精馏塔机械设计10
新疆工业高等专科学校
课程设计说明书
题目名称：精馏塔机械设计
系部：化学工程系专业班级：石油化工生产技术
学生姓名：童超
指导教师：薛风
完成日期：2010 年12 月8 日
新疆工业高等专科学校
课程设计评定意见
设计题目：精馏塔机械设计
学生姓名：童超
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：年月日
新疆工业高等专科学校
课程设计任务书
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日
摘要
化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分组成的混合物，并且大部分都是均相物系，为了满足使用或进一步加工的需要，常常要将这些组分进行分离，以得到比较纯净或纯度很高的物质。精馏是分离液体混合物典型的一种单元操作，在许多行业中都得到广泛应用，如：石油炼制、石油化工、有机化工、高分子化工、精细化工、医药、食品及环保等领域。
主要设计方法：选择塔的材料，根据分离要求进行壁厚计算，载荷计算，应力校核，强度校核，固定装置的计算。
关键词精馏塔；机械；设计；校核
目录
主要符号说明 (1)
1.绪论 (3)
2.精馏塔基本原理简介 (4)
3.结构设计 (5)
3.1.材料的选择 (5)
3.2.计算压力计算筒体和封头得厚度 (5)
3.3.塔设备质量载荷计算 (6)
3.3.1.塔壳和裙座的质量 (6)
3.3.2.塔内构件质量 (6)
3.3.3人孔法兰接管与附属物质量 (6)
3.3.4.保温材料的质量 (7)
3.3.5.平台扶梯的质量 (7)
3.3.6.操作时塔内物料质量 (7)
3.3.7.充水质量 (7)
3.3.8.全塔操作质量 (7)
3.3.9.全塔最小质量 (8)
3.3.10.全塔最大质量 (8)
3.4.塔的自振周期计算 (9)
3.5.地震载荷计算 (10)
3.6.风载荷计算 (12)
3.6.1.风力计算 (13)
D (13)
3.6.2.有效直径
ei
3.6.3.水平风力计算 (14)
3.6.4.风弯矩计算 (15)
3.7.各种载荷引起的轴向应力 (16)
σ (16)
3.7.1.计算压力引起的轴向拉应力
1
σ (16)
3.7.2.重量载荷引起的轴向应力
2
σ (16)
3.7.3.最大弯矩引起的轴向应力
3
3.8.筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 (17)
3.8.1筒体的强度与稳定性校核 (17)
3.8.2.裙座的稳定性校核 (18)
3.9.筒体和裙座水压测试应力校核 (18)
3.9.1筒体水压实验应力校核 (18)
3.9.2.裙座水压实验应力校核 (20)
3.10.基础环设计 (20)
3.10.1.基础环尺寸 (20)
3.10.2.基础环的应力校核 (21)
3.10.3.基础环厚度 (21)
3.11.地脚螺栓计算 (22)
3.11.1.地脚螺栓承受的最大拉应力 (22)
3.11.2.地脚螺栓直径 (22)
4.参考文献 (24)
5.致谢 (25)
6.附图 (26)
主要符号说明
A ∑ 操作平台的投影面积，2
mm
b A 基础环的面积，2mm sb A 裙座的底部截面积，2mm sm A 裙座入孔处截面积，2mm
B 用于确定许用轴向压应力的系数，
MPa
b 基础环外部的径向宽度，mm
ei D 塔各计算段的有效直径，mm
i D 筒体的内直径，mm ib D 基础环的内直径，mm
ob D 基础环的外直径，mm is D 裙座大端的内直径，mm o D 筒体的外直径，mm os D 裙座大端的外直径，mm is d 裙座小端的内直径，mm
o d 塔顶管线的外直径，mm os d 裙座小端的外直径，mm
E 设计温度下材料的弹性模量，MPa
i f 风压高度变化系数
H 塔的总高度，mm
s H 裙座总高度，mm
it H 塔第i 段顶截面积距地面的高度，m
h 计算截面积距地面的高度，mm
it h 塔第i 计算段顶截面积距塔底面积
的高度，m
K 载荷组合系数
1K 体型系数 2i K 风振系数
3K 笼式扶梯当量宽度，mm 4K 操作平台当量宽度，mm e l 偏心质点的中心至塔器中心线的距
离，mm
i l 塔第i 计算段长度，mm
e M 偏心质量引起的弯矩，N mm ?
11E M - 塔第1-1截面处的地震弯矩，
N mm ?
11max M - 塔第1-1截面处的最大弯矩，
N mm ?
11w M - 塔第1-1截面处的风弯矩，N mm ?
