酒精回收设备中的蒸馏釜设计

能源与安全工程学院 课程设计说明书

课 程 名 称: 酒精回收设备中的蒸馏釜设计 年级/专业/班: 09安全工程2班 报 告 人： 李学良（0901020201）

石荣新（0901020203） 开 始 时 间: 2012年 6 月 1 日 完 成 时 间: 2012年 6 月20日 指导教师签名：

湖 南 科 技 大 学

课 程 设 计 任 务 书

系 专业 班 学生 一、课程设计题目： 二、课程设计工作自 2012 年 6 月 4 日起 2012 年 6 月 17 日止 三、课程设计的内容及要求：

一）基本工艺参数 主要设计参数 介质 操作压力 操作温度0C 装料量（m3） 传热面积 使用年限 二）学生完成的工作

1．总装备图一张（1号图纸）

要求：图面布局合理，表达清晰，字迹工整，有标题栏、技术要求、技术特性表、管口表

2．由指导老师指定零件图一张（要求同上） 3．设计说明书一份

（1）根据工艺参数选定容器及夹套尺寸（包括直径、厚度、夹套与容器间距及连接尺寸，保证有足够的传热面积）。 （2）容器的强度设计

a.筒体强度及稳定性设计 b.封头强度及稳定性设计

罐内 酒精溶液 0.4Mpa -20~200 1.5 12年 夹套内 水蒸气 0.6Mpa -20~200 适当 符号 a b c d e f g 公称尺寸 DN100 PN0.6 DN50 PN0.6 DN50 DN100 DN125 DN100 PN0.6 DN50 连接尺寸 HG20593 HG20593 HG20593 HG20593 HG20593 HG20593 HG20593 不小于5.34m2 - I -

（3）夹套罐壁厚设计

a.筒体部分设计 b.封头部分设计 （4）夹套折边焊逢强度校核 （5）开孔补强设计 （6）水压力试验设计 4．夹套罐使用说明书一份

四、参考资料

1、《压力容器设计手册》

2、《压力容器与化工设备实用手册 上册》 3、《压力容器与化工设备实用手册 下册》 4、《锅炉压力容器》 5、《压力容器标准规范汇编》

指导教师：

负责教师：

学生签名：

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压力容器设计

目 录

一、前言 ............................................................................................................................................ 1 二、设计参数选取 ............................................................................................................................ 1 2.1工艺参数确定 .......................................................................................................................... 1 2.1.1设计压力 ........................................................................................................................... 1 2.1.2设计温度 ........................................................................................................................... 2 2.1.3材料选取 ........................................................................................................................... 2 2.2几何参数确定 .......................................................................................................................... 2 2.2.1罐体及封头参数 ............................................................................................................... 2 2.2.2罐体高度及体积 ............................................................................................................... 3 2.2.3夹套选取及高度计算 ....................................................................................................... 3 2.2.4法兰借口尺寸确定 ........................................................................................................... 4 三、容器强度设计 ............................................................................................................................ 6 3.1釜体强度计算 .......................................................................................................................... 6 3.1.1釜体内压强度设计 ........................................................................................................... 7 3.1.2釜体外压稳定性设计 ....................................................................................................... 8 3.2夹套强度计算 .......................................................................................................................... 9 3.2.1夹套筒体强度设计 ........................................................................................................... 9 3.2.2夹套封头强度设计 ......................................................................................................... 10 3.2.3设计壁厚校核 ................................................................................................................. 10 四、罐体与夹套连接处的剪切强度设计 ...................................................................................... 11 4.1罐体负荷计算 ........................................................................................................................ 11 4.1.1罐体质量 ......................................................................................................................... 11 4.1.2介质质量 ......................................................................................................................... 11 4.1.3法兰及其他附件质量 ..................................................................................................... 11 4.2焊缝连接处剪切应力校核 .................................................................................................... 11 五、开孔补强设计 .......................................................................................................................... 11 5.1搅拌器连接口补强面积计算 ................................................................................................ 12 5.2进料口、出料口补强面积计算 ............................................................................................ 13 5.3冷凝出口补强面积计算 ........................................................................................................ 14 5.4视镜补强面积计算 ................................................................................................................ 15 六、水压试验设计 .......................................................................................................................... 16 6.1釜体水压试验校核 ................................................................................................................ 16 6.2夹套水压试验校核 ................................................................................................................ 16 七、支座选取 .................................................................................................................................. 17 八、结束语 ...................................................................................................................................... 18

