課程設計任務書(酒精罐)

生物工程設備課程設計任務書

設計題目100000t/a酒精發(fā)酵罐的設計學院、專業(yè)生命科學與工程學院班級08生工（2）學生姓名指導教師姓名方蘇、林勤下發(fā)日期201*年06月27日

（任務起止日期：201*年06月27日至201*年7月2日）

設計任務一、操作條件：1.產量：100000t/a95%酒精2.罐公稱體積：500M33.裝液量：按90%計4.發(fā)酵周期：72h5.物料量：每天進入發(fā)酵罐的醪液體積為4800t,密度1080kg/M3二、設計內容及要求（一）發(fā)酵罐個數和結構尺寸的設計1.發(fā)酵罐罐數的確定2.發(fā)酵罐幾何尺寸及全罐表面積的確定（二）酒精發(fā)酵罐的換熱裝置設計1.總發(fā)酵熱的計算2.對數平均溫度差的計算3.總傳熱系數K值的確定4.冷卻面積和主要尺寸的計算5.冷卻管設計（冷卻水耗量的計算、冷卻管組數、冷卻管總長計算、管圈數、直徑、高度）（四）設備材料的選擇（五）發(fā)酵罐的壁厚計算1.發(fā)酵罐的壁厚2.封頭壁的厚（六）接管設計1.接管長度2.接管直徑（七）支座選擇（八）根據所設計尺寸和結構繪制酒精發(fā)酵罐化工設備圖三、編寫設計說明書要求統(tǒng)一按給定格式編寫，A4紙打印。裝訂順序：封面、摘要、目錄、設計內容（前言；計算、選型及說明等）、附錄（CAD作圖A4紙打�。�、參考文獻。主要參考文獻：[1]吳思方.發(fā)酵工廠工藝設計概論[M].中國輕工業(yè)出版社，1995.7.[2]梁士中.生物工程設備.中國輕工業(yè)出版社，201*.1.[3]章克昌.酒精工業(yè)手冊[M].中國輕工業(yè)出版社，1989.[4]中國石化集團上海工程有限公司編.化工工藝設計手冊（上）[M].化學工業(yè)出版社，201*.8.同組設計者：系意見：簽字：年月日

擴展閱讀：維持罐課程設計

新疆工業(yè)高等專科學校課程設計

題目名稱：維持罐設計

系部：

專業(yè)班級：

學生姓名：指導教師：完成日期：

新疆工業(yè)高等�？茖W校

課程設計評定意見

設計題目：維持罐設計學生姓名：評定意見：

指導教師（簽名）：201*

2

評定成績：

年12月30日

新疆工業(yè)高等�？茖W校

課程設計任務書

201*1201*學年第一學期201*年12月30日專業(yè)設計題目起止時間設計目的：應用化工班級09-4(3)班維持罐設計課程名稱化工設備機械基礎教室指導教師2周設計地點201*年12月15201*年12月30周數通過本次化工機械課程設計系統(tǒng)地驗證學生本課程的基本專業(yè)理論和知識，培養(yǎng)學生具有初步分析與解決本專業(yè)課題技術問題的能力，具有化工機械系統(tǒng)與設備設計的初步能力，培養(yǎng)學生的專業(yè)意識、協(xié)作創(chuàng)新與專業(yè)開拓的基本素質。設計任務或主要技術指標：設計一個容積為1.33m的維持罐，設計壓力為0.3Mpa，設計溫度為150℃，設備主要材質為16MnR鋼，布置強度計算，考慮結構設計，檢查強度計算結果和布置出施工圖設計進度與要求：1.12月20日完成計算2.12日25日完成電子板3.12月30日核對及交報告答辯主要參考書及參考資料：1.《化工設備機械基礎》-----喻建良主編，大連理工大學201*.72.《壓力容器的應力分析及強度計算》-----北京，原子能出版社，19793.《化工容器設計》北京，化學工業(yè)出版社，1983等指導教師（簽名）年月日

摘要

本文扼要介紹了維持罐的特點以及在工業(yè)中的發(fā)展，詳細的闡述了維持罐的結構以及強度設計計算以及維護。

參照參考文獻及維持罐的特性，根據設計壓力確定壁厚，使維持罐有足夠的腐蝕欲度，從而使設計結果達到最優(yōu)化組合。

一個完整的維持罐主要是由圓柱形罐體、氣體進出口、排污管、安全閥、壓力表口、法蘭等部件組成，同時考慮到安裝和檢修的需要，罐體上還要設置人孔、平臺扶梯和吊柱等部件，整個罐體采用立式支撐式。

關鍵詞：圓柱罐體、管法蘭、人孔、補強

目錄

課程設計任務書.....................................錯誤！未定義書簽。摘要..............................................................1目錄..............................................................5符號說明............................................................6維持罐設計..........................................................8

1.罐體壁厚設計...................................................................................................................82.封頭厚度設計...................................................................................................................9

2.1計算封頭厚度.............................................92.2校核罐體與封頭水壓試驗強度...............................93．鞍座.................................................................................................................................10

