食品机械课程设计.doc

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课 程 设 计

卧式贮罐的设计

课程名称 食品机械与设备
题目名称 卧式贮罐的设计
学生学院____ _轻工化工学院__ ___
专业班级 09食品科学与工程4班
学 号 3209002114
学生姓名
指导教师 刘晓丽

2012 年 6 月11日
可编辑范本
广东工业大学课程设计任务书

题目名称
每天贮液体积为100m³的贮液罐
学生学院
轻工化工学院
专业班级
食品科学与工程4班
姓 名

学 号
3209002114
一、课程设计的内容
1、通过查阅有关资料，熟悉基本工作原理、特点和流程组成的设备及结构。
2、进行工艺参数的确定
3、主要设备工作部件尺寸的设计
4、绘制装配图
5、撰写课程设计说明书
二、课程设计的要求与数据
卧式贮罐设计工艺设计条件
每天贮液的体积100m³
贮罐的填充系数：80%
每天分2班，每班用4个贮液罐
三、课程设计应完成的工作
1．课程设计说明书（纸质版和电子版） 各1份（3000字）
2．设备装配图（A4）1张，装订在说明书的最后面。

四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文献

第一周周一

2

有关工艺设计计算

第一周周二至周五
3
装配图绘制

第二周周一至周三
4
撰写课程设计说明书

第二周周四、五

五、应收集的资料及主要参考文献
[1] 陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005
[2] 张裕中.食品加工技术装备[M]. 北京：中国轻工业出版社，2000
[3] 无锡轻工大学，天津轻工业学院.食品工厂机械与设备[M].北京：中国轻工业出版社，1989
[4] 崔建云. 食品加工机械与设备[M] . 北京：中国轻工业出版社，2008
[5] 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备设计[M]. 广州: 华南理工大学出版社，2003
[4] GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例[S]．北京：中国标准出版社，1993．

发出任务书日期： 2012 年 6月 11日 指导教师签名：

计划完成日期： 2012 年 6月22日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

课程设计考核表

设计题目
每天贮液体积为100m³的贮液罐
姓名
董艳
班级
09食品科学与工程4班
设计（论文）起始时间
2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日
设计完成情况：
独立完成，达到要求
能够完成，达到要求
能够完成，基本达到要求
不能按时完成，达不到基本要求
说明书（论文）叙述
清楚
比较清楚
基本清楚
不清楚
工作态度情况（学生对设计的认真程度、纪律及出勤情况）：
认真
较认真
一般
不认真
图面是否清晰
清晰
比较清晰
基本清晰
不清晰
计算是否正确
正确 基本正确 不正确
设计（论文）是否符合规范要求
规范 基本规范 不规范
成绩评定:
优秀
良好
中等
及格
不及格

指导教师签字： 年 月 日

摘 要

本次设计的是一套每天储液的体积为100m³的牛奶储罐装置，该装置由搅拌器 ，进、出料口，人孔，温度计、液位计、视镜 、支座等设备组成。通过工艺计算，本课程设计每天贮液的体积100m³，贮罐的填充系数：80%，每天分2班，每班用4个贮液罐，以以上生产任务为设计基础。罐体材料选择为AISI304不锈钢材质，通过贮液体积计算，圆整体积到16m³，根据（HGT-3154-1985卧式椭圆型封头系列）图表可得到相关罐体的基础数据，筒体壁厚8mm，直径1800mm，长度5600mm,封头厚度10mm等等，根据基础数据选合适的封头（JBT4737-1995椭圆形封头），通过一系列公式计算出搅拌器的功率为1KW，根据实际生产需要，选取适当的进出口管系列，进出口接口管直径159mm,把基本的生产设计参数确定后基本定型，通过基础数据绘制装配图。