max m 塔在液压实验状态时的最大质量，
kg
min m 塔在安装状态时的最小质量，kg o m 塔的操作质量，kg
i i o m - 计算截面以上的操作质量，kg
c p 计算压力，MPa i p 塔i-i 计算段的水平风力，N o q 基本风压值，2N m
b δ 基础环的厚度，mm
ei δ 各计算截面的筒体有效厚度，mm
eh δ 封头的有效厚度，mm n δ 裙座的有效厚度，mm
nh δ 筒体的名义厚度，mm ns δ 封头的名义厚度，mm
1T 塔的基本自振周期，s
i u 脉动影响系数，
Nk X 第N 阶振的振型向量元素， b Z 基础环的抗弯截面系数，3mm sb Z 裙座底部截面的抗弯截面系数，
3mm
a 地震影响系数，
1a 对应于塔基本自振周期1T 的地震影
响系数
max a 地震影响系数的最大值
γ 地震影响系数曲线下降段的衰减指
数
ps δ 管线保温层厚度，mm
ξ 脉动增大系数
i ζ 第i 阶振阻尼比
1k η 基本振型参与系数
1η 地震影响系数曲线直线下降斜率的
调整系数
2η 地震影响系数曲线的阻尼调整系数 1σ 由计算压力引起的轴向应力，MPa 2σ 由重力引起的轴向应力，MPa 3σ 由弯矩引起的轴向应力，MPa
[]t
σ 设计温度下塔壳材料的许用应力，
MPa
[]cr σ 设计温度下塔壳或裙座壳的许用
应力，MPa
[]t
s σ 设计温度下裙座壳的许用应力，
MPa
zi φ 振型系数
1.绪论
这次课程设计是我在大学期间的最后一个课程设计。作为石油化工生产技术专业的学生，不仅需要牢固掌握基本的专业知识，还要在此基础上进行大量的实践与探索。正因为如此，认真地去做设计肯定对将来的工作发展有促进作用。在此之前也曾做过几次课程设计，但这一次的挑战无疑是最大的！
课题题目是Φ1600mm常压装置精馏塔设计。工作介质是乙醇和丙酮，地点乌鲁木齐，设计温度100℃，设计压力为0.5MPa，所以总体上塔设备工作的环境条件与要求并不很苛刻。此精馏塔应用于化工生产中，是最常用的一种单元设备之一。由于精馏塔具有其独特性，因此在设计时也很有必要去注意一些实际问题。
本设计说明书介绍了设计的主要过程,包括设计的思路。从材料的选取，结构参数设计和选型，厚度计算，强度与稳定性校核，以及主要零部件的制造工艺等，都有基本的叙述。为做到设计的正确性，合理性，就要严格按照设计原则进行，所有数据必须经过查表和计算得到，同时要考虑实际中存在的问题，比如安装吊运、检修等。考虑到设备和生产的经济性,设计中遵循最优原则,即在满足基本要求的前提下最大限度地提高经济性和效率。此设计是对整个设计过程的记录以及整合。全书分为6章,与装配图紧密相连,互成整体。
这次设计工作是由童超同学在薛风老师的指导以及同学的帮助合作下完成的,在此对提供过帮助的老师和同学表示谢意！但是由于设计者水平有限,肯定会有不妥甚至错误之处,如有发现,请读者指正为谢!
2.精馏塔基本原理简介
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。
蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
3.结构设计
3.1.材料的选择
筒体，封头与群座的料都选Q235-B ，材料的有关性能参数如下：
[]
[]5113,113,235, 1.9110t
s MPa MPa MPa E MPa σσσ====?
3.2.计算压力计算筒体和封头得厚度
塔内液柱高度03h m = 液柱的静压力：
66010107509.8130.0220.05H p gh p ρ--==???=<（不可忽略）
计算压力：
0.50.030.53c H p p p MPa =+=+=
圆通的计算厚度：
0.531600
4.172[]21130.90.53
c i t c p D mm p δσ??=
==-??-
取厚度附加量为：2C mm =
圆筒的设计厚度： 4.172 6.17c C mm δδ=+=+= 圆整为圆筒名义厚度：mm n 8=δ 圆筒有效壁厚：mm C n e 628=-=-=δδ 封头设计厚度：
mm p D p c t i c h 17.453
.05.09.011321600
53.05.0][2=?-???=-=
φσδ
封头设计厚度：mm C h hc 17.6217.4=+=+=δδ 圆整为封头名义厚度：mm hn 8=δ 封头有效壁厚：mm C hn he 628=-=-=δδ
取塔，壳，群座和封头的厚度均为mm 8
3.3.塔设备质量载荷计算
3.3.1.塔壳和裙座的质量 圆筒的质量：
塔体圆筒的总高度： m H 193220=-=
钢ρπ
022
1)(4
H D D m i o -?=
Kg 6.60271085.73.18)6.1616.1(4
322=???-?=
π
封头的质量：
查化工单元过程及设备课程设计P375附录六续表得DN1600mm 壁厚10mm 的椭圆型封头的质量为178.40Kg
2178.402356.80m Kg =?=
群座的质量：
锥形裙座的尺寸：2200,2200,2200,2200is os is os D mm D mm d mm d mm ==== 由于锥角很小，故锥体的平均直径1900im D mm =按圆筒计算
钢ρπ
0221)(4
H D D m i o -?=
()2
231.916 1.937.85101129.34
Kg π
=
-???=
011236027.6356.81129.37513.8m m m m Kg =++=++=
3.3.2.塔内构件质量
查化工设备机械基础P398表16-18得筛板塔盘的单位质量653/kg m
202654
i p m D N π
=
?
21.619652483.14
Kg π
=
???=
3.3.3人孔法兰接管与附属物质量
根据经验公式得：
010.250.257291.71822.9a m m Kg ==?=
3.3.
4.保温材料的质量
查化工单元过程及设备课程设计P375附录六续表得
33210.8270,0.5864V m V m ==
()()2
2030002212224s m D D H V V πδρρ??=
+-+-?
?
()()2
21.61620.1 1.6161930020.82700.58643004π??=
+?-??+?-??
?
3217.2Kg =
3.3.5.平台扶梯的质量
p q 为平台的单位质量，查化工设备机械基础P398表16-18 3150/p q Kg m =
F q 为笼式扶梯单位质量，40/F q Kg m =，n 为平台数，B 为平台宽度。
()()
22
0400122242
s s p F F m D B D nq q H πδδ??=
++-+?+?
? ()()22
11.61620.121 1.61620.14150402242
π??=
+?+?-+????+??
?
3534Kg =
3.3.6.操作时塔内物料质量
查化工单元过程及设备课程设计P375附录六续表得310.5864f V V m ==，釜液深度03h m =
220504
4
i L p L i L f L m D h N D h V π
π
ρρρ=
+
+
221.60.0819750 1.637500.58647504
4
π
π
=
????+
???+?
7255.8Kg =
3.3.7.充水质量
2024
w i w f w m D H V π
ρρ=
+
21.619100020.586410004
π
=
???+??
