旋风分离器设计

《化工设备机械基础》课程设计
旋风分离器设计
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前言
旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。

旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。

内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。

设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。

通常，气体入口设计分三种形式：
a) 上部进气
b) 中部进气
c) 下部进气
对于湿气来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于300μm或500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。

而对于干气常采用中部进气或上部进气。

上部进气配气均匀，但设备直径和设备高度都将增大，投资较高；而中部进气可以降低设备高度和降低造价。

编辑本段应用范围及特点。

旋风除尘器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。

它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较高（80～160毫米水柱）的净化设备，旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。

改进型的旋风分离器在部分装置中可以取代尾气过滤设备。

分离原理有两种：
一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。

二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。

分离方法有：
1、重力沉降：由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。

2、折流分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。

3、离心力分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起旋转流动时，液体受到的离心力大于气体，所以液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。

4、丝网分离：由于气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必须通过丝网，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在丝网上，并在重力的作用下下流至分离器底部排出。

5、超滤分离：由于气体与液体的微粒大小不同，液体与气体混合一起流动时，如果必须通过微孔过滤，就象过筛一样，气体通过了，而液体被拦截而留在微孔过滤器上，并在重力的作用下下流至分离器底部排出。

6、填料分离：由于气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起流动时，如果遇到阻挡，气体会折流而走，而液体由于惯性，继续有一个向前的速度，向前的液体附着在阻挡填料表面上由于重力的作用向下汇集到一起，通过排放管排出。

目录
1、 罐体壁厚设计 (5)
1.1夹套壁厚 (5)
1.2内筒壁厚 (5)
2、 封头厚度设计 (6)
2.1下部封头厚度计算 (6)
2.1.1夹套封头厚度 (6)
2.1.2内筒封头厚度 (7)
2.2上封头厚度计算 (7)
2.3平板封头厚度 (8)
3、 接管 (8)
3.1管3N (8)
3.1.1管径计算 (8)
3.1.2接管补强 (9)
3.2蒸汽进口和蒸汽出口管4N 、5N (9)
4、 法兰 (10)
5、 吊耳 (10)
5.1吊耳的作用是为了承受上面平板封头和锥形封头的重量 (10)
5.2确定吊耳的圆孔半径R 和长度L (11)
6、 耳座 (11)
6.1设备总质量 (11)
6.2确定耳座的型号 (12)
7、 总结 (13)
8、 附表 (15)
致谢信 (17)
摘要:压力容器是一种能够承受压力负载的密闭容器，一般说来，承受气态或液态介质
压力的密闭容器都属于压力容器，压力容器的用途极为广泛，它在工业，民用，军工及科研等诸领域中具有重要的地位和作用。

其中在化工与石油化工中应用最多，仅在石油化工中应用的压力容器就占全部压力容器总数的50%左右。

压力容器在化工与石油化工领域主要用于传热，传质，反应等工艺流程，以及贮存，运输由压力的气体，在其他工业和民用领域亦有广泛应用，如空气压缩机，各类专用压缩机，冷却器，缓冲器，油水分离器，贮气罐，蒸发器，液体冷冻剂贮罐等。

关键词：压力容器、强度校核、补强
1、 罐体壁厚设计
1.1夹套壁厚
壁厚δ根据式
c
t i c p D P -][2φσδ= 根据条件，设计压力a c MP p 1=
mm D i 600=
查表a MP 132][150=σ
a MP 123][200=σ
根据内差法求的
a MP 125)185-200(150
-200123-132123][185=⨯+=σ 0.1=φ（双面焊对接接头，100%无损检测表12-8）
介质为蒸汽，无腐蚀。

取02=C
mm 40.2150
2006001=-⨯=δ mm C d 40.2040.22=+=+=δδ
根据mm d 40.2=δ，由图4查表得mm C 25.01=
又该值大于名义厚度6%，所以钢板厚度负偏差mm C 25.01=
mm C d 65.225.040.21=+=+δ
圆整后取mm n 3=δ
确定选用mm n 3=δ厚的20R 钢制作夹套壁。

1.2内筒壁厚
（1）假设筒体名义壁厚为mm n 3=δ
mm D o 50632500=⨯+=
筒体有效壁厚mm C n e 303=-=-=δδ 则99.0506500==o D L ，1693506==e o
D δ，e o D δ＞20 （2）在图 1的左方找出99.0=o D L 的点，将其水平右移，与169=e o D δ的线交于一点，
再将点垂直下移，在图的一方得到0007.0=A 。