3.1罐體質量................................................103.2封頭質量................................................103.3水質量..................................................103.4附件質量................................................114.人孔.........................................................125.人孔補強.....................................................13

5.1確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑......................135.2確定殼體和接管實際高度..................................135.3計算需要補強的金屬面積和可以作為補強的金屬面積..........136.接管.................................................................................................................................14

6.1水蒸氣進料管............................................146.2出氣管..................................................146.3排污管..................................................146.4壓力表管................................................147.設備總裝配圖.................................................15

7.1CAD圖（附最后）........................................157.2技術要求................................................157.3技術特性................................................16

參考文獻...........................................................17致謝.............................................................18

符號說明

罐內徑，mm罐長度，mm

計算壓力，MPa

圓筒材料在設計溫度下的許用應力，MPa鋼板厚度的負偏差，mm

腐蝕裕量，mm

試驗壓力圓筒的有效厚度圓筒的名義厚度

圓筒材料在設計溫度下的計算應力，MPa容器的總質量封頭內壁曲面高度設計壓力容器的體積

F每一支座承受的負荷鋼材的標準抗拉強度

G重力加速度圓筒的外徑接管有效厚度

C厚度附加量圓筒的計算厚度

圓筒設計厚度焊接接頭系數

強度消弱系數B有效寬度，mmd開孔直徑，mm

7

維持罐設計1.罐體壁厚設計

據分析，本維持罐選用16MnR(即Q345R)制作罐體和封頭，壁厚根據公式計算：PcDi2pct

本維持罐取設計壓力0.3MPa，設計溫度為150℃，Di900mm，

t163MPa，s325MPa，1.0（雙面焊對接接頭）

查表12-11腐蝕程度不腐蝕輕微腐蝕腐蝕嚴重腐蝕取C22.0mm，于是：0.39000.83(mm)

21631.00.3筒體、封頭的腐蝕裕量腐蝕速度（mm/a）腐蝕裕量（/mm）0.250≥1≥2≥3dC20.8322.83(mm)

根據d2.83mm，由表12-9查得C10.25mm，又該值小于名義厚度

的6%，所以鋼板厚度負偏差，可以忽略不計dC12.8302.83mm

圓整后，取n3mm

確定選取n3mm厚的Q345R鋼板制作罐體。

2.封頭厚度設計

采用標準橢圓形封頭

2.1計算封頭厚度

厚度計算PcDi20.5pct

1.0于是0.39000.83mm

21631.00.50.3同前CC1C2022mmC0.8322.83mm圓整n3mm

確定選用n3mm厚的Q345R鋼板制作封頭

2.2校核罐體與封頭水壓試驗強度根據公式T式中：pT1.25PPT(Pie)0.9s2e1.250.310.375(MPa)

tenC321(mm)s325MPa

則T0.3759001168.94MPa

21而0.9s0.91325292.5MPa因為T0.9S,所以水壓試驗度足夠

3．鞍座

首先粗略計算鞍座負荷

貯槽總質量mm1m2m3m4式中：m1罐體質量m2封頭質量

m3水質量m4附件質量

3.1罐體質量

DN900mmn3mmL1360mm的筒節(jié)

m1DiL3.1490031360785090.51Kg

3.2封頭質量

DN900mmn3mm的標準橢圓形封頭，

其質量m2"10kgJB4746201*

T所以m22m2"21020kg

3.3水質量

m3

其中，裝量系數取0.9V=2V封+V筒

20.35Di234DiL

3.1490021360420.353.14900231.33(m3)

水的密度為1000kgm3，則：

m31.330.910001197kg

3.4附件質量

人孔質量約200kg，其他接管等質量總和按300kg計

于是m4500kg貯罐總質量mm1m2m3m490.51201*97500

1807.51kg

mg31087.519.81

3F5.9KN

每個鞍座只承受5.9KN負荷，根據附錄12，可以選用帶墊板，包角為120的鞍座，即

JB/T4712-92鞍座BI2600-F支座DNmm18002900310004110051201*1300714008150091600表3-1橢圓形封頭16MnR的允許垂直載荷（F）封頭有效厚度（mm）46810121623.440.059.080.5104.0158.521.537.154.975.297.9149.627.446.568.292.3118.6178.625.443.464.287.1112.4170.023.841.060.582.4107.0162.639.365.895.7128.5163.4240.837.162.591.0122.2155.7230.3-59.686.9116.8149.2220.0-57.183.2111.8143.1212.620221.6210.9247.6236.4227.4327.3314.0302.0291.4

4.人孔

因為設備內徑500mmD21000mm時。因開設一個400的人孔根據罐的設計

溫度，最高工作壓力.材質.介質A使用要求等條件選用公稱壓力為0.6Mpa。垂直吊蓋帶領對法蘭焊法蘭人孔（HG1524-95）人孔公稱直徑選定為400mm，人孔各零件名稱.材質及尺寸見下表。