压力容器设计

一、前言

酒精工业是基础的原料工业，酒精作为一种良好的容积，广泛的应用在化工、制药、轻工等行业中。中国酒精工业的发展已有近百年的历史，但工业基础十分薄弱，建国后，随着国民经济的发展和白酒液态法生产法的推广，酒精工业进入崭新的发展阶段。

近几年，随着制药行业突飞猛进的发展，生产规模不断扩大，由于在中药成药的生产过程中，经常利用酒提或水煮醇沉提取其中的有效成分，所以乙醇的用量也在不断上升，然而酒精使用后其浓度往往由原来的95％降低到20-80％，且含有多种杂质，难以直接回用。这些废酒精若直接排放，则会造成危险和环境污染；若将它们回收精制，则会变废为宝，产生巨大的经济效益和社会效益。然而多数药厂利用的酒精回收装置技术落后，排放废液中酒精含量依然在5-10％，甚至高达30％，造成的环境污染和浪费依然非常严重。对此，国内外专家采用新型高效化工分离技术设计了高效酒精回收塔，在实际应用中达到了很高的技术经济指标。

本课程设计就针对高效酒精回收塔中的蒸馏釜（夹套罐）进行设计，该装置罐体上设置有进料口、出料口、搅拌器孔、观察孔、温度计口、压力表口、安全阀等工艺接口，在夹套上部设置有两个蒸气进口，夹套底部设置一个冷凝水出口。高温水蒸气通过进口进入夹套后，对罐体内含酒精的废液进行加热，使沸点比较低的酒精先从溶液中蒸发，进行提纯，夹套内的蒸气冷凝成水后经冷凝水出口流出。

二、设计参数选取

2.1工艺参数确定

2.1.1设计压力

设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。设计压力不同于容器的工作压力，工作压力由工艺过程决定，将容器正常操作情况下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力，用pw表示。装有安全阀的容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力，安全阀的开启压力pk是根据容器最大工作压力pw调定的，据此，容器的设计压力可取

p1.05～1.1pw。

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压力容器设计

设计中取p1.1pw，求得罐内和夹套内的设计压力分别为：

p罐1.1pw1.10.4MPa0.44MPa p夹1.1pw1.10.6MPa0.66MPa 2.1.2设计温度

设计温度是指容器在正常操作情况，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，其值不得低于容器工作时器壁金属可能达到的最高温度。

根据容器罐内的介质确定罐内的工作温度大约为100℃；正常工作时夹套内水蒸气的绝对压力pp夹0.1MPa0.76MPa，查表得夹套内的工作温度约为167.4℃；圆整后确定蒸馏釜的设计温度为200℃。

2.1.3材料选取

虽然该蒸馏釜内的介质为酒精和水，其腐蚀性不是很大，但考虑到设备的使用年限，因此选用SUS304（0Cr18Ni9）号不锈钢，该号钢材厚度为2～60mm，钢板标准为GB 4237，σb=520MPa，σs=205MPa，钢板在100℃时的许用应力σ

b=114MPa，在

200℃时的许用应力为σb=96MPa。

2.2几何参数确定

该蒸馏釜有罐体和夹套两部分组成，底部采用支撑式支座。罐体由竖直圆筒和上下两个封头组成；罐体外面有一个比罐体稍大的夹套容器，与罐体形成500mm左右的间隔，上部在适当高度采用圆弧过渡机构与罐体连接。

2.2.1罐体及封头参数

为了便于收集与卸除设备中的蒸馏废液，设计中罐体下封头选取广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)底盖的带折边锥形封头；上封头选取应力分布比较匀称的标准椭球形封头。