关键词：储罐，低压容器，工艺计算，装配图

目 录
1.设计方案的分析.............................................1
1.1贮罐类型的确定.................................................1
1.2钢体的选择.....................................................1
1.3封头选择依据...................................................1
1.4容器的几何形状.................................................1
1.5人孔的选择.....................................................1
1.6法兰的选择.....................................................1
1.7垫片的选择.....................................................2
1.8鞍座选择依据...................................................2
2.工艺设计条件.......................................................2
3.工艺流程示意图.....................................................2
4.设计基本参数......................................................3
4.1物料的物理化学性能参数.........................................3
5.工艺设计计算.......................................................3
5.1设备容量的确定.................................................3
5.2 贮液罐的设计...................................................3
5.21材质选择...................................................3
5.22几何尺寸确定...............................................3
5.3壁厚的确定.....................................................4
5.4 封头的选择.....................................................5
5.5搅拌器轴功率的计算.............................................5
5.6主要管径的确定.................................................6
5.61人孔.......................................................6
5.62视镜.......................................................6
5.63物料进出口管...............................................7
5.64排气孔.....................................................7
5.65液面计.....................................................7
5.66温度计.....................................................8
5.7鞍座的选择.....................................................8
5.8压力容器法兰的选择与设计......................................10
5.9管法兰的选择与设计............................................10
5.10垫片的选择与设计.............................................11
5.11螺栓的选择与设计.............................................12
6.课程设计的收获感想................................................13
7.参考文献..........................................................14
附录：储罐装配图

贮罐的设计
1.设计方案的分析
1.1贮罐类型的确定
本次设计的贮罐采用卧式圆筒贮罐，卧式贮罐主要应用于储存量较小，并且贮罐的耐压能力较强。由于设计体积较小（约为100m3）且工作压力较小（P=0.25MPa）可采用卧式圆筒形容器。贮罐是较典型的贮藏设备，在工业中应用已有悠久历史，具有易制造、成本低、处理能力大、能够加热物料、较方便、可供选用的结构材料广阔、适应性强、可用于各种温度和压强场合等优点，故在大型贮罐中占优势。
卧式贮罐的特点是，具有耐压能力好、进口扬程低、结构稳定，强度大，易清洗且造价低。
1.2钢体的选择
本次的设计中，筒体、封头、鞍座垫板选用16MnR，法兰选用16Mn锻，鞍座和其余部件选用Q235（低碳钢），接管选用10号热轧无缝钢管。
1.3封头选择依据
从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。
1.4容器的几何形状
我国容器已实现了系列化和标准化
1.5人孔的选择
压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、工作温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。通常可以根据操作需要,在这考虑到人孔盖直径较大较重, 可选择回转盖对焊法兰人孔。
1.6法兰的选择
压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰。平焊法兰又分为甲型与乙型两种。管法兰分带颈平焊法兰与板式平焊法兰。本次课程设计的设计压力为0.25MPa，所以分别选用甲型平焊法兰和板式平焊法兰。
法兰设计时，须注意以下二点：管法兰、钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照原化学工业部于1997年颁布的《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准（HG20592～HG20635-1997）的规定。
1.7垫片的选择
在化工贮罐，普遍使用的垫片是石棉橡胶板（代号：XB350）。但是本次设计贮罐贮藏的物料是鲜奶，属于食品。而石棉因有害健康被禁止使用，因此此次的设计选用无石棉材料的天然橡胶垫片（代号：NR）。
1.8鞍座选择依据
鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。而一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。鞍式双支座分S型和F型。本次设计选用双鞍座轻型鞍座，并采用S型。
2.工艺设计条件
卧式贮罐设计工艺设计条件
每天贮液的体积100m³
贮罐的填充系数：80%
每天分2班，每班用4个贮液罐
3.工艺流程示意图

图3.1 工艺流程图

4.设计基本参数
4.1物料的物理化学性能参数
鲜奶密度为1100 kg/m3
设计压力（最大使用压力）:0.25MPa
贮存物料的温度：最高贮存温度为室温，最低贮存温度取物料的凝固点
设计温度：25°C
腐蚀性：低腐蚀性，腐蚀余量大约为1mm
毒性：无毒
进出量：每天贮液体积为100m³,分2班，4个贮罐，所以每个贮罐的装液体积为12.5m³。
设计0.1h内装液完毕，所以体积流量为：

