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1、 内蒙古工业大学毕业设计说明书(共 页)系 别：化工学院专 业：过控专业姓 名：指导教师：完成日期：2004 年 6 月 4 日前言碳化塔是小型化肥厂碳化工段的主要设备，含有氮气、氢气和二氧化碳的变 换气进入碳化塔后，二氧化碳与氨水反应生成碳酸氢氨并放出热量。碳化塔内 除塔盘、汽液分布板、除沫装置与其他的塔设备相同的结构外，还有使反应顺 利进行的必需的冷却装置等结构。本次设计的依据主要来自 GB150-1998钢制压力容器 、GB151-1999钢 制管壳式换热器及国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程 （1999） ，对主要受压元件诸如筒体、封头、管板等做了详细的强度校核，对于 标
2、准件没有强度计算，但均根据设计条件而选定。对于一些标准上没有给定计 算公式的，采用了近似原理。碳化塔中零部件能采用标准件的尽量采用标准件，对于一些非标准件均在 安全可靠的基础上采用合理的结构、强度进行设计，并考虑工业的经济性。由于在校期间理论知识学习较多，对于工程实际中的知识了解的不多。并 且经验很少，故在设计中出现了很多问题。对此，我们的指导教师邬老师及教 研室的其他老师都给了我们热心的指导和帮助，在此向邬老师等表示衷心的感 谢！由于水平有限，且初次接触这样的课题，经验不足，在设计中难免会有许 多错误和不足之处，恳请各位老师和同学指正，多提宝贵意见。设计人：张峰2004 年 6 月目录设计任
3、务及条件-碳化塔结构简图-第一章概述-1.1 工艺过程简介-1.2 碳化塔的工艺要求-1.3 碳化塔设计综述-1.4 碳化塔设计步骤-第二章碳化塔结构设计-2.1 塔体材料选择-2.2 筒体及封头尺寸的确定-2.3 换热器结构设计-2.4 换热器尺寸的确定-2.5 碳化塔冷排数的确定-2.6 碳化塔内构件及附件设计-2.7 碳化塔裙座设计-第三章碳化塔强度校核-3.1 碳化塔各项质量计算-3.2 碳化塔塔体载荷校核计算-3.3 裙座的强度计算及校核-第四章碳化塔的腐蚀防护-参考文献总汇-设计题目：4 万吨/年合成氨厂碳化工段碳化塔设计设计条件项目管程壳程设计压力 Mpa0.30.8设计温度常温
4、36工作介质冷却水变换气、碳化氨水换热面积800管口表符号公称尺寸连接尺寸标准连接面形式用途或名称a350法兰 350-10 JB/T81-94凹面气体入口b150法兰 150-10 JB/T81-94平面液体入口cl2600人孔d350法兰 350-10 JB/T81-94凹面气体出口ein40法兰 40-10 JB/T81-94平面自动液位计接口Fi20测温器接口hl220法兰 20-10 JB/T81-94平面蒸汽接口k150法兰 150-10 JB/T81-94平面碳氨液出口m100法兰 100-10 JB/T81-94平面冷却水入口n100法兰 100-10 JB/T81-94平面冷
5、却水出口Rl280法兰 80-10 JB/T81-94平面液位探头接口设计要求：1、 成设计计算书、设计说明书各一份。2、 绘制施工图一套。参考资料： 教研室主任 签字系 主 任 签字第一章第一章概述概述1.1 工艺过程简介工艺过程简介碳化塔是小型化肥厂碳化工段的主要设备，是合成碳酸氢氨的反应器，为类 压力容器。碳酸氢氨（NH4HCO3.amminium.bicarbonate） ，又称酸式碳酸氨，是中国氮肥的 主要品种之一，20 世纪 80 年代出产量约占氮肥总量的一半以上。典型的生产碳酸氢氨小型氮肥厂以无烟煤为原料，先制取半水煤气，后经脱除 硫化氢后，进入加压变换反应系统，得到的氮氢气和二
