食品機械課程設計

課 程 設 計臥式貯罐的設計課程名稱 食品機械與設備 題目名稱 臥式貯罐的設計 學生學院_ _輕工化工學院_ _專業(yè)班級 09食品科學與工程4班 學 號 3209002114 學生姓名 指導教師 劉曉麗 2012 年 6 月11日1 廣東工業(yè)大學課程設計任務書題目名稱 每天貯液體積為100m的貯液罐學生學院輕工化工學院專業(yè)班級食品科學與工程4班姓 名學 號3209002114一、課程設計的內容1、通過查閱有關資料，熟悉基本工作原理、特點和流程組成的設備及結構。2、進行工藝參數(shù)的確定3、主要設備工作部件尺寸的設計4、繪制裝配圖 5、撰寫課程設計說明書二、課程設計的要求與數(shù)據(jù) 臥式貯罐設計工藝設計條件 每天貯液的體積100m 貯罐的填充系數(shù)：80% 每天分2班，每班用4個貯液罐三、課程設計應完成的工作1課程設計說明書（紙質版和電子版） 各1份（3000字）2設備裝配圖（A4）1張，裝訂在說明書的最后面。 四、課程設計進程安排序號設計各階段內容地點起止日期1上午布置及講解設計任務；下午查閱資料及有關文獻第一周周一2有關工藝設計計算第一周周二至周五3裝配圖繪制第二周周一至周三4撰寫課程設計說明書第二周周四、五五、應收集的資料及主要參考文獻1 陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設備的設計M. 杭州：華東理工大學出版社，20052 張裕中.食品加工技術裝備M. 北京：中國輕工業(yè)出版社，20003 無錫輕工大學，天津輕工業(yè)學院.食品工廠機械與設備M.北京：中國輕工業(yè)出版社，19894 崔建云. 食品加工機械與設備M . 北京：中國輕工業(yè)出版社，20085 李功樣，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設備設計M. 廣州: 華南理工大學出版社，20034 GB/T 14690-1993-1993，技術制圖比例S北京：中國標準出版社，1993發(fā)出任務書日期： 2012 年 6月 11日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2012 年 6月22日 基層教學單位責任人簽章：主管院長簽章：課程設計考核表設計題目每天貯液體積為100m的貯液罐姓名董艷班級09食品科學與工程4班設計（論文）起始時間2011 年 6 月 11 日至 2011 年 6 月 22 日設計完成情況： 獨立完成，達到要求 能夠完成，達到要求 能夠完成，基本達到要求 不能按時完成，達不到基本要求說明書（論文）敘述 清楚 比較清楚 基本清楚 不清楚工作態(tài)度情況（學生對設計的認真程度、紀律及出勤情況）： 認真 較認真 一般 不認真圖面是否清晰 清晰 比較清晰 基本清晰 不清晰計算是否正確 正確 基本正確 不正確設計（論文）是否符合規(guī)范要求 規(guī)范 基本規(guī)范 不規(guī)范成績評定: 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格指導教師簽字： 年 月 日摘 要本次設計的是一套每天儲液的體積為100m的牛奶儲罐裝置，該裝置由攪拌器 ，進、出料口，人孔，溫度計、液位計、視鏡 、支座等設備組成。通過工藝計算，本課程設計每天貯液的體積100m，貯罐的填充系數(shù)：80%，每天分2班，每班用4個貯液罐，以以上生產任務為設計基礎。罐體材料選擇為AISI304不銹鋼材質，通過貯液體積計算，圓整體積到16m，根據(jù)（HGT-3154-1985臥式橢圓型封頭系列）圖表可得到相關罐體的基礎數(shù)據(jù)，筒體壁厚8mm，直徑1800mm，長度5600mm,封頭厚度10mm等等，根據(jù)基礎數(shù)據(jù)選合適的封頭（JBT4737-1995橢圓形封頭），通過一系列公式計算出攪拌器的功率為1KW，根據(jù)實際生產需要，選取適當?shù)倪M出口管系列，進出口接口管直徑159mm,把基本的生產設計參數(shù)確定后基本定型，通過基礎數(shù)據(jù)繪制裝配圖。