1、太原科技大学过程设备设计（论文）I课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1) 使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2) 掌握查阅、综合分析文献资料的能力，进行设计方法和方案的可行性研究和论证。3) 掌握电算设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4) 掌握工程图纸的计算机绘图。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1原始数据设计条件表序号 项 目 数 值 单 位 备 注1 名 称 氮气储罐2 用 途 氮气储配站3 最高工作压力 2.5 MPa 由介质温度确定4 工作温度 -2048 5 公称
2、容积（Vg） 20 M36 工作压力波动情况 可不考虑7 装量系数(V) 0.98 工作介质 氮气9 使用地点 室外10 安装与地基要求 储罐底壁坡度 0.010.0211 其它要求管口表接管代号 公称尺寸 连接尺寸标准 连接面形式 用途或名称A 80 HG20592-1997 MFM 物料进管B 80 HG/T21514-2005 MFM 物料出管C 80 HG20592-1997 MFM 安全阀接口D 80 HG20592-1997 MFM 排污管E 80 HG20592-1997 MFM 放气管F 28 HG20592-1997 MFM 温度计接口G 28 HG20592-1997 MF
3、M 压力表接口H 450 HG20592-1997 MFM 人孔太原科技大学过程设备设计（论文）II课 程 设 计 任 务 书2设计内容1）设备工艺、结构设计；2）设备强度计算与校核；3）技术条件编制；4）绘制设备总装配图；5）编制设计说明书。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等：1）设计说明书：主要内容包括：封面、设计任务书、目录、设计方案的分析和拟定、各部分结构尺寸的设计计算和确定、设计总结、参考文献等； 2）总装配图设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、
4、内容要详尽，图纸采用计算机绘制。太原科技大学过程设备设计（论文）III课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 国家质量技术监督局，GB150-1998钢制压力容器 ，中国标准出版社，19982 国家质量技术监督局， 压力容器安全技术监察规程 ，中国劳动社会保障出版社，19993 全国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，114 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计 ，化学工业出版社，20015 黄振仁、魏新利， 过程装备成套技术设计指南 ，化学工业出版社，20026 国家医药管理局上海医药设计院， 化工工艺设计手册 ，化学工业出版社，19967 蔡纪宁主编， 化工
5、设备机械基础课程设计指导书 ，化学工业出版社，2003 年5设计成果形式及要求：1）完成课程设计说明书一份； 2）草图一张（A1 图纸一张）3）总装配图一张 (A1 图纸一张)； 系主任审查意见：签字： 年 月 日太原科技大学过程设备设计（论文）IV前 言本设计是针对过程设备设计这门课程所安排的一次课程设计，是对这门课程的一次总结，要综合运用所学的知识并查阅相关书籍完成设计。本设计的物料为氮气，它是一种无色无味气体。氮气作为一种重要的化工原料，应用广泛于氨氮的生产制造。分子式 N，密度 1.25g/L，熔点 63K，沸点75K，临界温度 126K。氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。化学性质很稳定，
6、常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。 设计基本思路：本设计综合考虑环境条件、介质的理化性质等因素，结合给定的工艺参数，按容器的选材、壁厚计算、强度核算、附件选择、焊缝标准的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、接管、管法兰、人孔接管、人孔接管补强、液位计、鞍座、焊接形式进行了设计和选择。设备的选择大都有相应的执行标准，设计时可以直接选用符合设计条件的标准设备零部件，也有一些设备没有相应标准，则选择合适的非标设备。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。太原科技大
7、学过程设备设计（论文）V目 录1. 工艺设计 .11.1. 存储量 .11.2. 设备的选型及轮廓尺寸 .12. 筒体及封头设计 .22.1. 筒体材料设计 .22.2. 圆筒设计 .22.3. 封头厚度 .23. 接管、法兰、垫片和螺栓的选择 .23.1. 接管和法兰 .23.2. 垫片的选择 .23.3. 螺栓（螺柱）的选择 .23.4. 人孔的选取 .23.5. 人孔补强圈设计： .24. 容器支座 .24.1. 制作所承受最大载荷 .24.2. 鞍座选择 .24.3. 支座的位置 .24.4. 焊接机构设计 .25. 附件选择 .26. 整体布局 .27. 强度校核 .2结束语 .2参
