1. 设计说明本次课程设计中的压力容器是高效酒精回收装置中的夹套罐。夹套罐由内外两个容器 套在一起构成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有 一个比罐体稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结 构与罐体连接；在罐体和夹套之间形成一个约 50mm 左右的间隔。在内置容器上设置有进料口、出料口、搅拌器口、温度表口、压力表口、安全阀口、 观察口等工艺接口，在夹套上设置两个蒸汽入口，夹套的下部设有一个冷凝水出口。蒸汽 通过入口进入夹套后，对罐体内的酒精溶液进行加热，蒸汽冷凝成水后从冷凝水出口流出。压力容器设备上共开有 11 个孔，连接有不同的接管。设备管口情况如表 1.1所示：表 1.1 设备管口表符号公称尺寸用途aDn搅拌器口bDn安全阀口cDn温度表口dDn压力表口eDn安全阀口fDn蒸汽入口gDn蒸汽入口hDn窥镜口iDn进料口jDn冷凝水出口kDn出料口2. 设计参数的选取2.1 设计压力设计压力是指设定的容器顶部允许达到的最高表压力，对于装有安全阀的压力容器，设计压力P等于或略高于安全阀的开启压力P ,而P大于或等于1.051.10P，取P=1.1P , 0 0 w w 其中 P 为工作压力。w求得容器和夹套的设计压力分别为：罐内的设计压力:P = 1.1 P = 1.1 x 0.5 = 0.55 MPaw夹套内的设计压力：P = 1.1 P = 1.1 x 0.6 = 0.66 MPaw2.2 设计温度设计温度是指容器在正常工作中，在相应设计压力下，壳壁或元件金属可能达到的最 高或最低温度。根据设计条件及上面计算结果可得：罐内的工作温度为100 C；夹套内饱和水蒸气的绝对压力P =二+ 01 = 066 + 01 = 7.6kgf /cm2 （其中0.1 0.1 0.1 0.11kgf /cm2 0.1MPa ；表压力与绝对压力相差0.1MPa ）;查表得：t=167.4C；圆整后得到t=200 C。2.3 材料的选择及许用应力确定此压力容器选择Q235B号钢，该号钢材厚度为4.516mm，钢板标准为GB3274,G = 375MPaQ= 235MPa ,此号钢板在100C时的许用应力q = 113MPa，在200C时许 b s b用应力为q = 105MPa。2.4 焊缝系数确定焊缝系数申表示由于焊接或焊缝中可能存在的缺陷对结构原有强度的削弱的程度。此 处针对的压力容器为钢制容器，采用的接头形式为双面焊或相当于双面焊全熔透的对接焊 缝，查表可得焊缝系数申=1.0。2.5 厚度附加量确定附加壁厚包括钢板负偏差腐蚀裕度C2、加工减薄量C3，在压力容器设计中仅考 虑C1和C2，故厚度附加量C=C1+C2。腐蚀裕度取C 2 = 1mm，q根据第4、5部分内容 具体计算情况选择。3. 几何参数的确定3.1 设备的总体结构该设备由罐体和夹套两部分组成，底部采用支撑式支座。由内外两个容器套在一起构 成，内置容器是由竖直圆筒和上下两个椭球封头组成的罐体；在罐体的外面有一个比罐体 稍大的夹套容器，夹套下部是一个椭球封头，上部在适当高度采用圆弧过渡结构与罐体连 接。在罐体和夹套之间形成一个 50mm 左右的间隔。3.2 罐体封头各参数罐体封头和夹套封头均选标准椭圆形封头，根据罐体的公称直径 1400 mm 和夹套的公 称直径 1500mm 查化工容器及设备简明设计手册可得封头各参数，详见表 3.1。表 3.1 罐体封头参数公称直径/ mm曲面咼度/ mm直边高度/ mm内表面积/ m2容积/ m3罐体封头1400350402.290.421夹套封头1500375402.620.5133.3 罐体的高度及体积罐体的高度包括筒体的高度和两个封头的高度，筒体的高度取筒体公称直径的两倍，即2800 mm，封头的高度是曲面高度和直边高度之和为390 mm，算出罐体的高度为2800+390x2=3580 mm。筒体的体积 V2= r2H=3.14x0.72x2.8=4.308m3；罐体的总体积 V=V2+2V1=4.308+2x0.421=5.15m3。3.4 夹套的高度计算根据酒精溶液的高度来确定夹套的高度，并按罐体酒精填充系数 0.8 来计算。实际的夹套位置要比酒精溶液液面略低1020mm，此处取20mm。筒体内酒精溶液体积 V3=0.8V-Vi=0.8x5.15-0.421=3.699m3V 3.699筒体内酒精溶液咼度斗=4 = 2.404m =2404 mm1 兀 r 2 3.14 x 0.72所以夹套筒体咼度：H2=H1-20=2404-20=2384mm故夹套的咼度：H3=H2+ (375+40) =2384+375+40=2799mm传热面积计算：S二S +兀DN H (其中S封表示罐体封头内表面积mJ封头罐体 2封头故 S = 2.29 + 3.14 x 1.4 x 2.384 二 12.77m23.5 搅拌口法兰尺寸确定根据罐体公称直径选择相应的搅拌器及相关数据，搅拌器的型式选桨式直叶。