關鍵詞：儲罐，低壓容器，工藝計算，裝配圖14 目 錄1.設計方案的分析.1 1.1貯罐類型的確定.1 1.2鋼體的選擇.1 1.3封頭選擇依據(jù).1 1.4容器的幾何形狀.1 1.5人孔的選擇.1 1.6法蘭的選擇.1 1.7墊片的選擇.2 1.8鞍座選擇依據(jù).22.工藝設計條件.23.工藝流程示意圖.24.設計基本參數(shù).3 4.1物料的物理化學性能參數(shù).35.工藝設計計算.3 5.1設備容量的確定.3 5.2 貯液罐的設計.3 5.21材質選擇.3 5.22幾何尺寸確定.3 5.3壁厚的確定.4 5.4 封頭的選擇.5 5.5攪拌器軸功率的計算.5 5.6主要管徑的確定.6 5.61人孔.6 5.62視鏡.6 5.63物料進出口管.7 5.64排氣孔.7 5.65液面計.7 5.66溫度計.8 5.7鞍座的選擇.8 5.8壓力容器法蘭的選擇與設計.10 5.9管法蘭的選擇與設計.10 5.10墊片的選擇與設計.11 5.11螺栓的選擇與設計.126.課程設計的收獲感想.137.參考文獻.14附錄：儲罐裝配圖 貯罐的設計1.設計方案的分析1.1貯罐類型的確定本次設計的貯罐采用臥式圓筒貯罐，臥式貯罐主要應用于儲存量較小，并且貯罐的耐壓能力較強。由于設計體積較?。s為100m3）且工作壓力較小（P=0.25MPa）可采用臥式圓筒形容器。貯罐是較典型的貯藏設備，在工業(yè)中應用已有悠久歷史，具有易制造、成本低、處理能力大、能夠加熱物料、較方便、可供選用的結構材料廣闊、適應性強、可用于各種溫度和壓強場合等優(yōu)點，故在大型貯罐中占優(yōu)勢。臥式貯罐的特點是，具有耐壓能力好、進口揚程低、結構穩(wěn)定，強度大，易清洗且造價低。1.2鋼體的選擇本次的設計中，筒體、封頭、鞍座墊板選用16MnR，法蘭選用16Mn鍛，鞍座和其余部件選用Q235（低碳鋼），接管選用10號熱軋無縫鋼管。1.3封頭選擇依據(jù)從強度、結構和制造方面綜合考慮，采用橢圓形封頭最為合理。1.4容器的幾何形狀我國容器已實現(xiàn)了系列化和標準化1.5人孔的選擇壓力容器人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個手柄。選用時應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑、工作溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。人孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性，其尺寸大小及位置以設備內件安裝和工人進出方便為原則。通?？梢愿鶕?jù)操作需要,在這考慮到人孔蓋直徑較大較重, 可選擇回轉蓋對焊法蘭人孔。1.6法蘭的選擇壓力容器法蘭分平焊法蘭與對焊法蘭。平焊法蘭又分為甲型與乙型兩種。管法蘭分帶頸平焊法蘭與板式平焊法蘭。本次課程設計的設計壓力為0.25MPa，所以分別選用甲型平焊法蘭和板式平焊法蘭。法蘭設計時，須注意以下二點：管法蘭、鋼制管法蘭、墊片、緊固件設計參照原化學工業(yè)部于1997年頒布的鋼制管法蘭、墊片、緊固件標準（HG20592HG20635-1997）的規(guī)定。1.7墊片的選擇在化工貯罐，普遍使用的墊片是石棉橡膠板（代號：XB350）。但是本次設計貯罐貯藏的物料是鮮奶，屬于食品。而石棉因有害健康被禁止使用，因此此次的設計選用無石棉材料的天然橡膠墊片（代號：NR）。1.8鞍座選擇依據(jù)鞍式支座是應用最廣泛的一種臥式支座。而一臺臥式容器支座一般情況不宜多于二個。鞍式雙支座分S型和F型。本次設計選用雙鞍座輕型鞍座，并采用S型。2.工藝設計條件 臥式貯罐設計工藝設計條件 每天貯液的體積100m 貯罐的填充系數(shù)：80% 每天分2班，每班用4個貯液罐3.工藝流程示意圖圖3.1 工藝流程圖4.