5.工艺设计计算
5.1设备容量的确定
生产能力要求：每天贮液的体积为V＝100m³/d
填充系数： b=80%
贮液罐的总容积:=100/0.8=125m³/d
分2班，每班用2个贮液罐则有贮液罐的容量为
=15.625
将容积圆整到16m³，数量取5个（一个备用）
5.2 贮液罐的设计
5.21材质选择
选用AISI304不锈钢材质
5.22几何尺寸确定
由计算的容积查
公称容积
全容积

公称
直径
壁厚S
长度
L
封头厚度
支座
位置
支座位置
贮
罐
总
长
度
焊缝系数
φ
允许腐蚀裕度mm
贮
罐
重
量
kg
标准序号
16
15.98
1800
8
5600
10
4780
410
6600
1
1.5
2430
HG5-1580-85-32
HGT 3154-1985 卧式椭圆形封头贮罐系列国家标准，得到以下数据
图5.1

表5.1 HG5--1580--85 (2.5Mpa)

5.3壁厚的确定
按上面查得壁厚为S=8mm ，封头壁厚S1=10mm （在压力为2.5Mpa的情况下，对内径小于3800mm的最小厚度约为内径的0.002倍，碳素钢或普通合金钢不小于3mm, 不锈钢容器不小于2mm. 封头比筒壁厚2-3mm）
标准编号:JB/T 4735-1997
标准名称:钢制焊接常压容器
颁布部门:中华人民共和国机械工业部 内容简介:本标准规定了钢制焊接常用容器的设计、制造、检验与验收的要求。
5.4 封头的选择
查表JBT 4737-1995 椭圆形封头得在公径1800的封头的数据为以下

图5.2

表5.2 JBT 4737-1995
公称直径

DN（mm）
曲面高度

h(mm)
直边高度

(mm)
厚度
(碳素钢低合金钢复合钢板)
（mm）
内表面积

A()
容积

V()
质量

m(kg)
1800
450
40
10
3.7383
0.8652
287.91

即封头JBT 4737-1995 DN1800×10-16MnR，在这次课程设计，选用和筒体相同的材料，为低合金钢材料。
5.5搅拌器轴功率的计算
根据公式:
P0－无通气搅拌输入的功率（W）；
NP－功率准数，是搅拌雷诺数ReM的函数， NP≈3.5 双桨式45度搅拌器 ；
ω－涡轮转速：取1 r/min；
ρL－液体密度（kg/m3）取牛奶密度为1100 kg/m3 ；
2 －搅拌器档数
D搅拌器的直径 ==0.6m

电机功率
K—附加功率消耗系数，取K=1.5
η—传动效率，取η=0.9
p—轴功率（kw）
w=
5.6主要管径的确定
5.61人孔
人孔的设置是为了安装、拆卸、清洗和检修设备内部的装置。
本次设计只设置1个人孔，材料使用Q235-AF碳素钢，查阅文献，选取标准号HG 21516-2005，标准适用于公称压力PN小于或等于0.6MPa。本次设计公称压力为0.25MPa<0.6MPa,允许使用0.6MPa的标准。人孔直径为450mm、高度为220+104=324mm，开在顶封头上，位于左边轴线离中心轴800mm处。
尺寸表示如下：
表5.3 人孔尺寸表 （mm）

密封面型式
公称压力
PN(MPa)

公
称
直
径
DN

dw×s

D

D1

A

B

L

b

b1

b2

H1

H2

d

螺柱
数量

螺柱
直径
×
长度

总
质
量
(kg)

其中不锈钢
(kg)
突面

0.6

450

480×6

595

550

330

150

200

30

22

24

220

104

20

16

M20×115

95.7

-

5.62视镜
用于观察发酵罐内部的情况。
本次设计只设置1个视镜，材料是Q235碳素钢，查阅文献，根据标准号HG21505-1992，以0.6MPa作为标准进行规格确定。视镜公称直径为150mm，高度为54mm，采用A型突面视镜设计。尺寸表示如下：
表5-4 视镜表 (mm)
管法兰公称直径（DN）
观察孔d1

D

K

d

X

H

f1

f2

n-d5
重量（kg）
A
重量（kg）
B
150
150
260
225
202
188
54
3
4.5
8-18
14.45
14.05

5.63物料进出口管
因为,依据《化工原理》知鲜奶属于低粘度液体，流速一般为1.5-3.0m/s之间，则取流体进入贮罐流速为=2m/s，所以取流速u=2.0m/s，则：

