食品机械课程设计

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1 广东工业大学课程设计任务书题目名称 每天贮液体积为100m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100m 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，20052 张裕中.食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，20003 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，19894 崔建云. 食品加工机械与设备M . 北京：中国轻工业出版社，20085 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，20034 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100m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100m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100m，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16m，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14 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.22.工艺设计条件.23.工艺流程示意图.24.设计基本参数.3 4.1物料的物理化学性能参数.35.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.126.课程设计的收获感想.137.参考文献.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（HG20592HG20635-1997）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100m 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：25C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100m,分2班，4个贮罐，所以每个贮罐的装液体积为12.5m。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V100m/d填充系数： b=80%贮液罐的总容积:=100/0.8=125m/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16m，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允许腐蚀裕度mm贮罐重量kg标准序号1615.98180085600104780410660011.52430HG5-1580-85-32HGT 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)180045040103.73830.8652287.91即封头JBT 4737-1995 DN180010-16MnR，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， NP3.5 双桨式45度搅拌器 ；涡轮转速：取1 r/min；L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传动效率，取=0.9p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0.25MPa0.6MPa,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DNdwsDD1ABLbb1b2H1H2d螺柱数量螺柱直径长度总质量(kg)其中不锈钢(kg)突面0.645048065955503301502003022242201042016M2011595.7-5.62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d1DKdXHf1f2n-d5重量（kg）A重量（kg）B1501502602252021885434.58-1814.4514.055.63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159mm5mm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/T81-19945.65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25PN0.25DN25HGJ49-91R6-1温度计32PN0.25DN32HGJ49-91Pt100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KW1.002搅拌轴rpm1.53总容量m164实用量m15.635贮液罐直径m1.86贮液罐出口直径mm1595.7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18008562501280220161429619026012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kg21003501040112028M2460185225.8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1800193018901855184118385623M20525.9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0.25MPa0.6MPa。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253210075114M1014330.73温度计323812090144M1216391.19接管150159265225188M16201615.14视镜150159265225188M16201615.14人孔4504805955502216M203048520.55.10垫片的选择与设计由于设计压力为0.25MPa,根据HG20606610-1997标准，该标准适用于公称压力为0.25MPa4MPa,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2534100411751.5温度计3243120411901.5接管1501692658182251.5视镜1501692658182251.5人孔450480595162249535.11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25M1045036.325036.32温度计32M1246060.716060.71接管150M16870132.370132.3视镜150M16870132.370132.3人孔450M201695277.490265.5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hminM101111.432018.722.31.7M1213.513.932422.72.52.82.2M1617.517.933028.733.62.4M202222.523735.433.63.46.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，20052张裕中.食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，20003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，19894崔建云. 食品加工机械与设备M . 北京：中国轻工业出版社，200851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