【導(dǎo)讀】進(jìn)行罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核及其它附件的選型。裝配圖1張(0號圖)，零件圖3張，設(shè)計(jì)說明書1份。[1].全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會..北京:中國標(biāo)準(zhǔn)化出版社出版,2020，提取罐是中藥提取行業(yè)中常用的浸出提取設(shè)備，特別適合于天然藥物的浸出提取。它可促使中藥提取有更高的效率，適用于中藥、食品、化工等多種行業(yè)。有操作方便、效率高、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。還對其他附件如接管、法蘭、支座、儀。關(guān)鍵詞：提取罐；工藝計(jì)算；強(qiáng)度校核；GB150—2020.

　　

【正文】 G 1900mm 475mm 40mm 12mm 384Kg () []2ttc i eepD ?? ? ?????四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 即 n? =12mm。 查化工機(jī)械手冊表 4114 得 如 表 23 所示。 表 23 橢圓形封頭的尺寸 公稱直徑 DN 曲面高度 直邊高度 封頭質(zhì)量 G 容積 V 壁厚 ? 1000 mm 250 mm 40mm 117kg m3 12mm 第 3 章 夾套的設(shè)計(jì) 18 第 3 章 夾套的設(shè)計(jì) 夾套的直徑和高度 夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩方面的要求而定。夾套的內(nèi)徑 Dj 可根據(jù)筒體的內(nèi)徑 Di，按表 31[9]選取。 表 31 夾套直徑 Di 500～ 600 700～ 1800 1900～ 3000 Dj Di +50 Di +100 Di +200 設(shè)計(jì)的筒體直徑 Di=2020 則夾套的直徑應(yīng)根據(jù)表 31 選取為 : Dj= Di +200=1900+200=2100mm (3—1) 夾套高度 H2由傳熱面積 F 決定，不能低于料液高度，在給定裝料系數(shù)夾套高度 Hj可按下式計(jì)算： ? ? 米封 12 V/VVH ?? ? (3—2) ? ? ??? 米封 12 V/VVH ? (6 )/= Hj =H2 + h=1015+780=1795mm 式中 ? ——裝料系數(shù)， ? =； V 封 ——橢圓封頭的容積 [7]， V 封 =； V1 米 ——1 米高的容積 [7]， V1 米 =； 將其圓整?。喝?H2? 1900mm。 夾套的厚度計(jì)算 夾套的材料選用 Q235B，按按承受 內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)，夾套的設(shè)計(jì)溫度150℃ [8]，由 GB1502020 表 D1 查得其許用應(yīng)力為 ??t? =113MPa，設(shè)計(jì)壓力 P1=，液柱靜壓力 P1H為： (3—3) =1000 ? = 式中 ρ——水溶液的密度， ρ=1000㎏／ m3； ghPH ??1四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 h——液柱高度 ,h=2980mm； g——重力加速度， g=； 因?yàn)橐褐o壓力大于設(shè)計(jì)壓力的 5%，故應(yīng)計(jì)入計(jì)算壓力中。 夾套的計(jì)算壓力 P1c 為： 2 2 2cHP p p?? (3—4) =+= Mpa 式中 P2——夾套內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力， P1=； P2H——液柱靜壓力， P1H=； 圓筒體部分夾套的計(jì)算厚度按下式計(jì)算 (3—5) 式中 P2c——夾套的計(jì)算壓力， P1c=； Dj——夾套的公稱直徑， Dj=2100mm； t][? ——材料在 150℃ 時(shí)的許用應(yīng)力， t][? =113MPa； φ——鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)， φ=[4]； 根據(jù)化工機(jī)械手冊 4－ 47，對于碳素鋼，當(dāng)內(nèi)徑 D ? 3800mm 時(shí)，圓筒的最小厚度 且不小于 3mm。所以 ?j =?min =。 設(shè)計(jì)厚度按下式計(jì)算 2Cd????j =+= 式中 ?j ——夾套的計(jì)算厚度， ?j =； 2C ——材料腐蝕裕量， 2C =； 名義厚度按下式計(jì)算 1Cnd???? =+= 式中 d? ——夾套設(shè)計(jì)厚度， d? =； 1C ——材料的厚度負(fù)偏差， 1C =[4]； 取 nδ =6mm。 222[ ]cjtcPD P? ??? ?j 14mm . 4 3723 . 0 85 . 0 113 2 2100 378 . 0 ? ? ? ? ? ? mm Dj 2. 4 1000 2100 2 1000 2 min ? ? ? ? ? 第 3 章 夾套的設(shè)計(jì) 20 有效厚度按下式計(jì)算 n????e 1 2（ C +C ） =6－ = 強(qiáng)度校核，強(qiáng)度校核按下式進(jìn)行： (3—6) = 87 []t??? 