经圆整采用¢159mm×5mm热轧无缝钢管，实际鲜奶进出口管内流速为：u=2.0m/s
故管道接口选取如下：
进料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径159mm，开在筒体壁上端
排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直径159mm，开在筒体壁下端
设计接管高度为180mm，为避免物料沿设备内壁流动以减少磨蚀和腐蚀，进料管伸进设备内部并将管的一端切成45°配用具有凸面密封的平焊管法兰，法兰标记：HG20592，法兰PL68-1.6RF Q235A。
5.64排气孔
公称直径：40，标准：JB/T81-1994
5.65液面计
公称直经：25，标准：PN0.25DN25HGJ49-91, 型号R6-1，液面计型号为R6-1，根据HG21588-1995，R代表液面计选用反射式玻璃板液面计。根据HG21590-1995，可知液面计长度为550mm。
5.66温度计
公称直径：32，标准：PN0.25DN32HGJ49-91，型号Pt100，温度计型号为Pt100，属于铂电阻温度传感器。根据标准铂电阻温度计的固定装置安装标准，设计温度计长度为550mm。
表5.5 仪器接口
名称
公称直径
尺寸标准
型号
液面计
25
PN0.25DN25HGJ49-91
R6-1
温度计
32
PN0.25DN32HGJ49-91
Pt100

表5.6 贮液罐设备性能技术参数三线表
序号
名称
单位
指标
1
电机
KW
1.00
2
搅拌轴
rpm
1.5
3
总容量
m³
16
4
实用量
m³
15.63
5
贮液罐直径
m
1.8
6
贮液罐出口直径
mm
159

5.7鞍座的选择
卧式罐选择鞍式支座（标准：JB/T4724.1-2007），根据罐的公称直径DN值大小，以及允许载荷的大小，和圆筒强度的需要，查阅相关的标准，可选择120°包角轻型带垫板鞍式支座。支座的材料最好与筒体材料相同，焊接采用电焊弧，焊条牌号根据支座材料（即筒体材料，为AISI304不锈钢材质）参照选用GB5117-95碳钢焊条。焊接接头型式和尺寸按GB/T985中的规定，选用对接型式，尺寸为焊丝直径为4mm。

支座的具体参数如下：

图5.3 鞍式支座

查JBT 4712.1-2007容器支座第1部分鞍式支座得数据为以下
表5.7 鞍式支座数据 单位：mm
公称直径DN
允许载荷Q kN
鞍座高度
h
底板
底板
底板
腹板
筋板
筋板
筋板
筋板
1800
856
250
1280
220
16
14
296
190
260
12
接下表
垫板
弧长
垫板

垫板

垫板

螺栓
间距

螺栓
螺孔
d
螺栓
螺纹
螺栓
孔长

鞍座
质量
kg
增加100mm高度增加的质量kg
2100
350
10
40
1120
28
M24
60
185
22

5.8压力容器法兰的选择与设计
根据压力容器法兰TB4702-92标准，本次设计采用甲型平焊法兰（平密封面），法兰采用16Mn(锻)作为材料，设计压力为0.25MPa。
表5-8 压力容器法兰尺寸表 单位：mm
公称直径DN
法兰
法兰
法兰
法兰
法兰
法兰
法兰
螺柱规格
螺柱数量
1800
1930
1890
1855
1841
1838
56
23
M20
52

5.9管法兰的选择与设计
由于设计压力为0.25MPa，管法兰采用16Mn(锻)，根据HG20593-97标准，板式平焊法兰适用于压力为0.25MPa～0.6MPa。本次设计采用全平面板式平焊钢制管法兰。

表5.9 管法兰尺寸表 单位：mm
管口
名称
公称直径
DN
管子外径
B
法兰外径
D
螺栓孔中心直径K
螺栓孔直径L
螺栓孔数量n
螺纹
Th
法兰厚度C
法兰内径B
法兰理论重量（Kg）
液面计
25
32
100
75
11
4
M10
14
33
0.73
温度计
32
38
120
90
14
4
M12
16
39
1.19
接管
150
159
265
225
18
8
M16
20
161
5.14
视镜
150
159
265
225
18
8
M16
20
161
5.14
人孔
450
480
595
550
22
16
M20
30
485
20.5