39374.6Kg =
3.3.8.全塔操作质量
00102030405a m m m m m m m =+++++
7513.82483.1310435347255.81822.9=+++++ 25713.6Kg =
3.3.9.全塔最小质量
min 010203040.2a m m m m m m =++++
7513.80.22483.1310435341822.9=+?+++ 16471.3Kg =
3.3.10.全塔最大质量
max 01020304a w m m m m m m m =+++++
7513.82483.1310435341822.937967=+++++ 56424.8Kg =
将塔沿高度方向分成5段，如图所示，每塔段的质量列入表3.1
表3.1 每塔段的质量表
项 目
塔 段 号
合 计
1
2 3 4 5 01m 2582.41 951.74 951.74 951.74 2076.17 7513.8 02m 0 653.4 653.4 653.4 522.7 2483.1 03m 719.1 485.2 485.2 485.2 1042.6 3217.2 04m 280 783.5 783.5 783.5 903.5 3534 05m
4963.7 603.2 603.2 603.2 482.5 7225.8 a m 645.6 237.9 237.9 237.6 519 1878.3 w m 8628.8 6031.9 6031.9 6031.9 12650 39374.6 0m 9190.81 3714.94 3174.94 3174.94 5546.46 25852.2 max m 12210.31 8905.74 8905.74 8905.74 17194.97
56424.8
min m
4227.11
2589.02
2589.02
2588.72
4645.81 16471.3
塔段长度/m 7 3 3 3 6 22 人孔平台数 1 1 1 1 1 5 塔板数
5
5
5
4
19
图1 重力分布示意图
3.4.塔的自振周期计算
190.33T =
90.33=?
0.6917s =
3.5.地震载荷计算
地震影响系数：
由化工设备机械基础P400表16-19查得max 0.08α=（设防烈度7度，设计基本加速度0.1g ）
由化工设备机械基础P400表16-20查得Tg=0.4s
一阶振型阻力比10.01ζ=（查化工单元过程及设备课程设计P322得ζ应由实验测值确定，无实测数据时，第一阶振型阻力比可取10.01~0.03ζ=）
1
1
0.050.90.9730.55ζγζ-==
=+
11(0.05)
0.020.0258
ζη-=+= 1
21
0.051 1.5190.06 1.7ζηζ-=+
=+
0.973
2max 10.4105190.080.071320.6917g T T γ
αηα????==??= ? ?
????
表3.2 地震载荷参数表
塔段号 1 2 3 4 5 备注
/i m Kg
9190.81 3714.94 3714.94 3714.94 5546.47
/i h mm
3500 8500 11500 14500 19000
1.56/(10)i h ?
0.207 0.784 1.233 1.746 2.619
1.59/(10)i i m h ?
1.90
2.91 4.58 6.48 14.53 30.40
314/(10)i i m h ?
3.94 22.81 56.50
113.25 380.43
576.94
/A B
7
/ 5.2510A B -=? 1.511
(,)i i
i i i i A m h B m h ∞
∞
====∑∑
1.5
1/k k h A B η=
0.109 0.413 0.650 0.920 1.380
γ
0.973
2η
1.519
1α
0.07132
1/F N
854.13 1308.12 2058.78 2913.97 6525.91
6/(10)i i m h ?
32.17 31.58 42.72 53.87 70.58 230.92
max v α max max 0.650.650.080.052v αα==?=
/eq m Kg 00.750.7525852.219389.15eq m m ==?=
00/v F N - 00max 0.05219389.159.819880.7v v eq F m g α-==??=
/vi F N
1376.5 1351.25 1827.92 2305.01
/i i v F N -
988.07 8504.2 7152.95
0—0截面地震弯矩：
5
00111
E
k k k M
F H -==∑
854.1335001308.1285002058.7811500=?+?+?
2913.97145006525.9119000+?+?
82.0410N mm =??
Ⅰ—Ⅰ截面地震弯矩：
5
1112
()E
k k k M
F h h -==-∑
1308.12(85002000)2058.78(115002000)=?-+?- 2913.97(145002000)6525.91(190002000)+?-+?- 81.7510N mm =??
Ⅱ—Ⅱ截面地震弯矩：
5
111113
()E
k k k M
F h h -==-∑
2058.78(115004000)2913.97(145004000)=?-+?- 6525.91(190004000)+?- 81.4410N mm =??
3.6.风载荷计算
将塔沿高度方向分成5段
图2 风载荷示意图
3.6.1.风力计算
风振系数：各计算塔段得风振系数2i k 由21i zi
i i
v k f ζφ=+
计算得，（其中ζ为脉
动增大系数，可查化工设备机械基础P402表16-23）
i v 为脉动影响系数，可查化工设备机械基础P403表16-24
zi φ为振型系数，可查化工设备机械基础P402表16-25
i f 为风高度变化系数，可查化工设备机械基础P402表16-22
3.6.2.有效直径ei D
设笼式附体与塔顶管线成90°角，去平台构件的投影面积20.6A m =∑则
ei D 取下式计算值中较大者
34
40222ei oi si ei
oi si ps D D K K D D K d δδδ=+++???
=++++?? 式中，塔和管线的保温层厚度100si ps mm δδ==，塔顶管线外径0377d mm =，
3400K mm =（查化工设备机械基础P403），oi D 为塔器第i 计算段的外径，42i
A K l =
∑
各塔段ei D 计算结果列于表3.3中
表3.3 各塔段ei D 计算结果
项目
塔段号
1 2 3 4 5 计算截面距地面的高度/n H m 1
10
13
16
22
脉动增大系数ζ（B 类） 2.10211(6000.6917287.1)q T =?= 脉动影响系数i v （B 类）
0.72 0.72 0.74 0.77 0.80 振型系数zi φ
0.16
0.29
0.64
0.65
1.00
风高度变化系数i f
1.000 1.000 1.084 1.162 1.284 21i zi
i i
v k f ζφ=+
1.24
1.44
1.92
1.91
2.31
表3.4 各塔段得有效直径
3.6.3.水平风力计算
由下式计算各塔段得水平风力
62010i i i i i ei P k k q f l D -=?