式中 2cp ——夾套的計(jì)算壓力； 又： []t??=96MPa，所以有： t? []t??,故 nj? 取 6mm。 夾套傳熱面積及其校核 由設(shè)計(jì)知加熱面積為 13m2 ,則分別計(jì)算出圓筒和錐殼的側(cè)面積： 錐殼 側(cè)面積： S1 = l? ?????? ?22 dDi=? ? 780? ?????? ? 2100021900= 。 (3—6) 圓筒側(cè)面積： S 2 = iD? H1 =? 22020900 ?? = 。 (3—7) 則 S=S1 +S2 =+= 。 因?yàn)?S13m2 ,則滿足設(shè)計(jì)條件。 耐壓試驗(yàn) 罐體筒體在水壓試驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度校核 ? ??? ??eeitt DP 2 ?? [? ]t (3—8) 式中： t? —設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 Mpa Ｐ t —罐體水壓試驗(yàn)壓力 Mpa Ｄ i —罐體公稱直徑 mm e? —有效厚度 mm 已知 ｐ t ＝ ?? =,D i =1900mm, e? =10mm, ? =,設(shè)計(jì)溫度 t=100176。，[? ]t =137Mpa t? = ? ? 1019 ?? ?? =18Mpa [? ]t (3—9) 2 ()2c j etepD ?? ? ??四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 所以強(qiáng)度校核滿足。 夾套在水壓試驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度校核 由 (3—8)，已知 pt =? ?13105=, Di =2100mm, e? =, ? =,設(shè)計(jì)溫度 t=150176。， [? ]t =113Mpa，試驗(yàn)水溫去 5176。， [? ]=105Mpa. t? = ? ? ? ??= [? ]t (3—10) 則強(qiáng)度校核 滿足 。 第 4 章 接管及連接法蘭的選擇 22 第 4 章 接管及連接法蘭的選擇 連接筒體和封頭的設(shè)備法蘭的選擇 查化工機(jī)械手冊壓力容器法蘭分類、規(guī)格與技術(shù)條件，筒體與下封頭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭連接。其法蘭形式見參考資料 [7]圖 442。甲型平焊鋼制管法蘭尺寸查化工機(jī)械手冊表 4410，可以得到以下數(shù)據(jù)。 封頭公稱直徑 DN=1000mm； 法蘭外徑 D=1130mm； 螺栓孔中心圓直徑 K=1090mm； 螺栓孔徑 L=22； 法蘭厚度 C=48mm； 法蘭 質(zhì)量 G=2=。 根據(jù)化工機(jī)械手冊表 5—2—8，表 5—2—9 和表 5—4—40 選用凸面板式平焊鋼制管法蘭 [13]。 投料口 a 采用 50010 無縫鋼管，管口不對外連接。 提取劑進(jìn)口 b 采用 ? 605 無縫鋼管，法蘭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭，按—88 選取 、 DN50，連接面形式為 RF。 藥液蒸汽出口管 c 采用 ? 2165 無縫鋼管，法蘭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭。按—88 選取 、 DN200，連接面形式 為 RF。 液位計(jì) 接 口管 d，公稱尺寸 M27。 真空表接口管 e, 公稱尺寸 M27? 。 緩沖液進(jìn)口管 f 采用 ? 605 無縫鋼管，法蘭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭，按—88 選取 、 DN50，連接面形式為 RF。 蒸汽進(jìn)口管 g 采用 ? 605 無縫鋼管，法蘭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭，按—88 選取 、 DN50，連接面形式為 RF。 冷凝水出口管 h 采用 ? 605 無縫鋼管，法蘭采用凸面板式平焊鋼制管法蘭，按—88 選取 、 DN50，連接面形式為 RF。 溫度計(jì)口 i 公稱尺寸 M272。管口不對外連接。 以上所有的開孔直徑均小于投料口得開孔直徑，故先判斷投料口開孔是否需要開孔不強(qiáng) ，然后根據(jù)投料口的判斷結(jié)果再判斷其他開孔是否需要開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 根據(jù)參考資料 [5]選擇相應(yīng)公稱直徑的接管管長，如表 41。 表 41 相應(yīng)公稱直徑的接管管長 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法的判別 補(bǔ)強(qiáng)判別： GB 150 中規(guī)定殼體開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)： 設(shè)計(jì)壓力小于或等于 ； 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； 接管公稱外徑小于或等于 89mm； 接管最小壁厚滿足 《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 表 415 要求。 