設計基本參數(shù)4.1物料的物理化學性能參數(shù)鮮奶密度為1100 kg/m3設計壓力（最大使用壓力）:0.25MPa貯存物料的溫度：最高貯存溫度為室溫，最低貯存溫度取物料的凝固點設計溫度：25C腐蝕性：低腐蝕性，腐蝕余量大約為1mm毒性：無毒進出量：每天貯液體積為100m,分2班，4個貯罐，所以每個貯罐的裝液體積為12.5m。設計0.1h內裝液完畢，所以體積流量為：5.工藝設計計算5.1設備容量的確定 生產能力要求：每天貯液的體積為V100m/d填充系數(shù)： b=80%貯液罐的總容積:=100/0.8=125m/d分2班，每班用2個貯液罐則有貯液罐的容量為=15.625將容積圓整到16m，數(shù)量取5個（一個備用）5.2 貯液罐的設計5.21材質選擇選用AISI304不銹鋼材質5.22幾何尺寸確定 由計算的容積查公稱容積全容積公稱直徑壁厚S長度L封頭厚度支座位置支座位置貯罐總長度焊縫系數(shù)允許腐蝕裕度mm貯罐重量kg標準序號1615.98180085600104780410660011.52430HG5-1580-85-32HGT 3154-1985 臥式橢圓形封頭貯罐系列國家標準，得到以下數(shù)據(jù)圖5.1表5.1 HG5-1580-85 (2.5Mpa)5.3壁厚的確定按上面查得壁厚為S=8mm ，封頭壁厚S1=10mm （在壓力為2.5Mpa的情況下，對內徑小于3800mm的最小厚度約為內徑的0.002倍，碳素鋼或普通合金鋼不小于3mm, 不銹鋼容器不小于2mm. 封頭比筒壁厚2-3mm）標準編號:JB/T 4735-1997 標準名稱:鋼制焊接常壓容器 頒布部門:中華人民共和國機械工業(yè)部 內容簡介:本標準規(guī)定了鋼制焊接常用容器的設計、制造、檢驗與驗收的要求。 5.4 封頭的選擇查表JBT 4737-1995 橢圓形封頭得在公徑1800的封頭的數(shù)據(jù)為以下圖5.2表5.2 JBT 4737-1995公稱直徑DN（mm）曲面高度h(mm)直邊高度(mm)厚度(碳素鋼低合金鋼復合鋼板)（mm）內表面積A()容積V()質量m(kg)180045040103.73830.8652287.91即封頭JBT 4737-1995 DN180010-16MnR，在這次課程設計，選用和筒體相同的材料，為低合金鋼材料。5.5攪拌器軸功率的計算根據(jù)公式:P0無通氣攪拌輸入的功率（W）；NP功率準數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)ReM的函數(shù)， NP3.5 雙槳式45度攪拌器 ；渦輪轉速：取1 r/min；L液體密度（kg/m3）取牛奶密度為1100 kg/m3 ；2 攪拌器檔數(shù)D攪拌器的直徑 =0.6m電機功率 K附加功率消耗系數(shù)，取K=1.5傳動效率，取=0.9p軸功率（kw）w=5.6主要管徑的確定5.61人孔人孔的設置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設備內部的裝置。本次設計只設置1個人孔，材料使用Q235-AF碳素鋼，查閱文獻，選取標準號HG 21516-2005，標準適用于公稱壓力PN小于或等于0.6MPa。本次設計公稱壓力為0.25MPa<0.6MPa,允許使用0.6MPa的標準。人孔直徑為450mm、高度為220+104=324mm，開在頂封頭上，位于左邊軸線離中心軸800mm處。尺寸表示如下： 表5.3 人孔尺寸表 （mm）密封面型式公稱壓力PN(MPa)公稱直徑DNdwsDD1ABLbb1b2H1H2d螺柱數(shù)量螺柱直徑長度總質量(kg)其中不銹鋼(kg)突面0.645048065955503301502003022242201042016M2011595.7-5.62視鏡用于觀察發(fā)酵罐內部的情況。本次設計只設置1個視鏡，材料是Q235碳素鋼，查閱文獻，根據(jù)標準號HG21505-1992，以0.6MPa作為標準進行規(guī)格確定。視鏡公稱直徑為150mm，高度為54mm，采用A型突面視鏡設計。