各段有关参数及计算结果列于表3.5中
表3.5 各塔段水平风力计算结果
3.6.
4.风弯矩计算
由下式计算，计算危险截面得风弯矩风弯矩 0-0截面：
005121
2151234222w l l l M P P l P l l l l -???
?=+++???+++++ ? ????
? 7000
300030008078.64746.5
70006860.270003000
2
22?
???=?+
?++?++ ? ??
?
?
?
300060007315.570003000300018058.270003000322???
?+?++++?+?+ ? ?????
()85.9710N mm =??
1-1截面：
11
6521
2656234222w l l l M P P l P l l l l -???
?=+++???+++++ ? ????
? 5000
300030008078.64746.5
50006860.250003000
2
22?
???=?+?++?++ ? ??
?
?
?
3000
60007315.5
50003000300018058.250003000
3
22???
?+?++++
?+?+ ? ??
??
? ()85.1510N mm =??
2-2截面：
22
7521
275734222w l l l M P P l P l l l -???
?=+++???++++ ? ????
? 4000
300030008078.64746.5
40006860.240003000
2
22?
???=?+?++?++ ? ??
?
?
?
300060007315.540003000300018058.240003000322???
?+?++++?+?+ ? ?????
精馏塔-PPT
填料塔的附属结构填料支承板（Packing support plate ） 主要包括：填料支承装置；液体分布及再分布装置；气体进口分布装置；除沫装置等。 要求：（1）足够的机械强度以承受设计载荷量，支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液体的重量。（2）足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应不小于填料层的自由截面积。一般开孔率在70%以上。常用结构：栅板；升气管式；气体喷射式。
栅板（support grid）： 优点是结构简单，造价低； 缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。
升气管式：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。
气体喷射式（multibeam packing support plate）： 具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。
床层限位圈和填料压板（Bed limiter and hold down plate）填料压紧和限位装置安装在填料层顶部，用于阻止填料的流化和松动，前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板，后者为固定于塔壁的填料限位圈。 规整填料一般不会发生流化，但在大塔中，分块组装的填料会移动，因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。
液体分布器（Liquid distributor） 作用：将液体均匀分布于填料层顶部。 莲蓬头分布器： 一种结构十分简单的液体喷洒器，其喷头的下部为半球形多孔板，喷头直径为塔径的1/3~1/5，一般用于直径在0.6m以下的塔中。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫夹带量大。
精馏塔设计流程
在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况自选； 回流比自选； 单板压降≤0.7kPa； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预料器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 M=46.07kg/kmol 乙醇的摩尔质量 A M=18.02kg/kmol 水的摩尔质量 B
F x =18.002 .1864.007.4636.007.4636.0=+= D x =64.002 .1818.007.4682.007.4682.0=+= W x =024.002.1894.007.4606.007.4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.18×46.07+(1-0.18)×18.02=23.07kg/kmol D M =0.64×46.07+(1-0.64)×18.02=35.97kg/kmol W M =0.024×46.07+(1-0.024)×18.02=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.2310002000=???kmol/h 总物料衡算 28.90=W D + 水物料衡算 28.90×0.18=0.64D+0.024W 联立解得 D =7.32kmol/h W =21.58kmol/h （三）塔板数的确定 1. 理论板层数T N 的求取水—乙醇属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得水—乙醇物系的气液平衡数据，绘出x —y 图，如图。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e(0.18 , 0.18)作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为 q y =0.52 q x =0.18 故最小回流比为 min R =q q q D x y y x --=35.018 .0-52.052.0-64.0=3 取操作回流比为 R =min R =1.5×0.353=0.53 ③求精馏塔的气、液相负荷 L =RD =17.532.753.0=?=kmol/h V =D R )1(+=（0.53+1）20.1132.7=?kmol/h
机械设计第十章 连接 课后习题答案
第十章 连接 10-1解: 因此平键联接处于轴端，故选用C 型平键，轮毂宽度L ′=120mm ，齿轮、轴、键都采用钢材，查表11-8[σp ]=110 MPa 。查机械设计手册得 b =22mm ，h =14mm ，取L =110mm ， l =L －b /2=110－22/2=99mm ，k ≈h /2=7mm ， 由式（10-5a ）可得所选平键传递的最大转矩为 所选平键的标记为：键22×110 GB/T1097—2003 10-2解: 因此平键联接适应正反转，故选用A 型平键，齿轮、轴、键都采用钢材，考虑正反转，查表10-8[σp ]=90 MPa 。查机械设计手册得 b =22mm ，h =14mm ，取L =110mm ， l =L －b /2=110－22/2=99mm ，k ≈h /2=7mm ， 由式（10-5a ）可得所选平键传递的最大转矩为 所选平键的标记为：键22×110 GB/T1097—2003 10-3答：联轴器和离合器主要用于联结两轴（有时也实现轴与其他回转零件的联结），使它们一起转动以传递运动和转矩。在机器工作时，联轴器能保持两轴的接合状态，而离合器却可随时完成两轴的接合和分离。 10-4 答：联轴器能保持两轴的接合状态，而离合器却可随时完成两轴的接合和分离。 10-5 答：见表10-1。 10-6 解：因为轴的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性较好，同时具有可移动性的弹性套柱销联轴器。 联轴器传递的转矩：960 5.795509550?==n P T ＝74.6（N ·m ） 查表10-2取工作情况系数7.1=A K 。 