由于投料口開孔直徑不滿足 GB1502020 中開孔允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件。需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別 開孔直徑 d=di+2C =500++= 式中 di——開孔的公稱直徑， di=500； C——封頭厚度附加量， [7]mm； C′——接管厚度附加量， [7]mm； 本接管開孔直徑 d= 2iD =950mm，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 a．封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭 80%區(qū)域內(nèi)開孔，所以封頭的計(jì)算厚度按下式確定 公稱直徑 mm 不保溫管長 mm 保溫設(shè)備管長 mm 適用公稱壓力 MPa ? 15 80 130 ? 40 20～ 50 100 150 ? 16 70～ 350 150 200 ? 16 350～ 500 150 200 ? 10 第 4 章 接管及連接法蘭的選擇 24 ? ? ci1 DPK ?? ??? t c (4—1) ???? ??? －mm 式中 K1——橢圓形長短軸比值決定的系數(shù) [6]， K1=； Pc——封頭的計(jì)算壓力， Pc=； Di——筒體的內(nèi)徑， Di=1900mm； ??t? ——材料的許用應(yīng)力， ??t? =137MPa； φ——焊接接頭系數(shù)， φ=； b．開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù) fr： ? ?? ?ttnrf ??? (4—2) 1137137＝＝ 式中 ??tn? ——接管的許用應(yīng)力， ??tn? =137MPa； ??t? ——封頭的許用應(yīng)力， ??t? =137MPa； 接管有效厚度為： Cntet ???? == 式中 nt? ——接管的名義厚度， nt? =10mm； C——厚度附加量， C =； 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算 ? ?ret f12dA ??? ??? (4—3) =+2(11)=366 2mm 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 a．有效寬度 B 按下式確定 B=2d=2= (4—4) B=d+2 ntn δδ ? =+212+210= 取大值，故 B=。 b．有效高度 外側(cè)有效高度 h1按下式確定 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 mmdh nt ???? δ (4—5) 1h =150mm （實(shí)際外伸高度 ） 取小值，故 h1=。 內(nèi)側(cè)有效高度 h2按下式確定 mmdh nt ???? δ (4—6) mm0h2 ? （實(shí)際內(nèi)伸高度） 取小值，故 h2=0mm。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 a．封頭多于金屬面積 封頭有效厚度 Cne ??δδ == 封頭多于金屬面積 A1按下式計(jì)算 ? ?? ? ? ?? ?reete1 f12dBA ?????? ????? (4—7) =（ ）（ ） 2（ ） （ 11） = 2mm b．接管多于金屬面積 接管計(jì)算厚度 ? ? ctn ict P2 dP ?? ??? (4—8) = ??? ? = 式中 Pc——設(shè)計(jì)壓力， Pc=； di——接管的內(nèi)徑， di=500mm； ??tn? ——接管材料的許用應(yīng)力， ??tn? =137MPa； φ——焊縫系數(shù)， φ= 接管多于面積 A2 按下式計(jì)算 ? ? ? ? retrtet fChf 2212 h2A ???? ??? (4—9) =2(. 78)1+0 = (焊腳取 ) 第 4 章 接管及連接法蘭的選擇 26 Ae=A1+A2+A3 (4—10) =++36= mm2 由于 AAe，故不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 由于 投料口的開孔直徑 最大 ， 且 投料口經(jīng)過計(jì) 算知道不需要另行補(bǔ)強(qiáng)，所以其他開孔 均 不需要另行不補(bǔ)強(qiáng)。 23 mmA ?????四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 5 章 支座等附件的選擇 支座的選擇 支座型式的選擇 立式容器支座有耳式支座 [14]、支撐式支座、腿式支座和裙式支座等四種支座。中小型直立容器常采用前三種支座。根據(jù) JB/ 4725《耳式支座》， B 型耳式支座有較大的安裝尺寸，當(dāng)容器外面包有保溫層，宜選用 B 型。故本設(shè)計(jì)可采用 B 型耳式支座。其型式如圖 51。 圖 51 B 型耳式支座 罐體總重計(jì)算 筒體質(zhì)量 M筒 體 = 12ttMM? + 3tM (5—1) =501+1250+332 =2083Kg 式中 1tM ——圓筒體上 下 封頭質(zhì)量， 1tM =501Kg； 2tM ——圓筒體質(zhì)量， 2tM =1250 Kg， 3tM ——筒體錐殼質(zhì)量， 3tM =322 Kg。 夾套質(zhì)量 M夾 套 = 12jjMM?