每次操作需要填装的物料量称为装料量，用V0表示，确定筒体全容积V应以V0为基础，V0V(m3)，其中η为装料系数，η的大小取决于物料的性质。由于容器内介质含有多种杂质，蒸馏过程中可能会产生泡沫，因此装料系数取η=0.7。对于反应物料为液-液类型的设备，筒体高度与直径比为1.0～1.3，设计中综合考虑搅拌器功率和传热效果等因素，釜体的长径比取

HiDi1.3

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压力容器设计

则容器的全容积VV0筒体直径为Di1.5Di0.7m32.1429m3

41.5m1281mm 1.30.734HiV03根据圆筒的内径标准系列圆整后，取公称直径Di=1300mm。 由已知筒体的内径，选定封头的尺寸如表2-1所示：

表2-1 封头尺寸 封头类型 EHA椭球形 CHC锥形 公称直径 Di/mm 1300 1300 总深度 H/mm 350 513 内表面积 F/m2 1.9340 2.0001 容积 V/m3 0.3208 0.3406 圆弧半径 r/mm 195 注：封头的总深度已包含直边高度h0=25mm。 由封头的尺寸可确定筒体的实际高度为：

H1VV封头Di242.14290.32080.3406m1117mm

1.3242.2.2罐体高度及体积

罐体的高度（体积）包括筒体的高度（体积）和两个封头的高度（体积），其

D23m3；则： 中筒体的体积V筒i2H3.140.651.117m1.48192罐体的高度H1117350513mm1980mm

罐体的体积VV筒V锥V椭1.48190.34060.3208m32.1433m3 2.2.3夹套选取及高度计算

考虑到传热充分，且夹套直径必然大于筒体直径，选取圆筒内径标准系列中公称直径Di=1400mm的夹套进行设计，其夹套封头的尺寸如表2-2所示：

表2-2 夹套封头尺寸

封头类型 CHC锥形 公称直径 Di/mm 1400 总深度 H/mm 550 内表面积 F/m2 2.3112 容积 V/m3 0.4224 圆弧半径 r/mm 210 根据罐体内溶液的高度来确定夹套的高度，实际的夹套位置略低于罐内溶液高度10～20mm，设计中选取20mm。

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压力容器设计

罐体内酒精的高度h1VV锥Di221.50.3406mm874mm；则夹套高度

3.140.652h87420mm854mm。

校核传热面积FF锥Dih2.00013.141.30.854m25.4861（其中F锥m2为筒体封头内表面积），符合传热面积不小于5.34m2的工艺要求。

2.2.4法兰借口尺寸确定

设计中采用板式平焊管法兰连接，则其连接管的壁厚应按管道的壁厚等级SCH确定，对于釜体法兰Sch1000PtPt3.86，圆整后取Sch=5s；夹套法兰

Sch10006.88，圆整后取Sch=10s。

（1）搅拌器法兰孔尺寸

根据釜体公称直径选择相应的搅拌器及规格，搅拌器的形式选浆式直叶。则搅拌器直径DJ0.25Di0.251300mm325mm，根据HG20593-1997取法兰公称通径DN350mm，公称压力PN0.6MPa；如表2-3所示。

表2-3 搅拌器法兰规格 连接尺寸 公称通径DN 350 板式平焊法兰 法兰 厚度 C 26 法兰 质量 /kg 14.3 钢管钢管法兰螺孔中心螺孔直螺孔数法兰坡口外径 壁厚 螺纹 外径 圆直径 径 量 内径 宽度 A1 S管 Th D K L n B1 b 377 9 490 445 22 12 M20 381 0 确定接管外径为377mm，根据Sch=5s查得，壁厚为4mm，然而该外径下的无缝钢管最小壁厚为9mm，因此设计选用壁厚为9mm，设计长度为100mm的无缝钢管，理论质量为81.67Kg。

（2）视镜规格尺寸

由于釜体内工作温度为100℃，设计压力为0.44MPa，设计选用公称压力PN10MPa，公称直径DN100的带颈视镜；其尺寸如表2-4所示。

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压力容器设计

公称公称D D1 直径压力DN PN 100 10 200 165 注：dH×S=103×4。 表2-4 带颈视镜尺寸

螺柱 b2 ≈H 数量 直径 n d 26 142 8 M16 质量 /Kg 10.9 b1 26 标准图图号 HGJ 502—86-17 （3）安全阀规格

选择安全阀时应考虑釜体失效时夹套中的饱和蒸气泄漏到釜体中的情况，由此计算安全阀的排放量Ws2.83103vd2 Kg/h，其中d为夹套罐蒸气入口内径82mm，ρ为饱和蒸气的密度为7.8Kg/m3。