联轴器的计算转矩 ：T K T A c =＝1.7×74.6＝126.8（N ·m ） 根据工作条件和配合轴径d 1，d 2，查手册选用弹性套柱销联轴器：82 4282 386??JB YA TL （GB4323－84）， 其公称转矩为250 N ·m 10-7答：螺纹联接预紧的目的是使联接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，防止受载后被联接件间出现缝隙或相对滑动，增强联接的可靠性和紧密性。过大的预紧力会使螺栓在装配或偶尔过载时断裂，所以在重要联接中要控制预紧力大小。 10-8答：螺纹联接在装配时绝大多数必须拧紧，但过大的预紧力会使螺栓在装配或偶尔过载时断裂，加套筒拧紧的方法会使预紧力过大而使螺栓联接失效。 10-9 答：常用的防松方法有摩擦防松、机械防松、和不可拆卸的防松。各种防松方法的特点及应用见表10-9。 10-10 答：螺旋副自锁条件是螺纹升角与当量摩擦角满足下式 λ≤φv GB5782-86规定之螺栓满足自锁条件，在静载、温度变化不大时，不需要采取防松措施。但在冲击、振动及变载荷作用下，螺纹副间的摩擦力会瞬时减小或消失，使联接松动，甚至松脱。轻者会影响机器正常运转，重者会造成严重事故。因此，螺纹联接仍须采取防松措施。 mm N 30492002/809971102][p ?=???==kld/σT mm N kld/σT ?=???==30492002/25997902][p
精馏塔机械设计方案
精馏塔机械设计方案 1.1 塔设备概论 塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。 为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求： （1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大； （2）生产能力大，即气液处理量大； （3）操作稳定，操作弹性大； （4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用； （5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低； （6）耐腐蚀，不易堵塞。方便操作、调节和检修。 塔设备的分类： （1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；
（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等； （3）按件结构可分有填料塔、板式塔; （4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。 1.2 常压塔的主要结构 在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。 考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液——气比适用围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气——液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。 塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，并具备优异的综合性能，在设计和选用时经常作为首选的板式塔型式。 板式初馏塔的总体结构见装配草图。板式塔除了各种件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。 (1) 塔体 塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒和上下封头组成。对于大型塔设备，为了节省材料偶尔采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备一般情况下安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（压或外压）、温度外，还要考虑到风载荷、地震载荷、偏心载荷等。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。本设计中精馏塔为常压0.11MPa，采用等直径等厚度型式。 (2) 支座
塔设备机械设计
第一章绪论 1.1塔设备概述 塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为： （1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等； （2）内件，指塔盘或填料及其支承装置； （3）支座，一般为裙式支座； （4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液
体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。 （2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、
化工机械设备课程设计精馏塔
目录 第1章绪论 (3) 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的要求 (3) 1.3 课程设计的内容 (3) 1.4 课程设计的步骤 (3) 第2章塔体的机械计算 (5) 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 (5) 2.1.1 塔体厚度的计算 (5) 2.1.2 封头厚度计算 (5) 2.2 塔设备质量载荷计算 (5) 2.2.1 筒体圆筒,封头,裙座质量 (5) 2.2.2 塔内构件质量 (6) 2.2.3 保温层质量 (6) 2.2.4 平台,扶梯质量 (6) 2.2.5 操作时物料质量 (6) 2.2.6 附件质量 (7) 2.2.7 充水质量 (7) 2.2.8 各种质量载荷汇总 (7) 2.3 风载荷与风弯矩计算 (8) 2.3.1自振周期计算 (8) 2.3.2 风载荷计算 (8) 2.3.3 各段风载荷计算结果汇总 (8) 2.3.4风弯矩的计算 (8) 2.4 地震弯矩计算 (9) 2.5 偏心弯矩的计算 (10) 2.6 各种载荷引起的轴向应力 (10) 2.6.1计算压力引起的轴向应力 (10) 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力δ2 (10) 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力δ3 (10) 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (10)
2.7.1 塔体的最大组合轴向拉应力校核 (10) 2.7.2 塔体与裙座的稳定校核 (11) 2.7.3 各危险截面强度与稳定性校核 (11) 2.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核 (14) 2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (14) 2.8.2 水压试验时应力校核 (14) 2.9 基础环设计 (15) 2.9.1 基础环尺寸 (15) 2.9.2 基础环的应力校核 (15) 2.9.3 基础环的厚度 (15) 2.10 地脚螺栓计算 (16) 2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 (16) 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 (16) 第3章塔结构设计 (18) 3.1 塔体 (18) 3.2 板式塔及塔盘 (18) 3.3 塔设备附件 (18) 3.3.1 接管 (18) 3.3.2 除沫装置 (18) 3.3.3 吊柱 (18) 3.3.4 裙式支座 (19) 3.3.4 保温层 (19) 参考文献 (20) 课设结果与自我总结 (21) 附录A 主要符号说明 (22) 附录B塔设备的装配图 (24)
精馏塔工艺工艺设计方案计算