搅拌器直径 DJ=0.25DN=0.25x1400=350mm根据化工容器及设备简明设计手册取搅拌器直径DJ=360mm。由此确定搅拌口 尺寸应大于360mm，根据HG20593-1997板式平焊钢制管法兰取 法兰公称通径 DN=350mm,由于设计压力为0.55MPa,为了安全起见取法兰压力为0.6MPa，具体参数见 下表 3.2：表3.2搅拌口法兰尺寸参数(mm)公称 通径管子 外径连接尺寸法兰 厚度法兰 内径法兰 理论 质量(Kg)法兰 外径螺栓孔中心圆 直径螺栓孔 直径螺栓孔数量螺纹3503774904452212M202638114.3根据化工容器及设备简明设计手册确定接管(无缝钢管)外径为377mm,壁厚9mm, 长度设为100mm，理论质量为8.167Kg。3.6 视镜规格的确定由于罐体内工作温度为100C，设计压力为0.55MPa,根据化工容器及设备简明设计手册选用一般压力容器视镜，视镜规格参数见下表3.3：表3.3视镜规格参数(mm)公称直径DN公称压力PN/MPaDD1bib2H螺柱质量/Kg碳素钢数量直径I1001.020016540261008M1612.0HGJ 501-86-7视镜可标记为：视镜I PN1.0 DN100 HGJ 501-86-73.7 其他法兰接口尺寸的确定(1) .温度表、压力表尺寸确定根据HG20593-1997板式平焊钢制管法兰和化工容器及设备简明设计手册取法兰公称通径DN=32mm和DN=15mm,压力选0.6MPa，具体参数见表3.4，接管参数见表3.5：表 3.4 温度表、压力表法兰尺寸公 称 通 径管 子 外 径连接尺寸法兰厚 度法兰内 径法兰 理论 质量(Kg)法兰 外径螺栓孔中 心圆直径螺栓孔 直径螺栓孔数量螺 纹温度表3238140100184M1618391.86压力表15189565144M1214190.68表3.5接管参数(mm)管长接管管径接管壁厚质量(Kg)温度表口接管1003850.407压力表口接管1001830.111(2) .进料口、出料口、冷凝水出口尺寸确定根据罐体公称直径为1400mm,选定进料口、出料口、冷凝水出口接管内径为150mm, 根据化工容器及设备简明设计手册确定接管外径为159m m,壁厚为4.5m m；设定接管 管长为100mm，则接管质量1.714Kg；根据HG20593-1997板式平焊钢制管法兰取法兰 公称通径DN=150mm,压力选0.6MPa，具体参数见表3.6：表 3.6 进料口、出料口、冷凝水出口法兰尺寸公称 通径管子 外径连接尺寸法兰 厚度法兰 内径法兰 理论 质量(Kg)法兰 外径螺栓孔中心圆 直径螺栓孔 直径螺栓孔数量螺纹150159265225188M16201615.14(3) .蒸汽入口尺寸确定根据上面选定的冷凝水出水口接管内径为150mm，蒸汽入口接管内径取前者的1，2并将值向上圆整得到。根据化工容器及设备简明设计手册确定接管外径为89mm， 壁厚为7mm；设定接管管长为100mm，则接管质量1.415Kg；根据HG20593-1997板式 平焊钢制管法兰取法兰公称通径DN=80mm，压力选0.6MPa，具体参数见表3.7：表 3.7 蒸汽入口法兰尺寸公称 通径管子 外径连接尺寸法兰 厚度法兰 内径法兰 理论 质量(Kg)法兰 外径螺栓孔中心圆 直径螺栓孔 直径螺栓孔数量螺纹8089190150184M1618912.94(4) .安全阀口尺寸确定 选择安全阀时考虑当罐体失效时夹套罐中的饱和蒸汽泄漏到罐体中这种情况，以此来 计算安全阀的排放量G(Kg/h)。其中G = 2LxP，l表示夹套罐蒸汽入口流量(m3/s), p表示的是饱和蒸汽的密度（Kg/m3），查得 p =7.864 Kg/m3D 20.0752L = v x兀 =20 x 3.14 x= 0.0883125 m3/s44故 G 二 2 x 0.0883125 x 7.864 x 3600 二 5000 Kg/h根据公式G = 0.235A(10.2P +1)K，其中 K =1G0.235(10.2P +1) K=2752 mm250000.235 x (10.2 x 0.66 +1) x 1兀 d 2.4A.4 x 2752 “=A, d = 59 mm4兀兀根据以上数据选择 A27H-16 微启式安全阀，数据参数见表3.8表 3.8 安全阀参数公称通径DN(mm)尺寸d(mm)重量(Kg)806523.5据此再根据HG20593-1997板式平焊钢制管法兰取法兰公称通径DN=80mm，压力 选 1MPa 选择法兰，法兰参数见表 3.9：表 3.9 安全阀法兰尺寸公称 通径管子 外径连接尺寸法兰 厚度法兰 内径法兰 理论 质量(Kg)法兰 外径螺栓孔中心圆 直径螺栓孔 直径螺栓孔数量螺纹8089200160188M1620913.59根据化工容器及设备简明设计手册确定接管(无缝钢管)外径为89mm，壁厚9mm, 长度设为100mm，理论质量为1.776Kg。4.罐体强度设计4.1 罐体