蒸气流量：

Ws22.83103vd222.831037.8822Kg/h299.3Kg/h（其中蒸气最大流速假设为20m/s）

初步选择A48Y-16C用法兰连接的不封闭带扳手微启的弹簧式安全阀，其参数如表2-5所示。

表2-5 安全阀规格

主要性能参数 弹簧压整定密封试排放力级压力 验压力 压力 /MPa /MPa /MPa /MPa 0.6-0.7 0.60 0.54 0.618 公称安全阀型号 压力 /Mpa 强度试验压力/MPa 2.4 回座压力/MPa 0.34 开启高度 ≥额定排放系数 0.16 A48Y-16C 1.6 1 2喉径 注：该安全阀公称直径(mm)/喉径(mm)为80/50。 安全阀的排放量

3.14502Ws5.25KApd5.250.160.7181183.6Kg/m34（其中

pd1.03ps0.11.030.60.1MP0.7aM1）；显然安全阀的排放量大于蒸气P8流量，因此选择A48Y-16C安全阀符合设计要求。

表2-6 安全阀法兰尺寸 连接尺寸 公称钢管外钢管壁法兰螺孔中心圆螺孔螺孔通径径 厚 外径 直径 直径 数量 DN A1 δ D K L n 80

板式平焊法兰 螺纹 Th M16 法兰坡口法兰 内径 宽度 厚度 B1 b C 91 0 20 法兰 质量 kg 3.59 - 5 -

9 200 160 18

8 压力容器设计

（4）其他孔口法兰尺寸

表2-7 其他孔口法兰规格

连接尺寸 公称通径DN 150 150 32 15 150 80 板式平焊法兰 法兰 质量 kg 5.14 5.14 1.19 0.41 5.14 2.94 钢管外法兰螺孔中心圆螺孔螺孔法兰坡口法兰 径 螺纹 外径 直径 直径 数量 内径 宽度 厚度 A1 Th D K L n B1 b C 159 159 38 18 159 265 265 120 80 265 190 225 225 90 55 225 150 18 18 14 11 18 18 8 8 4 4 8 4 M16 M16 M12 M10 M16 M16 161 161 39 19 161 91 0 0 0 0 0 0 20 20 16 12 20 18 进料孔 出料孔 温度表 压力表 冷凝水出口 蒸气进口 进料孔 出料孔 温度表 压力表 冷凝水出口 蒸气进口 管长/mm 100 100 100 100 100 100 表2-8 连接管参数 管径/mm 壁厚/mm 4.5 150 4.5 150 32 15 150 80 2.5 1.6 4.5 3.5 理论质量/Kg 17.14 17.14 2.19 0.7 17.14 7.38 三、容器强度设计

3.1釜体强度计算

根据设计压力容器的实际情况，容器筒体的纵向焊接接头和封头的拼接接头都采用双面焊或相当于双面焊的全焊透的焊接接头，且焊接接头的无损检测可采用局部无损探测，因此焊缝系数φ=0.85。

对于腐蚀裕度C2，按照有关规范规定：碳素钢和低合金钢材料的腐蚀裕量取值不小于1mm，用不锈钢材料且介质的腐蚀性极微时腐蚀裕量取值可为零。虽然该设备为不锈钢材料且介质的腐蚀性极微，但使用年限较久（12年），因此腐蚀裕度取C2=1mm。

根据有关文献的试验结果并参考了国外现行的有关规范，对于内压下的压力容器，只要加工减薄量未超过壁厚的15%，可以不考虑加工减薄量的影响。因此设计加工减薄量C3不予考虑。

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压力容器设计

3.1.1釜体内压强度设计

釜体内的设计压力为0.44MPa，设计温度（200℃）下钢材的许用应力为96MPa。 （1） 釜体筒体壁厚计算如下： 计算壁厚：PDi0.441300mm3.51mm t2φP2960.850.44设计厚度：dC23.511mm4.51mm