6、氧化碳混合气体进入碳化塔， 在此二氧化碳与浓度为 17%左右的氨水反应，生成碳酸氢氨结晶经离心机分离，即得 到碳酸氢氨产品。脱除二氧化碳的原料气，经过进一步脱除残余二氧化碳与一氧化碳 后进入氨合成系统。（见图 1.1）蒸汽 煤 空气造 气 脱 硫 净 化压 缩变 换 碳 化 氨 合 成 成品 离心分离 氨母 液图 1.1 脱碳法碳酸氢氨生产流程造 气脱硫净化 压 缩变 换碳 化氨 合 成离 心 分 离氨母 液1.2 碳化塔的工艺要求碳化塔的工艺要求 碳化塔为碳化工段的主要设备,碳化塔内反应为浓氨水吸收二氧化碳同时生成碳酸氢氨 并放出热量。主要反应过程如下：NH3 + CO2 + H2 = NH
7、4HCO3 + 热量热量为使反应尽量向右进行，碳化塔内设置冷却装置，及时带走反应生成的热量。碳化前进入碳化塔的变换气成分为：H2 5%53%N2 16%19%CO2 26%30%CO 1.17%2.0%CH4 0.5%1.5%O2 Pc 由于筒体开孔较多，并为纵向和对角向排孔。据 GB150-1998 应用排孔削弱系数代替 式(2-1)中的焊缝系数调整所需厚度和最大允许工作压力。 据 GB150-1998，当纵向排孔与对角向排孔同时存在时，由其中的图 8-8 确定排 孔削弱系数。由设计要求取 S1=1460mm （S1 的选取是按筒体内构件的设计后，选取具体数值而累加起来的） 按比例绘制草图，
8、排列换热器，则有S2=30.32/1803.141460=772.44 mmS3=(S1/2)+S2=1062.81 mm即 S3/S2=0.727 V1=(S1-d)/S1 = 0.596 查1图 8-8 得 V2 =0.476 以 V2 代替 ，即=Di/(2tV2-)= 23.07 由于 GB6654压力容器用钢板规定压力容器专用钢板厚度负偏差不超过 0.25， 即可取 C 1= 0 C2=2mm 所以 d =23.07+2=25.07mm 圆整后取名义厚度 n=26mm 则有效厚度 e=26-2=24mm 3、 设计温度下圆筒的计算应力t=Pc(Di+e)/2e =0.98(3000+
9、24)/224= 73.99 Mp 即 t t=163MPa 设计温度下圆筒的最大允许工作压力Pw=2et/(Di+e) =2201630.85/(3000+24) =1.83 Mp 0.8Mp满足要求 4、 水压试验 1） 液压试验 对于内压容器，试验压力T=1.25/t=1.250.8163/163=1MP 根据试验时圆筒的薄膜应力 T=T（Di+e）/2e=1（3000+24）/224 = 63 MP即 0.9s=0.9325=292.5 63 ，合格 2） 气压试验PT=1.15P/t = 1.150.981=1.127 Mp校验试验时圆筒的薄膜应力 TT=1.127(3000+24)
10、/224 =85.09 Mp 0.8s=0.80.85325 =221 Mp即 T 0.8 Mp 压力试验前，应校核椭圆形封头的应力 液压试验T =PT(Di+0.5e)/2e =1.225(3000+0.524)/224=92.18 Mp 0 取 b=1.99MPa0，必须设计地脚螺栓座 2)地脚螺栓材料，选用 16Mn 地脚螺栓的螺纹小径 d1=(4bAb/nbt)+C2C2 -地脚螺栓腐蚀裕量n -地脚螺栓个数 bt-地脚螺栓材料许用应力 bt=170MPa 代入,得 d1=42.73 mm 圆整后地脚螺栓的公称直径取 M485 根据4，得地脚螺栓座尺寸表LKBCDL3GCZL1L5L4D2D3D4M48530080702201002028241901501005165703、 筋板设计与校核 1） 筋板压应力 G=F/N1GL2 F-一个