5.10垫片的选择与设计
由于设计压力为0.25MPa,根据HG20606～610-1997标准，该标准适用于公称压力为0.25MPa～4MPa,垫片材料采用天然橡胶（NR），垫片的类型根据全平面板式平焊钢制管法兰，相应地采用全平面垫片，如下图。

表5-10 钢制管非金属垫片尺寸表 单位：mm
管口
名称
公称
直径
DN
垫片
内径

垫片
外径

螺栓孔数量
n
螺栓孔直径
L
螺栓孔中心圆直径K
垫片
厚度
T
液面计
25
34
100
4
11
75
1.5
温度计
32
43
120
4
11
90
1.5
接管
150
169
265
8
18
225
1.5
视镜
150
169
265
8
18
225
1.5
人孔
450
480
595
16
22
495
3

5.11螺栓的选择与设计
设计压力为0.25MPa,螺栓材料采用Q235，根据HG20613钢制管法兰用紧固件，本次设计使用的管法兰六角头螺栓采用符合GB 5785（细牙）的要求。如下图所示，螺栓的端部应采用倒角端。

图5.4

因此六角头螺栓对应使用的螺母应是如下图所示类型。

图5.5

表5.11 六角螺栓长度、质量表
管口
名称
公称
直径
DN
螺纹
M
螺栓
数量
n

质量（Kg）

质量
(Kg)
液面计
25
M10
4
50
36.32
50
36.32
温度计
32
M12
4
60
60.71
60
60.71
接管
150
M16
8
70
132.3
70
132.3
视镜
150
M16
8
70
132.3
70
132.3
人孔
450
M20
16
95
277.4
90
265.5

螺纹相应的垫片尺寸，引用GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓垫片材料采用非金属垫片，天然橡胶（NR）。
表5.12 螺纹相应垫片尺寸表 单位：mm
公称尺寸
（螺纹规格）
d
内径d1公称
（min）
内径d1max
外径d2公称
（max）
外径d2min
厚度h公称
厚度hmax
厚度hmin
M10
11
11.43
20
18.7
2
2.3
1.7
M12
13.5
13.93
24
22.7
2.5
2.8
2.2
M16
17.5
17.93
30
28.7
3
3.6
2.4
M20
22
22.52
37
35.4
3
3.6
3.4

6.课程设计的收获感想
每一次课程设计都有一个进步，这是做课程设计最大的感想，因为课程设计不同于考试、作业和上课，它是一个考察一名学生综合能力以及实践的课程，需要很熟悉地查阅资料，要懂得和其他同学通力合作，相互讨论，而且在这个过程中学到了很多有关于食品贮液罐的知识，而且通过课程设计，使我们更加深刻的了解了工程设计的基本内容，掌握机械设备设计的程序和方法，培养了我们分析和解决工程实际问题的能力。而且通过本次课程设计，提高了我以下方面的能力：快速查阅文献资料，正确选用公式；通过计算工艺设计计算；以及综合分析设计任务要求，确定生产工艺流程，进行设备选型。
此外，这次课程设计业遇到了很多问题，例如需要查阅大量文献，通过参数选择适合的附件等，还有在画图过程中首先比例就很大，导致许多部件画不出来等问题。但是通过讨论以及请教老师，都解决了。在这里，感谢刘老师对我们课程设计的指导。
此次设计通过核算符合要求。由于本人水平有限，难免有遗漏谬误之处，恳切希望刘老师指出，以便订正。
7.参考文献
收集的资料及主要参考文献
[1]陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M]. 杭州：华东理工大学出版社，2005
[2]张裕中.食品加工技术装备[M]. 北京：中国轻工业出版社，2000
[3]无锡轻工大学，天津轻工业学院.食品工厂机械与设备[M].北京：中国轻工业出版社，1989
[4]崔建云. 食品加工机械与设备[M] . 北京：中国轻工业出版社，2008
[51]李功样,陈兰英,崔英德. 常用化工单元设备设计[M]. 广州: 华南理工大学出版社, 2003