名义厚度：ndC14.510.5mm5.01mm（其中C1为钢板负偏差）；圆整后，取n5.5mm

有效厚度：enC1C25.50.51mm4.0mm （2）釜体封头（标准椭球形封头）壁厚计算如下： 计算壁厚：YPDi10.441300mm3.51mm（其中Yt20.5P2960.850.50.44为椭球形封头的形状系数，由于设计选用标准椭球形封头，故其形状系数取1）；显然该封头的设计厚度、名义厚度、有效厚度均与筒体相同。

（3）釜体封头（锥形封头）壁厚计算如下：

由于该锥形封头的小端直径不超过大端直径的四分之一，且整个封头取同一厚度，因此封头的计算壁厚：

fPDi0.850.441300（其中f为椭球形封头mm2.98mmt20.5P2960.850.50.4412r1cosDi0.85）

2cos的形状系数，f设计厚度：dC22.981mm3.98mm

名义厚度：ndC13.980.5mm4.48mm（其中C1为钢板负偏差）；圆整后，取n5.0mm

有效厚度：enC1C25.00.51mm3.5mm

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压力容器设计

3.1.2釜体外压稳定性设计 （1）筒体外压稳定性设计

假设筒体的名义厚度n5mm，查表得钢板的负偏差C1=0.5mm，腐蚀裕度C2=1mm，则筒体外径D0Di2n130025mm1310mm。

有效厚度enC1C250.51mm3.5mm

1筒体的计算长度L85425195sin600mm935mm

39351310D0.71；037420 于是LD0e13103.5根据外压或轴向受压圆筒几何参数计算图可得系数A=0.00031；再由外压圆筒、管子和球壳厚度计算图查得系数B=38；则筒体的许用压力为：

pB0.10MPap0.66MPa，故须重新假设壁厚δn。 D0/e重新假设n12mm，按照上述计算，可得：

； D01324mm，e10.2mm（其中负偏差C1=0.8mm）

LD09351324D0.71，013020；查表得A=0.0013，B=70MPa，

e132410.2故pB0.54MPa0.66MPa，依然不符合要求，考虑到经济成本条件，设D0/e计采用在此基础上设置一个加强圈（如右图），则计算长度L=468mm。

于是LD4680.35；

013241324D0e10.213020

查表并用直线内插法计算得到A=0.0028，B=90MPa

故许用外压力pB0.69MPa，大于D0/e设计压力p=0.66MPa，且两者较接近；因此，外压筒体名义厚度按n12mm设计，并设置加强圈。

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压力容器设计

（2） 封头外压稳定性设计

为保证封头与筒体连接处的稳定性，在封头大端和小端分别设置加强圈。将外压锥形封头转化为“当量圆筒”，则当量圆筒的外径为：

rDLDi12i1cos1300120.151cos600mm1105mm

Di当量圆筒的当量长度为：Le中LXLX2DS21835011mm144mm（其DL211051DLDSctg11105350ctg600mm218mm，DS为夹套小端与筒22体连接圆的直径，取350mm）