（3）在图2的下方找到系数0007.0=A 所对应的点，此点落在材料温度线的左方。

用式
a e o t MP D AE P 19.5169
3101880007.0232][3
=⨯⨯⨯⨯==δ 显然][P ＞c P ，故符合要求。

确定选用mm n 3=δ的345R 钢制作内筒壁
2、 封头厚度设计
2.1下部封头厚度计算
2.1.1夹套封头厚度
（1）计算封头厚度
厚度δ按式计算
由图可计算
93.0)2122500(10001000
cos 22=-+=α
取a c MP P 0.1=，mm D c 60=
a t MP 125][=δ，0.1=φ 于是mm 58.293
.010.112526000.1=⨯-⨯⨯=δ 同前mm C C C 25.0025.021=+=+=
故mm C 83.225.058.2=+=+δ
圆整后取mm n 3=δ
确定选用mm n 3=δ厚的20R 钢制作夹套封头
（2）校核罐体与封头气压试验强度 根据式s e e i T T D P φσδδσ8.02)(≤+=
a T MP P P 15.10.115.115.1=⨯==
mm C n e 75.225.03=-=-=δδ
a s MP 240=σ
a T MP 03.12675
.22)75.2600(15.1=⨯+⨯=σ a s MP 1922400.18.08.0=⨯⨯=φσ
因为T σ＜s φσ8.0，所以气压试验强度足够。

2.1.2内筒封头厚度
（1）假设封头名义厚度mm n 3=δ
mm D o 50632500=⨯+=
筒体有效壁厚mm C n e 303=-=-=δδ 则65.15061000==o D L ，1693506==e o D δ，e o D δ＞20
（2）在图1查表得系数05.0=A
（3）在图2查表得系数a MP B 188=
（4）计算a e o MP D B
P 2.1168
188][===δ 显然][P ＞c P ，故符合要求。

确定用mm n 3=δ的345R Q 钢制作内筒的锥形封头，查表3不需要加强。

2.2上封头厚度计算
（1）假设mm n 2=δ
mm D o 22922225=⨯+=
封头有效壁厚mm C n e 303=-=-=δδ 则78.0229180==o D L ，1152
229==e o D δ （2）在图1查表得出系数0025.0=A
（3）在图2查表得出系数a MP B 145=
（4）a e o MP D B
P 3.1115
145][===δ 显然][P ＞c P ，故符合要求。

确定用mm n 2=δ的345R Q 钢制作上锥形封头，查表3需要加强。

（5）加强段计算厚度
c
t i c r P D QP -=φσδ][2 式中Q 为系数，其值由图4查表得2.3=Q 则mm r 1.21
.1117022251.12.3=-⨯±⨯⨯⨯=
δ 即加强圈厚度为mm 1.2
2.3平板封头厚度
由于采用周边简支，D 取mm 600。

计算mm P D t
9.261701.131.0600][31.0=⨯⨯==σδ 圆整后取mm n 27=δ
确定平板封头采用mm n 27=δ的R Q 345钢板
3、 接管
3.1管3N
3.1.1管径计算
（1）mm D o 120=；mm L 440=
假设mm n 2=δ；mm C n e 2=-=δδ
67.3120440==o D L ，602
120==e o D δ （2）在图1查得0008.0=A
（3）在图2查得a MP B 105=
（4）根据下式计算许用外压力[]P :
[]a e o MP D B P 70.160
105===δ （5）[]a C MP P P 6.1=>
即进气口管3N 采用mm mm 2120⨯=φ，L 为440mm R Q 345钢管，伸入筒体300mm ，需要补强。

3.1.2接管补强
（1）确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径。

由已知条件知，壳体计算厚度mm 3=δ，接管计算厚度为
[]mm P D P c t o c t 5.06
.1117021206.12=+⨯⨯⨯=+=φσδ 开孔直径为mm C d d 1160)22120(21=+⨯-=+=
（2）确定壳体和接管实际厚度开孔有效补强宽度B 及外侧有效补强高度1h ，已知壳体名义厚度mm n 3=σ，补强部分厚度mm nt 3=σ，接管有效补强宽度为mm d B 24012022=⨯==
接管外侧有效补强高度为
mm d h nt 1931201=⨯==δ
计算需要的金属面积和可以作为补强的金属面积，需要补强的金属面积为 23603120mm d A =⨯==δ
可作为补强的金属面积为
21840)310()120240())((mm d B A e =-⨯-=--=δδ
2123160.1)5.010(192)(2mm f h A r t et =⨯-⨯⨯=-=δδ
（4）2211201316840mm A A A e =+=+=
（5）比较e A 与A ,)360()1201(22mm A mm A e =>=，同时考虑，接管与壳体焊缝面积3
A 之后，该开孔接管补强足够。