尺寸表示如下： 表5-4 視鏡表 (mm)管法蘭公稱直徑（DN）觀察孔d1DKdXHf1f2n-d5重量（kg）A重量（kg）B1501502602252021885434.58-1814.4514.055.63物料進出口管因為,依據(jù)化工原理知鮮奶屬于低粘度液體，流速一般為1.5-3.0m/s之間，則取流體進入貯罐流速為=2m/s，所以取流速u=2.0m/s，則：經(jīng)圓整采用159mm5mm熱軋無縫鋼管，實際鮮奶進出口管內流速為：u=2.0m/s故管道接口選取如下：進料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑159mm，開在筒體壁上端排料口： PN0.25 DN150,HG20593-97，接口管直徑159mm，開在筒體壁下端設計接管高度為180mm，為避免物料沿設備內壁流動以減少磨蝕和腐蝕，進料管伸進設備內部并將管的一端切成45配用具有凸面密封的平焊管法蘭，法蘭標記：HG20592，法蘭PL68-1.6RF Q235A。5.64排氣孔公稱直徑：40，標準：JB/T81-19945.65液面計公稱直經(jīng)：25，標準：PN0.25DN25HGJ49-91, 型號R6-1，液面計型號為R6-1，根據(jù)HG21588-1995，R代表液面計選用反射式玻璃板液面計。根據(jù)HG21590-1995，可知液面計長度為550mm。5.66溫度計公稱直徑：32，標準：PN0.25DN32HGJ49-91，型號Pt100，溫度計型號為Pt100，屬于鉑電阻溫度傳感器。根據(jù)標準鉑電阻溫度計的固定裝置安裝標準，設計溫度計長度為550mm。表5.5 儀器接口名稱公稱直徑尺寸標準型號液面計25PN0.25DN25HGJ49-91R6-1溫度計32PN0.25DN32HGJ49-91Pt100表5.6 貯液罐設備性能技術參數(shù)三線表序號名稱單位指標1電機KW1.002攪拌軸rpm1.53總容量m164實用量m15.635貯液罐直徑m1.86貯液罐出口直徑mm1595.7鞍座的選擇 臥式罐選擇鞍式支座（標準：JB/T4724.1-2007），根據(jù)罐的公稱直徑DN值大小，以及允許載荷的大小，和圓筒強度的需要，查閱相關的標準，可選擇120包角輕型帶墊板鞍式支座。支座的材料最好與筒體材料相同，焊接采用電焊弧，焊條牌號根據(jù)支座材料（即筒體材料，為AISI304不銹鋼材質）參照選用GB5117-95碳鋼焊條。焊接接頭型式和尺寸按GB/T985中的規(guī)定，選用對接型式，尺寸為焊絲直徑為4mm。 支座的具體參數(shù)如下：圖5.3 鞍式支座查JBT 4712.1-2007容器支座第1部分鞍式支座得數(shù)據(jù)為以下 表5.7 鞍式支座數(shù)據(jù) 單位：mm公稱直徑DN允許載荷Q kN鞍座高度h底板底板底板腹板筋板筋板筋板筋板18008562501280220161429619026012接下表墊板弧長墊板墊板墊板螺栓間距螺栓螺孔d螺栓螺紋螺栓孔長鞍座質量kg增加100mm高度增加的質量kg21003501040112028M2460185225.8壓力容器法蘭的選擇與設計根據(jù)壓力容器法蘭TB4702-92標準，本次設計采用甲型平焊法蘭（平密封面），法蘭采用16Mn(鍛)作為材料，設計壓力為0.25MPa。 表5-8 壓力容器法蘭尺寸表 單位：mm公稱直徑DN法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量1800193018901855184118385623M20525.9管法蘭的選擇與設計由于設計壓力為0.25MPa，管法蘭采用16Mn(鍛)，根據(jù)HG20593-97標準，板式平焊法蘭適用于壓力為0.25MPa0.6MPa。本次設計采用全平面板式平焊鋼制管法蘭。 