按照筒体的外压稳定性设计，假设封头的名义厚度n18mm，查表得钢板的负偏差

C1=0.8mm，腐蚀裕度

C2=1mm，则当量筒体外径

DL0DL2n1105218mm1141mm。

有效厚度enC1C2180.81mm16.2mm 于是

LeDL01441141D0.13；L014120（其中

d11418.1decos16.2cos600mm8.1mm）

根据外压或轴向受压圆筒几何参数计算图可得系数A=0.0084；再由外压圆筒、管子和球壳厚度计算图查得系数B=100；则筒体的许用压力为：

pB0.71MPa，大于设计压力p=0.66MPa，且两者较接近。

DL0/d综上可得：设计时釜体筒体名义厚度取n12mm，并设置加强圈；釜体封头名义厚度n18mm。 3.2夹套强度计算

3.2.1夹套筒体强度设计

夹套内的设计压力为0.66MPa，设计温度（200℃）下钢材的许用应力为96MPa。夹套筒体壁厚计算如下：

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压力容器设计

计算壁厚：PDi0.661400mm5.68mm t2φP2960.850.66设计厚度：dC25.681mm6.68mm

名义厚度：ndC16.680.8mm7.48mm（其中C1为钢板负偏差）；圆整后，取n8.0mm

有效厚度：enC1C28.00.81mm6.2mm 3.2.2夹套封头强度设计 夹套锥形封头壁厚计算如下： 计算壁厚：fPDi0.850.661400mm4.82mm（其中ft20.5P2960.850.50.6612r1cosDi0.85）

2cos为椭球形封头的形状系数，f设计厚度：dC24.821mm5.82mm

名义厚度：ndC15.820.8mm6.62mm（其中C1为钢板负偏差）；圆整后，为了便于筒体和封头的连接，取n8.0mm

有效厚度：enC1C28.00.81mm6.2mm 3.2.3设计壁厚校核

设计中夹套筒体和夹套封头名义厚度都设置为n8mm，对壁厚进行应力校核：

夹套筒体：tpDie0.6614006.2MPa88MPa96MPa

2e26.20.85夹套封头：e6.2mm0.15%Di2.1mm；

tpfDi0.5e0.660.8514000.56.2MPa75MPa96MPa

2e26.20.85由此，夹套筒体和夹套封头的名义厚度都取n8mm，符合设计要求。

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压力容器设计

四、罐体与夹套连接处的剪切强度设计

4.1罐体负荷计算

4.1.1罐体质量

罐体质量包括筒体和上下封头及夹套和封头。根据有关资料可得，公称直径为1300mm，壁厚为12mm的圆筒体钢板的理论质量为385.5Kg/m。

罐体的质量=G筒体+G封头=1.117×385.5+300+186.1=916.7kg 夹套质量=G夹套G锥形壳=276×0.854+403.9=639.6kg 4.1.2介质质量

釜体内介质质量按全部被水充满来计算，则釜体内溶液质量

11032143.3Kg G液1.48190.34060.3208夹套内水蒸气总质量

G气=（3.14× 1.42×0.854+0.4224-3.14× 1.32×0.854-0.3406）× 1.0103 806.2kg

4.1.3法兰及其他附件质量

由表2-3～表2-7可得法兰及其他付检的总质量为106.8Kg。 综上可得，罐体的总负荷为4612.6Kg。 4.2焊缝连接处剪切应力校核

（1）焊缝连接处环形面积计算

环形面积S(Dn2n)163.1413002121666551.5mm2（其中，焊缝高度取夹套厚度的2倍为16mm）

（2）焊缝连接处剪切应力校核 焊缝连接处剪切应力Mg4612.6100.69MPa S66551.5106最大许用应力0.70.796MPa67.2MPa；显然；故校核通过。

五、开孔补强设计

按照有关规定，容器在如下要求时可以不进行补强： a.设计压力≤2.5MPa;

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压力容器设计

b.两相邻开孔的中心间距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；

c.接管公称外径≤mm；

d.接管最小壁厚满足表5-1的要求：

表5-1 接管最小壁厚条件（mm)

接管公称外径 最小壁厚 25 32 3.5 38 45 4.0 48 57 5.0 65 76 6.0 综合以上条件并结合实际设计，搅拌器连接口、视镜、进料口、出料口、冷凝水出口需要进行补强计算。 5.1搅拌器连接口补强面积计算

筒体名义厚度n12mm，SUS304钢板在100℃时许用应力114MPa

t（1）因开孔而削弱的金属截面积(A) 筒体计算壁厚pDi0.441300mm2.514mm

2[]tp21140.44接管直径ddi2C235021mm352mm

罐体内径Di1300mm，设计压力为0.44MPa，工作温度为100℃，因壳体与接管采用相同的材料故fr1，其中接管壁厚m9mm

需要补强面积Ad2(mC)(1fr)

2 3522.51422.51491.81-1884.928mm（2）补强面积

a.筒体的富裕金属截面积为：

A1(Bd)[(nC)]