3.2蒸汽进口和蒸汽出口管4N 、5N
(1)mm L 140=，mm D o 30=，假设mm n 1=δ，mm C n e 1=-=δδ，
67.430140==
o D L ,301
30==e o D δ （2）在图1查得001.0=A
（3）在图2查出a MP B 120=
（4）安下士计算许用外压力][P :
a e o MP D B
P 430
120][===δ （5）c P P >][，即蒸汽进口管和蒸汽出口管4N ，5N 采用mm mm 130⨯φ，L 为mm 140R Q 345钢管，伸入筒体少许。

（6）因为，○1a
MP P 5.2< ○
2两相邻开孔距离大于两孔直径之和的两倍 ○3接管外径mm D o
89< ○
4mm mm 130⨯φ 所以不需补强。

4、 法兰
1N 法兰型号:RF 80-1.6
2N 法兰型号:RF 100-1.6
3N 法兰型号:RF 120-1.6
4N 法兰型号:RF 30-1.6
5N 法兰型号:RF 30-1.6
5、 吊耳
5.1吊耳的作用是为了承受上面平板封头和锥形封头的重量 21m m m +=
1m -平板封头质量
2m -锥形封头质量
Kg v m 511085.71027)5.112300(332211=⨯⨯⨯⨯-==--ππρ
Kg v m 11085.710)2150230225(3322=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯==--ππρ
Kg m m m 5215121=+=+=
N F bs 520= 吊耳则需满足条件][bs bs
bs bs A F σσ≤= a bs MP )255~153(])[5.1~9.0(][==σσ， 即a bs
MP A N 1532520≤，则2167mm A bs ≥ 5.2确定吊耳的圆孔半径R 和长度L
252
5506004=-=R ，则mm R 25.6=。

需21672mm RL =。

即mm R L 1425.621672167=⨯==
确定吊耳选用长为mm 14，圆孔半径为mm 25.6，厚度为mm 26.6
材料为R Q 345钢。

6、 耳座
6.1设备总质量
4321m m m m m +++=
式中1m -内筒质量
2m -夹套质量
3m -GS 的质量
4m -附件质量
（1）内筒质量1m
mm DN 500=，mm n 3=δ，mm h 500=，mm R 978= 则n n i R h D m δπρδπ214
1+= 6261085.7397814.34
110
85.7314.3600370--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯= Kg 25=
(2)夹套质量2m mm DN 600=，mm n 3=δ，mm h 370=，mm R 978= 则n n i R h D m δπρδπ224
1+= 6261085.7397814.34
110
85.7314.3600370--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯= Kg 28=
(3)GS 质量3m ρϕv m =3
其中317.0m v =。

装置系数5.0=ϕ，取331087.0m Kg
⨯=ρ
则Kg m 741087.017.05.03
=⨯⨯⨯=
(4)附件质量4m 4m 主要为接管质量，法兰质量和吊耳承受的质量
Kg m 535214=+=
（5）设备总质量
4321m m m m m +++=
53742825+++=
Kg 180=
6.2确定耳座的型号
耳式支座实际承受载荷安下式计算
310-⨯=kn
mg Q 式中Q -支座实际承受的载荷，Kn
m -设备质量，Kg
n -支座数量
k -不均匀系数，安装3个以上支座是，取83.0=k 则310-⨯=kn
mg Q 3104
83.081.9180-⨯⨯⨯= Kn 53.0= 标记为T JB 4725-92,耳座2AN
选用R Q 345钢
确定支座的材料
a bs MP A F 18210)]21780(506580[53.06
=⨯⨯-⨯-⨯==-σ 选用R Q 345钢
7、 总结
1、选用mm n 3=δ厚的20R 钢制作夹套壁
2、选用mm n 3=δ的345R 钢制作内筒壁
3、选用mm n 3=δ厚的20R 钢制作夹套封头
4、选用mm n 3=δ的R Q 345钢制作内筒的锥形封头
5、选用mm n 2=δ的R Q 345钢制作上锥形封头，加强圈厚度为mm 1.2
6、进气口管N 3采用mm mm 2120⨯=φ，L 为440mm R Q 345钢管，伸入筒体300mm ，需要补强，有效补强高度为mm h 191=，补强的金属面积为2
360mm A =
7、4N ，5N 采用mm mm 130⨯φ，L 为mm 140R Q 345钢管，伸入筒体少许。

8、1N 法兰型号:RF 80-1.6
9、2N 法兰型号:RF 100-1.6
10、3N 法兰型号:RF 120-1.6
11、4N 法兰型号:RF 30-1.6
12、5N 法兰型号:RF 30-1.6
13、吊耳选用长为mm 14，圆孔半径为mm 25.6，厚度为mm 26.6
材料为R Q 345钢。

14、标记为T JB 4725-92,耳座2AN ，材料：R Q 345钢
15、支座选用R Q 345钢
8、附表
致谢信
首先我要感谢xx老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计时的难题。

同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。

这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。

在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！。