8、考文献 .2太原科技大学过程设备设计（论文）11. 工艺设计1.1.存储量盛装氮气的压力容器设计存储量W=Vt式中：W- 存储量， t；-装量系数；V-压力容器容积； t-设计温度下的饱和溶液的密度，t/m 3 已知压力容器的工作温度是-2048，取设计温度为 50，设计压力Pc=2.5MPa由气体状态方程：PV=nRT 得 PM=RT 查得，标准状况下氮气的密度 0=1.251 kg/m3设计温度下的密度 = 0Pc/P0 T0/T=26.094 kg/m3根据设计条件 W=V t=0.92026.094=469.692kg1.2.设备的选型及轮廓尺寸粗略计算内径： L=20m32D4i取
9、L/D=4,得 Di=1853mm 圆整为 1900mm根据氮气的性质及设计条件，选用卧式椭圆形封头容器。就力学性能而言，半球形封头效果较好，但是冲压工艺较难，不易成型。根据 JB/T 4737-1995 选用 EHA 椭圆形封头公称直径DN/mm曲面高度 h/mm1直边高度 h/mm2内表面积A/m 2容积V/m 31900 500 25 4.0624 0.9687太原科技大学过程设备设计（论文）2图 1-1椭圆形封头压力容器体积 V=2V 封头+ D L=20m3 4 2i得 L=5750mm 圆整得 L=6000mmV 实 =2V 封头 + L=2 0.9687+ 1.92 6=20.7
10、9m324i100%=4%5% 可得 L=6800mmV实 综上所述，筒体的公称直径为 Di=1900mm ，长度 L=6800mm。太原科技大学过程设备设计（论文）32. 筒体及封头设计2.1.筒体材料设计设计压力 ，工作温度 -2048aMPc5.2根据 GB6654 选用 16MnR 热轧钢 2.2.圆筒设计材料许用应力表得 16MnR 的 =163MPa ( )t16m3由钢制压力容器的焊接接头系数 值表，选择双面焊对接接头无损检测比例为 100%，所以 =1.00=14.68mmcti2PD取腐蚀裕度 ，负偏差mC2mC30.1设计厚度 d 68.4名义厚度 n1圆 整根据钢材标准规
11、格 GB709-88 ，得：名义厚度为 18mm 检查： , 没有变化，故取名义厚度 18mm 合适mn8t2.3.封头厚度标准椭圆形封头形状系数 k=1 mPDK63.14cti5.02取腐蚀裕量 ，负偏差mC2C1设计厚度 d63.名义厚度 n81圆 整据 JB/T 4737-1995 知， =18mmn检查： ， 没有变化，故取名义厚度 18mm 合适mn18t太原科技大学过程设备设计（论文）43. 接管、法兰、垫片和螺栓的选择3.1.接管和法兰氮气储罐应设置排污口，物料进口，物料出口，人孔，温度计口，压力表口，安全阀口，放空口。法兰公称压取 aNMP0.4根据压力容器与化工设备实用手册
12、 a 时，可选接管公称通NMP0.4径 DN=80mm。根据设计压力 paPc5.2，查 HG/T 20592-97钢制管法兰表 4-4，选用 PN=4.0MPa 带颈平焊法兰（SO） ，由介质特性和使用工况，查密封面型式的选用，表 3.0.2。选择密封面型式为凹凸面（MFM） ，压力等级为1.04.0MPa，接管法兰材料选用 16MnR。根据各接管公称通径，查表 4-4 得各法兰的尺寸。图 3-1带颈平焊钢制管法兰表 3-1法兰尺寸连接尺寸 法兰内径B1序号 名称公称通径DN钢管外 径B法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓Th法兰厚度C法兰高度H法兰颈B 系列坡口宽度b法
13、兰理论质量kg太原科技大学过程设备设计（论文）5A 物料入口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86B 物料出口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86C 安全阀口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86D 排污 口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86E 放空 口 80 89 200 160 18 8 M16 24 40 118 91 6 4.86F 温度计口 28 32 105 75 14 4 M12 16
14、 26 45 26 4 1.03G 压力表口 28 32 105 75 14 4 M12 16 26 45 26 4 1.03接管外径的选用以 B 国内沿用系列（公制管）为准，对于公称压力0.25PN25MPa 的接管，查 压力容器与化工设备实用手册普通无缝钢管，选材料为 16MnR。对应的管子尺寸如下如表：表 3-2 管子尺寸序号 名称 公称直径 管子外径 数量 管口伸 出量管子壁厚 伸长量质量（kg）A 物料进管 80 89 1 150 15 4.106B 物料出管 80 89 1 150 15 4.106C 安全阀管 80 89 1 150 15 4.106D 排污管 80 89 1 150 15 4.106E 放气管 80 89 1 150 15 4.106F 温度计管 28 32 1 100 8 0.474G 压力表管 28 32 1 100 8 0.4743.2.垫片的选择查钢制管法兰、垫片、紧固件 ，表 4.0.2-3 凹凸面法兰用 MFM 型垫片尺寸，根据设计压力为 Pc=2.5MPa，采用金属包覆垫片，选择法兰的密封面均采