2252252121.82.5141936.872mm2 b.接管的富裕金属截面积为：

A22h1(ett)fr2h2(etCt2)fr

1631.117mm2 2h1(ett)fr247.6291.80.5734

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压力容器设计

其中，接管计算壁厚：tpd0.442520.5734mm t2[]tp21140.850.44外侧有效高度：h1dm252947.62mm 内侧有效高度：h20

c.焊缝金属截面积：A3e292mm281mm2

2d.补强面积AeA1A2A31936.872 +631.117+81=28.9mm因为AeA，所以该孔可以不进行补强。 5.2进料口、出料口补强面积计算

（1）因开孔而削弱的金属截面积

筒体计算壁厚2.514mm；接管直径ddi2C215021152mm，接管壁厚4.5mm。

需要补强的面积：

Ad2(mC)(1fr)

1522.51422.5144.5-1.811382.128mm2 （2）补强面积

筒体的富裕金属截面积为：

A1(Bd)[(nc)]2152152121.82.5141168.272mm2 接管的富裕金属截面积为：

A22h1(ett)fr2h2(etCt2)fr2h1(ett)fr

1123.3548mm2 226.24.51.80.3459其中，接管计算壁厚：tpd0.44152mm0.3459mm

2[]ttp21140.850.44外侧有效高度：h1dm1524.5mm26.2mm 内侧有效高度：h20

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压力容器设计

焊缝金属截面积：A23e24.52mm20.33mm2

补强面积AeA1A2A31168.272123.354820.31311.9268mm2 因为AeA，所以该孔可以不进行补强。 5.3冷凝出口补强面积计算

（1）因开孔而削弱的金属截面积 夹套名义厚度n8mm； 夹套计算壁厚pDi0.662[]tp14002960.850.66mm5.685mm；

接管直径ddi2C25021mm152mm 需要补强面积：

Ad2(mC)(1fr)

1525.68525.6854.51.8118.12mm2 （2）补强面积

夹套的富裕金属截面积为：

A1(Bd)[(nC)]215215281.85.68578.28mm2 接管的富裕金属截面积为：

A22h1(ett)fr2h2(etCt2)fr2h1(ett)fr 226.24.51.80.61721109.1387mm2 其中，接管计算壁厚：2[]t0.66152tpd960.850.660.6172mmtp2外侧有效高度：h1dm1524.526.2mm 内侧有效高度：h20

焊缝金属截面积：A23e24.5220.3mm

补强面积：AAA2e1A2378.28109.138720.3207.7187mm - 14 -

压力容器设计

因为AeA，所以该孔需要补强。

2则需要补强的面积A4AAe8.12?07.7187656.4013mm

（3）确定补强圈结构尺寸

取补强圈厚度1与夹套筒体壁厚相同，由A41[D(15024.5)]可知补强圈外径D=241.05mm。 5.4视镜补强面积计算

（1）因开孔而削弱的金属截面积

筒体计算壁厚2.514mm，结构直径ddi2C210021102mm，接管壁厚m4mm。

需要补强面积：

Ad2(mC)(1fr)

1022.51422.51441.811256.428mm2 （2）补强面积

筒体的富裕金属截面积为：

A1(Bd)[(nC)]2102102121.82.514783.972mm2 接管的富裕金属截面积为：

A22h1(ett)fr2h2(etCt2)fr2h1(ett)fr

179.499mm2 220.19941.80.2321其中，接管计算壁厚：tpd0.441020.2321mm t2[]tp21140.850.44外侧有效高度：h1dm102420.199mm 内侧有效高度：h20

焊缝金属截面积：A3e24216mm2

2补强面积：AeA1A2A3783.972 79.49916879.471mm - 15 -

压力容器设计

因为AeA，所以该孔可以不进行补强。

综上所述，搅拌器连接口、进料口、出料口、视镜都不需要补强，只有冷凝水出口需要补强。

六、水压试验设计

6.1釜体水压试验校核

根据有关规定，压力容器进行液压试验的压力为pT1.25p，釜体水压试t验的压力pT1.25p1.250.44137MPa0.6610MPa（其中，为容器元

114tt件材料在试验温度下的许用应力，=114MPa）。

（1）釜体筒体水压试验校核

由于筒体水压试验压力pTp0.69MPa（其中筒体的许用应力p已在3.1.2中算得），因此釜体筒体在水压试验压力下的稳定性校核通过。

（2）釜体封头（椭球形）水压试验校核 由于椭球形封头在水压试验下的应力

tpTKDi0.5e0.6610113000.510.249.75MPa137MPa2e210.20.85因此釜体封头（椭球形）在水压试验压力下的稳定性校核通过。