該垂直吊蓋帶領對焊法蘭人孔的標記為：

人孔TGVⅢ(AG)400-0.6HG21524-95

人孔PN0.6DN900明細表序數標準號名稱材料尺寸/mm號量dw×δ=480×1GB/713-201*筒節(jié)1Q345R12,H1=32023456789101112HG20592HG20592HG20592HG20613HG20613GB/T95-201*GB/6170-201*法蘭墊片法蘭蓋螺柱螺母吊環(huán)轉臂墊圈20螺母M20吊鉤環(huán)無縫鋼管支撐板11120401112111116MnⅢ(鍛件)石棉橡膠板Q345R35CrMoA30CrMoQ235-AFQ235-AF100HV5級Q235-AFQ235-AF20Q345Rδ=3(代號AG)b1=39,b2=44M33×2×175M33do=3613GB/T8163-201*14

5.人孔補強

5.1確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑

由已知可得殼體計算厚度3mm，接管計算厚度為3mm

tPcDO2Pct0.34000.37mm1mm

216310.3開孔直徑為

dd12c40012222380mm5.2確定殼體和接管實際高度

開孔有效補強寬度B及外側有效補強高度h,已知殼體名義厚度n3mm，補強部分厚度nt3mm，接管有效補強厚度為B2d2380760mm接管外側有效補強高度為

h1dnt380333.8mm

5.3計算需要補強的金屬面積和可以作為補強的金屬面積

需要補強的金屬面積為

Ad38031140mm2可以作為補強的金屬面積

2A1Bde7603801032660mm

A22h1ettfr233.81011.0608.4mm2AeA1A22660608.43268.4mm2

比較Ae與A,Ae3268.4mm2＞A1140mm2同時考慮接管與殼體焊

縫面積之后，該開孔接管補強足夠。

6.接管

本維持灌有以下接管

6.1水蒸氣進料管

采用φ89mm×4mm無縫鋼管（強度驗算略），管的一端切成45°，伸入罐內少許。

配用帶領平焊法蘭HG20592-97法蘭SO80-0.6RF16MnR.。因為該接管為φ89mm×4mm。厚度小于5mm。故該接管開孔需要補強。

6.2出氣管

伸出長度180mm，采用可拆的壓出管φ219mm×6mm將它套入罐體的固定接口管φ245mm×7mm內，并用一非標準法蘭固定在接口管法蘭上。

罐體的接口管法蘭采用HG20592-97法蘭SO245-7RF16MnR與該法蘭相配并焊接在壓出管的法蘭上。其連接尺寸和厚度與法蘭HG20592-97法蘭SO245-0.6RF-16MnR相同但其內徑為219mm。

6.3排污管

向下伸出140mm，貯罐右端最底部安設一個排污管。管子規(guī)則是φ89×4mm，管端裝有一與截止閥J41W-16相配的管法蘭。HG20592法蘭SO76-0.6RF16MnR..

6.4壓力表管

向外伸出100mm。采用45mm3.5mm無縫鋼管。管法蘭為“HG20592-97

法蘭38mm0.3RF16MnR

（附）無縫鋼管的公稱直徑DN與規(guī)格

DN101520253240D0141825323845厚度3333.53.53.514

DN150175201*25250300D0159194219245273325厚度4.56678

506580100125

5776891081333.5444435040045050037742648053099997.設備總裝配圖

7.1CAD圖（附最后）7.2技術要求

技術要求1.本設備按GB150-1998鋼制壓力容器和HG20584-1998鋼制化工容器制造技術要求進行制造、檢驗和驗收，并接受國家質量技術監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程的監(jiān)督；2.焊接采用電弧焊，焊條牌號Q345R間為J507，Q345R與碳鋼間為J427；3.焊接接頭型式及尺寸除圖中注明外，按HG20583的規(guī)定，不帶補強圈的接管與管體的焊接接頭為G2，角焊縫的焊角尺寸按較薄板的厚度，法蘭的焊接按相應法蘭標準中的規(guī)定；4.設備簡體的A、B類焊接接頭應進行無損檢測，檢測長度為100%，射線檢測不低于JB/T4730.2-201*RT為合格，且射線照相質量不低于AB級；5.設備制造完畢，以2.7MPa表壓進行水壓試驗；6.管口方位按圖14-47

7.3技術特性

技術特性

序號1234名稱設計壓力工作溫度物料名稱容積指標2.16MPa≤50℃液氨30.52m3

參考文獻

[1]化工設備設計手冊.上海：科學技術出版社；1982[2]鋼制壓力容器:GB150-1998.中國標準出版社出版

[3]中華人民共和國行業(yè)標準JB/T4700～4707-201*.壓力容器法蘭，201*[4]壓力容器與化工設備使用手冊.北京：化學工業(yè)出版社201*[5]化工原理.天津天津大學出版社1999

[6]過程設備設計.北京化學工業(yè)出版社201*

[7]化工設備機械基礎.大連大連理工大學出版社201*

致謝

在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計商的難題。同時也感謝學院為我提供良好的做課程設計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設計中曾經幫助過我的良師益友和同學。

致謝人：李海濤

日期：201*.12.30

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