第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； N T –––––塔内所需要的理论板层数； E T –––––总板效率； H T –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/s u =（0.6~0.8）u max （3-3） V V L C u ρρρ-=max （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3
V ρ–––––气相密度，kg/m 3 C –––––负荷因子，m/s 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s L σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s 。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ??+-=-r x r x r x A a 1222sin 1802π （3-11）
筛板式精馏塔机械设计说明书
一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题 筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件 物料名称：甲醇-水 设计压力：0.1a MP 设计温度：C 100 物料平均密度：3 957m kg 产品特性：易燃、有毒 设计基本风压值：2 300m N 地震烈度：7度 ㈢工艺尺寸 塔内径 精馏段板数 提留段板数 板间距 堰长 1400 33 17 500 980 堰高 筛孔直径 孔间距 塔顶蒸汽出口管径 50 6 24 200D g 管口 符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 f Dg38 釜液出口 设计要求 1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。 2、绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸） 二、设计方法及步骤 1、材料选择 设计压力MPa p 1.0 ，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为C 100,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用R Q 245，裙座选用A Q 235。 2、塔设备主要结构尺寸的确定
㈠塔高 1）塔主体高度 ()mm H Z 2450050011733=?-+= 2）塔的顶部空间高度 mm H a 1500= 3）塔的底部空间高度 mm H b 2000= 4）裙座高度 mm H S 3000= 5）封头高度 mm H c 390= 6）塔高 mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000== m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径 1）筒体厚度计算 []mm p pD t i 56.01 .085.014721400 1.02=-???= -= φσδ 式中：[]t σ——材料的许用应力。R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时， []MP a t 147=σ。 φ——塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤，85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+= 1C ——厚度负偏差。按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。 2C ——腐蚀裕量。取mm C 22=。 对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm ，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度=n δ10mm 。
精馏塔---课程设计
第1章绪论 1.1课程设计的目的 （1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和知识基本知识。 （2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。 （3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。 1.2课程设计的要求 （1）树立正确的设计思想。 （2）具有积极主动的学习态度和进取精神。 （3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。 （4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。 （5）在设计中处理好尺寸的圆整。 （6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。 1.3课程设计的内容 对二氯乙烷精馏塔的机械设计。DN=1800mm P N=1.2MPa 1.4课程设计的步骤 （1）全面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。 （2）选用零部件。 （3）计算外载荷，包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载、地震载荷等。
（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算（5）传动设备的选型、计算。 （6）绘制设备总装配图。
第2章 塔体的机械计算 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 2.1.1 塔体厚度的计算 （1）计算压力 MPa Pc 2.1= （2）塔体计算厚度 mm Pc t PcDi 8.72 .185.017021800 2.1]δ[2δ=×××== （3）塔体设计厚度 mm 8.9δc δ=+=c （4）塔体名义厚度 n δ=12mm （5）塔体有效厚度 mm c n e 10δδ== 2.1.2 封头厚度计算 （1）计算厚度 mm Pc t PcDi 5.72 .15.085.017021800 2.15.0][2=?-???=?-= ?δδ （2）设计厚度 mm c 5.9c =+=δδ （3）名义厚度 mm n 12=δ （3）有效厚度 mm c n e 10=-=δδ 2.2 塔设备质量载荷计算 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01 （1）圆筒质量 m 1=4.1971979.36536=×Kg （2）封头质量 m 2=8.67624.338=×Kg （3）裙座质量 m 3=2.164006.3536=×Kg 说明：1 塔体圆筒总高度为36.79m ； 2查得DN1800mm ，厚度10mm 的圆筒质量为536Kg/m ； 3 查得 DN1800mm ，厚度10mm 的椭圆形封头质量为338.4Kg/m ； 4 裙座高度3060mm 。
《机械设计》讲义(第八版)濮良贵(第10章)
第十章齿轮传动 §１０—１概述： 本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。 1．特点： 优：1）效率高（可达99%以上，这在大功率传动时意义很大） 2）结构紧凑 3）工作可靠，寿命长（可达几十年，如：机械表）。 4）传动比稳定 缺：制造、安装精度要求高，价高，不宜远距离传动。 2．传动型式：开式：齿轮完全暴露在外的齿轮传动。 半开式：有简单防护罩的齿轮传动。 闭式：由箱体密封的齿轮传动。 §１０—２齿轮传动的失效形式及设计准则： 硬齿面齿轮：齿面硬度大于350HBS或38HRC的齿轮。 软齿面齿轮：齿面硬度不大于350HBS或38HRC的齿轮。 一．失效形式： 齿轮传动的失效主要是轮齿失效，齿圈、轮辐、轮毂等其它部分很少失效，所以，以下仅介绍常见的轮齿失效形式： 1．轮齿折断： 1）折断形式：①疲劳折断：齿根受弯曲变应力作用→疲劳→折断。 ②过载折断： 2）折断位置：常发生在轮齿根部。 ∵根部弯曲应力最大，且截面变化大， 加式刀痕深，应力集中严重 3）抗折断措施：① ②增大轴及支承刚性→偏载↓。 54