（3）釜体封头（锥形）水压试验校核 由于锥形封头在水压试验下的应力

tpfDi0.5e0.66100.8513000.510.242.32MPa137MPa因2e210.20.85此釜体封头（锥形）在水压试验压力下的稳定性校核通过。 6.2夹套水压试验校核

夹套水压试验的压力pT1.25p1.250.66137MPa1.177MPa（其中，t96 - 16 -

压力容器设计

。 为容器元件材料在试验温度下的许用应力，t=96MPa）

（1）夹套筒体水压试验校核 由于夹套筒体在水压试验下的应力

tpTDie1.17714006.2157MPa96MPa，因此夹套筒体

2e26.20.85在水压试验压力下的强度不符合要求，需重新设定夹套筒体名义厚度以达到强度要求。

假设夹套筒体名义厚度n12mm，则：

tpTDie1.177140010.295.7MPa96MPa，因此夹套筒2e210.20.85体名义厚度为12mm时水压试验强度符合要求。

（2）筒体封头（锥形）水压试验校核

为使夹套筒体和夹套封头方便连接，现将筒体封头的名义厚度设置为12mm与筒体一致。则，夹套锥形封头在水压试验下的应力为：

tpfDi0.5e1.1770.8514000.510.281.12MPa96MPa，因此2e210.20.85夹套封头（锥形）在水压试验压力下的稳定性校核通过。

七、支座选取

由罐体的总负荷4612.6Kg，可确定支座的载荷FMg46.126kN。设计采用结构简单、轻巧、安装方便，且在容器下面有较大的操作维修空间的AN型腿式支座（其参数如表7-1所示）。

表7-1 AN型腿式支座安装尺寸（mm）

支每根支容器支承公称支腿腿腿允许最大最大直径高度 数载荷 高度高度 DN H2 /kN H1 H 量 28 1400 4 5000 1100 1330 注：δ取圆筒或封头名义厚度二者中较大值。

底板边长 B 165 孔径 db 26 地脚螺栓 中心圆直径 规格 M22 DbD2 D 1365 - 17 -

压力容器设计

八、结束语

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我们深深体会到这句千古名言的真正含义。今天我们认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在对酒精回收装置蒸馏釜的设计过程中，不仅检验了所学习的知识，也培养了如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

通过这次压力容器设计，我们感觉在多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识所进行的酒精回收装置蒸馏釜设计，设计工作的实际训练培养和提高了我们能工作学习的能力，巩固与扩充了锅炉压力容器安全课程所学的内容，掌握压力容器设计的方法和步骤，了解系统的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习。

本次课程设计是在田兆君老师的精心指导下，由本组成员相互配合完成的。此设计也是我们对锅炉压力容器安全及材料力学课程所学知识的回顾与总结。在此感谢我们的田兆君老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我们无尽的启迪；这次课程设计的每个步骤都离不开老师您的细心指导。

最后，由于我们的设计能力都很有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指教,我们对于你的批评与指正，将万分感谢。

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压力容器设计

参考文献：

1.刘欣中,李建梅等. 压力容器、管道元件的公称压力和公称直径(尺寸)术语解读[J].吉林化工学院学报,2011,28(5):1-4.

2.刘湘秋.常用压力容器手册[M].北京:机械工业出版社,2004. 3.董大勤,袁凤隐.压力容器设计手册[M].北京:化学工业出版社,2006. 4.刘清方,吴孟娴.锅炉压力容器安全[M].北京:首都经济贸易大学出版社,2000. 5.贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002. 6.GB 713-2007. 7.GB 9019-1988. 8.GB 4237-1992.

9.GB 150-2011.........忽略此处.......

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