n实际上取封头厚度与筒体相同实际上取封头厚度与筒体相同S20mm。)(0032.0002.01.025.15.08.0132221.025.11.25p0.5-2Dp1.25tmCS8.2 塔设备设计示例塔设备设计示例8.2.1 塔设备的机械设计塔设备的机械设计 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:荷的作用:n操作压力:对塔体形成轴向和环向载荷,但对裙座则不操作压力:对塔体形成轴向和环向载荷,但对裙座则不起作用。起作用。n塔的重量
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