③增加齿芯韧性，强化齿根表层（喷丸，滚压等） 2．齿面磨损： 传动时，啮合齿面间的相对滑动→磨损（是开式传动的主要失效形式） 3．齿面点蚀： 1）点蚀：在接触变应力的反复作用下，齿面材料因疲劳而小片脱落的现象。 2）位置：点蚀常先发生于节线附近的齿根一侧。 3）原因：①在节线附近啮合时，相对滑动速度低，润滑差，摩擦大。 ②啮合齿对少，受力大，接触应力大。 注：点蚀是闭式传动的主要失效形式。 4）抗点蚀措施： ①提高齿面硬度。 ②改善润滑条件：a、低速传动，采用粘度较大的润滑油。 b、高速传动，采用喷油润滑。 4．齿面胶合： 1）胶合：两因瞬时温升过高而粘连的啮合齿面，在相对运动时被撕破，形成沿滑动方向沟痕的现象。 2）机理：高速重载→啮合区瞬时温升↑→两啮合面粘连→相对运动时被撕破→形成沿滑动方向的沟痕。 注：低速重载时，也会因接触应力过大而粘连──冷胶合。 3）抗胶合措施： 采用抗胶合的润滑油。 5．塑性变形： 2）类型： ① ② 3
塔设备机械计算
第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表
4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段
图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。
4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ）
机械设计习题集答案第十章--齿轮传动(100323修改)
题10-5 在图示的直齿圆柱齿轮传动中,齿轮1为主动齿轮,齿轮2为中间齿轮,齿轮 3为从动齿轮。已知齿轮3所受的扭矩m N 983?=T ,其转速n 3=180r/min,Z 3=45,Z 2=25, Z 1=22,m=4mm 。假设齿轮啮合效率及轴承效率均为1,试求: （1） 啮合传动时,作用在各齿轮上的圆周力F t 和径向力F r ,并将各力及齿轮转向标于图上； （2）说明中间齿轮2在啮合时的应力性质和强度计算时应注意的问题； （3）若把齿轮2作为主动齿轮,则在啮合传动时其应力性质有何变化,其强度计算与前面有何不同? 解答: 1．m N 444.54m N 4525983 23323 2?=??=?==z z T d d T T ； m N 911.47m N 2522444.542 12212 1?=??=?==z z T d d T T N 9.1088N 224911 .472000200020001 11112=??=== =mz T d T F F t t N 3.39620tan tan 01112====t t r r F F F F α N 8.1158N 20cos 9.1088cos 0 1 12=== =αt n n F F F ； 由齿轮2受力平衡条件得： N 9.1088,N 3.3962'22'2====t t r r F F F F ； 3r F 与'2r F ,3t F 与'2t F 是作用力与反作用力的关系, ∴3r F ='2r F ,3t F ='2t F 2．齿轮2在啮合传动时,齿轮根部弯曲应力:对称循环,双向受载。齿面接触应力:脉动循环。在校核弯曲强度时，应将齿根弯曲疲劳极限值乘以0.7。 3．若齿轮2为主动,则其弯曲应力和接触应力都为脉动循环,但2轮每转一周时，轮齿同侧齿面啮合次数为2，则其应力循环次数增加2倍。 题10-5图 题解10-5图 题10-6 图示为二级斜齿圆柱齿轮减速器,第一级斜齿轮的螺旋角1β的旋向已给出。 （1）为使Ⅱ轴轴承所受轴向力较小,试确定第二级斜齿轮螺旋角β的旋向,并画出各轮轴向力 、径向力及圆周力的方向。
常减压精馏塔机械设计
常减压精馏塔机械设计 DN4200/DN3000 减压塔机械设计摘要本设计是对工艺设计中的常滴油精馏塔进行设计，设计过程主要依据GB150-1998《钢制压力容器》标准和 JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准进行设计计算的。该减压塔采用的是变径板式塔结构，并采用单溢流型塔盘与泡罩塔盘，操作介质为常底油。精馏塔是目前石油化工领域应用的最多的塔设备。在说明部分中，主要介绍塔设备在石油化工生产中的作用、地位、发展现状、特点以及分类，优先选用板式塔的条件，以及舌型塔盘和泡罩塔盘的结构和优缺点，同时又对塔的材料选择，筒体和封头的选用进行了说明和论述。接下来又介绍了塔的附属构件结构，对筒体、裙座、封头、吊柱、地脚螺栓座、基础换班、筋板的选用进行了介绍并且校核了他们的强度，同时也对裙座与通体的连接方式与结构进行了说明。在计算部分主要是针对塔体的筒体、封头的材料选择、壁厚的选取进行了计算，还有稳定性的校核。对自振周期、地震载荷、风载荷进行了计算，同事又进行了该筒体的轴向强度以及稳定性的校核，全做的设计计算及其校核，地脚螺栓座的设计及其强度校核、筋板、盖板及开孔补强的设计计算校核。最后经过计算以及强度校核，设计出合理的减压精馏塔的结构，并绘制出图纸。关键词:筒体、封头、强度、校核。1 说明部分1.1 前言在石油炼化厂的生产装置中，气-液和液-液 2 相直接接触进行传质传热的工艺很多。例如，精馏、吸收、解吸、萃取和气体增湿等。这些公益大多数都在塔内完成。因此，塔设备的性能对炼油、化工装置的生产能力、产品质量与消耗指标以及三废处理以及环境保护等各个方面都有较大影响。据统计，在石油炼化厂中，塔设备的投资额占到总投资额的 10-20，塔设备消耗的钢材量占总投资刚才量的 25-30。塔设备之所以被大量采用，是因为它可以为气-液之间的传质传热提供了适宜的条件。这些条件除了维持一定的塔内压力、温度、气液流量以外，一些特定的塔内件还从
毕业设计--精馏塔的工艺和机械设计
毕业设计（论文） 2013 届 题目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计专业化工设备与维修技术
毕业论文（设计）任务书 1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺 和机械设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字：
CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计 摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。 关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。
目录 1.概论 (1) 1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 (1) 1.1.1蒸馏技术背景 (1) 1.1.3蒸馏技术分类 (1) 1.2塔设备的作用和类型 (2) 1.2.1塔设备的作用 (2) 1.2.2塔设备的类型 (2) 1.3蒸馏技术节能 (3) 1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 (3) 1.5本设计中的方案选择 (4) 2.精馏塔设计任务书 (6) 2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 (6) 2.2设计任务及操作条件 (6) 2.3设计内容 (6) 2.4设计基础数据 (7) 3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 (8) 3.1.物料衡算 (8) 3.2全塔物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.4塔工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强的计算P m (11) 3.4.3精馏塔气相密度 (11) 3.4.4精馏塔液相密度 (11) 3.5精馏塔气液负荷计算 (12) 3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (13) 3.6.1塔径的计算 (13) 3.6.2塔高计算 (14)