表5.9 管法蘭尺寸表 單位：mm管口名稱公稱直徑DN管子外徑B法蘭外徑D螺栓孔中心直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋Th法蘭厚度C法蘭內徑B法蘭理論重量（Kg）液面計253210075114M1014330.73溫度計323812090144M1216391.19接管150159265225188M16201615.14視鏡150159265225188M16201615.14人孔4504805955502216M203048520.55.10墊片的選擇與設計由于設計壓力為0.25MPa,根據(jù)HG20606610-1997標準，該標準適用于公稱壓力為0.25MPa4MPa,墊片材料采用天然橡膠（NR），墊片的類型根據(jù)全平面板式平焊鋼制管法蘭，相應地采用全平面墊片，如下圖。 表5-10 鋼制管非金屬墊片尺寸表 單位：mm 管口名稱公稱直徑DN墊片內徑墊片外徑螺栓孔數(shù)量n螺栓孔直徑L螺栓孔中心圓直徑K墊片厚度T液面計2534100411751.5溫度計3243120411901.5接管1501692658182251.5視鏡1501692658182251.5人孔450480595162249535.11螺栓的選擇與設計設計壓力為0.25MPa,螺栓材料采用Q235，根據(jù)HG20613鋼制管法蘭用緊固件，本次設計使用的管法蘭六角頭螺栓采用符合GB 5785（細牙）的要求。如下圖所示，螺栓的端部應采用倒角端。圖5.4因此六角頭螺栓對應使用的螺母應是如下圖所示類型。圖5.5表5.11 六角螺栓長度、質量表管口名稱公稱直徑DN螺紋M螺栓數(shù)量n質量（Kg）質量(Kg)液面計25M1045036.325036.32溫度計32M1246060.716060.71接管150M16870132.370132.3視鏡150M16870132.370132.3人孔450M201695277.490265.5螺紋相應的墊片尺寸，引用GB3103.3-82 GB5267-85 GB90-85，螺栓墊片材料采用非金屬墊片，天然橡膠（NR）。 表5.12 螺紋相應墊片尺寸表 單位：mm公稱尺寸（螺紋規(guī)格）d內徑d1公稱（min）內徑d1max外徑d2公稱（max）外徑d2min厚度h公稱厚度hmax厚度hminM101111.432018.722.31.7M1213.513.932422.72.52.82.2M1617.517.933028.733.62.4M202222.523735.433.63.46.課程設計的收獲感想每一次課程設計都有一個進步，這是做課程設計最大的感想，因為課程設計不同于考試、作業(yè)和上課，它是一個考察一名學生綜合能力以及實踐的課程，需要很熟悉地查閱資料，要懂得和其他同學通力合作，相互討論，而且在這個過程中學到了很多有關于食品貯液罐的知識，而且通過課程設計，使我們更加深刻的了解了工程設計的基本內容，掌握機械設備設計的程序和方法，培養(yǎng)了我們分析和解決工程實際問題的能力。而且通過本次課程設計，提高了我以下方面的能力：快速查閱文獻資料，正確選用公式；通過計算工藝設計計算；以及綜合分析設計任務要求，確定生產工藝流程，進行設備選型。此外，這次課程設計業(yè)遇到了很多問題，例如需要查閱大量文獻，通過參數(shù)選擇適合的附件等，還有在畫圖過程中首先比例就很大，導致許多部件畫不出來等問題。但是通過討論以及請教老師，都解決了。在這里，感謝劉老師對我們課程設計的指導。此次設計通過核算符合要求。由于本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望劉老師指出，以便訂正。7.參考文獻收集的資料及主要參考文獻1陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設備的設計M. 杭州：華東理工大學出版社，20052張裕中.食品加工技術裝備M. 北京：中國輕工業(yè)出版社，20003無錫輕工大學，天津輕工業(yè)學院.食品工廠機械與設備M.北京：中國輕工業(yè)出版社，19894崔建云. 食品加工機械與設備M . 北京：中國輕工業(yè)出版社，200851李功樣,陳蘭英,崔英德. 常用化工單元設備設計M. 廣州: 華南理工大學出版社, 2003