机械设计基础第10章习题
本章的习题是按旧书的齿形系数Y F求解的，新书需将齿形系数改为复合齿形系数Y FS。 旧书（新书） 10-3（10-3）标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F（Y FS）与什么因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为m1=20 mm，z1=20；m2=2 mm，z2=20，其（复合）齿形系数是否相等？ 答：标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F（Y FS）与齿轮的齿数有关，而与模数无关。 由于两个直齿圆柱齿轮的齿数相等，故其（复合）齿形系数是相等的。 10-7（10-6）有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P，若通过热处理 方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力[σH2]、[σH1]各提高30％，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？ 解：由齿轮接触疲劳强度条件 当大小齿轮的许用接触应力提高30％时，即，在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，有 得： 故允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高69％。 10-8（10-7）单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为45钢调质， 大齿轮材料为ZG310-570正火，P= 4 kW，n1=720 r/min，m=4 mm，z =25，z 2 =73，b1=84 mm，b2 =78 mm，单向传动，载荷有中等冲击，1 用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。 解：⑴齿轮材料的许用应力 由表10-1查得小齿轮材料45钢调质，齿面硬度230HBS；大齿轮ZG310-570正火，齿面硬度180HBS，齿轮的材料为软齿面齿轮。 分别查图10-6及图 10-7得 σ Hlim1=570 MPa，σHlim2 =370 MPa σ Flim1=190 MPa，σ Flim2=130 MPa 由表10-5，取S H =1，S F =1.3，得 ⑵核验齿面接触疲劳强度 取载荷系数K=1.4，齿数比， 作用在小齿轮上的转矩T1
机械原理 第十章
第十章齿轮机构及其设计 1 一个齿轮不同圆上的压力角和模数是否相同？是否都是标准值？ 2 为什么模数值要标准化？ 3 标准为什么规定压力角为20°？ 4 如果齿轮的五个基本参数中，除模数以外其余四个基本参数都相同，齿轮的几何尺寸有何不同？ 5 确定蜗杆头数和蜗轮的齿数要考虑哪些问题？ 6 何谓蜗杆蜗轮机构的中间平面？在中间平面内，蜗杆蜗轮传动相当于什么传动？ 7 确定蜗杆直径系数的目的是什么？的大小对蜗杆蜗轮机构有什 么影响？它与蜗杆分度圆直径是什么关系？ 8 何谓圆锥齿轮的背锥和当量齿轮？引入背锥和当量齿轮的目的是什么？当量齿数如何计算？ 9 在直齿圆锥齿轮中何处为标准值？ 10 渐开线标准齿轮是指m、α、*a h、*c均为标准值，且分度圆齿厚等于齿槽宽的齿轮。 11 渐开线直齿圆柱齿轮与齿条啮合时，其啮合角恒等于齿轮分度圆上的压力角。 12 用标准齿条型刀具加工标准齿轮时，刀具的中线与轮坯的分度圆之间作纯滚动。 13 一对渐开线圆柱齿轮传动，其节圆总是相切并作纯滚动，而两轮的中心距不一定等于两轮的分度圆半径之和。 14 一对渐开线标准直齿圆柱齿轮按标准中心距安装时，两轮的节圆分别与其分度圆重合。 15 用同一把刀具加工m、z、α均相同的标准齿轮和变位齿轮，它们的分度圆、基因和齿距均相等。 16 正变位齿轮与标准齿轮比较其齿顶高增大，齿根高减小。 17 要求一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动的中心距略小于标准中心距，并保持无侧隙啮合，此时应采用负传动。
18 斜齿圆柱齿轮的齿顶高和齿根高，无论从法面或端面来看都是 相同的。 19一对外啮合斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件为12n n m m m ==， 12n n ααα==，12ββ=- 。 20 蜗杆的标准模数和标准压力角在轴面，蜗轮的标准模数和标准压力角在轴面。 21 直齿锥齿轮的几何尺寸通常都以大端作为基准。 22渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是: 两齿轮的模数相等和压力角相等 。 23一对平行轴斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是:两轮法面上的模数和压力角分别相等,螺旋角大小相等,方向相反(外啮合)或相同(内啮合), 24一对直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件是 两轮大端的模数和压力角相等 。 25蜗杆蜗轮传动的正确啮合条件是 : 其中间平面内蜗轮与蜗杆的模数和压力角分别相等, 当两轴交错为90度时,还应使蜗杆的导程角等于涡轮螺旋角 。 26标准渐开线直齿圆锥齿轮的标准模数和压力角定义在 大端。 27一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时，两轮的 节 圆总是相切并相互作纯滚动的，而两轮的中心距不一定总等于两轮的分度 圆半径之和。 28共轭齿廓是指一对 能满足齿廓啮合基本定律 的齿廓。 29用齿条刀具加工标准齿轮时，齿轮分度圆与齿条中线 相切 ，加
精馏塔强度计算实例
第六部分 塔内件机械强度设计及校核 6.1精馏塔筒体和裙座壁厚计算 选用16MnR 钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：，MPa 170][t =δ焊接采用双面焊 100%无损探伤检查，焊接接头系数00.1=?，则由筒体的计算厚度为： []0.11182300 0.76()2217010.1118 c i p D c mm t p δσ??= ==-??- 查《化工设备机械基础》表9-10得mm C 8.01=，加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头和裙座的名义厚度Sn 为8mm ，则 有效厚度 826mm e n C δδ=-=-=（） 应力校核： 采用水压试验，试验压力为 [][] 1701.25 1.250.11180.14 170T t p p MPa σσ==??=（） 压力试验时的薄膜应力 ()e T δδσ2D p e i T += 故() 0.142300626.9()26 T MPa σ?+= =? 查表9-4，16MnR 的 MPa s 345=σ 故0.90.91345310.5()26.9MP s T MPa a ?σσ=??==＞ 所以满足水压试验要求。 封头采用标准椭圆封头 6.2精馏塔塔的质量载荷计算 6.2.1塔壳和裙座的质量 圆筒质量 塔体圆筒总高度Z 8m = ()14 2 2 i D -D Z m π ρ= ()2 232.316 2.300137.85105916.554 kg π = -???= 6.2.2封头质量 查的DN2300，壁厚8mm 的椭圆形封头的质量为251kg ，则 kg 5022251m 2=?=
塔设备设计说明书精选文档
塔设备设计说明书精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 035 036 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组
目录
前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便