填料箱压盖课程设计(解放牌汽车)（合集）

第一篇：填料箱压盖课程设计(解放牌汽车)

填料箱压盖课程设计

目录

设计任务书。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1

序 言..................................................................2 1.1 零件的作用.....................................................2 1.2 零件的工艺分析.................................................2 2 工艺规程设计.........................................................3 2.1 毛坯的制造形式.................................................3 2.2 基准面的选择...................................................3 2.2.1 粗基准的选择..............................................4 2.2.2 精基准的选择..............................................4 2.3 制订工艺路线...................................................4 2.3.1 工艺线路方案一............................................4 2.3.2 工艺路线方案二............................................4 2.3.3 工艺方案的比较与分析......................................5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.........................5 2.5 确定切削用量...................................................7 2.5.1 工序Ⅰ：..................................................7 2.5.2 工序Ⅱ：..................................................8 2.5.3 工序Ⅲ...................................................10 2.5.4 工序Ⅳ...................................................11 2.5.5 工序Ⅴ...................................................13 2.5.6 工序Ⅵ：.................................................14 2.5.7 工序Ⅶ：.................................................15 2.5.8 工序Ⅷ：.................................................16 2.5.9 工序Ⅸ：.................................................16 2.5.10 工序Ⅹ：................................................16 3课程设计心得体会.....................................................16 4参考文献.............................................................19

加上那张图

机械制造技术课程设计任务书

序 言

毕业设计是高等工业学校教学中的一个主要组成部分,是专业学习过程是最后的一个主要的实践性的教学环节,是完成工程师基本训练的重要环节，是培养学生独立思考和科学工作方法重要的实践性的过程。

设计的目的和要求在于培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决机械工程实际问题的能力.熟练生产技术的工作的一般方法,培养学生树立工程技术必备的全局观点,生产观点和经济观点。树立正确的设计思想和严肃认真的工作态度,培养学生调查研究,查阅技术文献资料,手册进行工程运筹,图样的绘制及编写技术文件的独立工作能力.毕业设计,通过到工厂的实际调研,对设计内容有了基本的了解,并仔细观察和了解各加工工序的加工过程,查阅了大量的资料,在同学的帮助和老师的指导下完成了设计任务,并编写了设计说明书。

就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的技术工作打下一个良好的基础。

由于能力和经验的有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。零件的分析

1.1 零件的作用

题目所给定的零件是填料箱压盖（附图1），其主要作用是保证对箱体起密封作用，使箱体在工作时不至于让油液泄漏。

1.2 零件的工艺分析

填料箱盖的零件图中规定了一系列技术要求：（计简明手册》）

1.4-28《机械制造工艺设1． 以ф65H5（00.013）轴为中心的加工表面。

包括：尺寸为ф65H5（00.013）的轴，表面粗糙度为1.6, 尺寸为ф80的与ф65H

50.0360（00.013）相接的肩面, 尺寸为ф100f8(0.090)与ф65H5（0.013）同轴度为0.0250.046的面.尺寸为ф60h5(0)与ф65H5（00.013）同轴度为0.025的孔.0.0462.以ф60h5(0)孔为中心的加工表面.0.046尺寸为78与ф60H8(0)垂直度为0.012的孔底面,表面粗糙度为0.4,须研磨.0.0463.以ф60H8(0)孔为中心均匀分布的12孔,6-ф13.5,4-M10-6H深20孔深24及4-M10-6H.4.其它未注表面的粗糙度要求为6.3,粗加工可满足要求.2 工艺规程设计

2.1 毛坯的制造形式

零件材料为HT200，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,采用铸造。由于年产量为5000件，属于中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。

2.2 基准面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，3 还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。2.2.1 粗基准的选择

对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若每个工件表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的表面为粗基准）。2.2.2 精基准的选择

按照有关的精基准选择原则（基准重合原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，有中心孔，可以以中心孔作为统一的基准，但是随着孔的加工，大端的中心孔消失，必须重新建立外圆的加工基面，一般有如下三种方法：

当中心孔直径较小时，可以直接在孔口倒出宽度不大于2㎜的锥面来代替中心孔。若孔径较大，就用小端口和大端外圆作为定位基面，来保证定位精度。

采用锥或锥套心轴。

精加工外圆亦可用该外圆本身来定位，即安装工件时，以支承轴颈本身找正。

2.3 制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.3.1 工艺线路方案一

工序Ⅰ 铣削左右两端面。

工序Ⅱ 粗车ф65，ф80，ф100，ф75，ф155外圆及倒角。车7.5槽 工序Ⅲ 钻ф30孔、扩ф32孔，扩ф47孔。

工序Ⅳ 钻6-ф13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹 工序Ⅴ 精车ф65外圆及与ф80相接的端面.0.046)孔。工序Ⅵ 粗、精、细镗ф60H8（0工序Ⅶ 铣ф60孔底面。工序Ⅷ 磨ф60孔底面。工序Ⅸ 镗ф60孔底面沟槽。工序Ⅹ 研磨ф60孔底面。工序Ⅺ 去毛刺，终检。2.3.2 工艺路线方案二

工序Ⅰ 车削左右两端面。工序Ⅱ 粗车ф65，ф80，ф75，ф155外圆及倒角。工序Ⅲ 钻ф30孔、扩ф32孔，扩ф47孔。工序Ⅳ 精车ф65外圆及与ф80相接的端面.0.046)孔。工序Ⅴ 粗、精、细镗ф60H8（0工序Ⅵ 铣ф60孔底面 工序Ⅶ 磨ф60孔底面。工序Ⅷ 镗ф60孔底面沟槽。工序Ⅸ 研磨ф60孔底面。

工序Ⅹ 钻6-ф13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹 工序Ⅺ 去毛刺，终检。2.3.3 工艺方案的比较与分析

上述两个方案的特点在于：方案一是采用铣削方式加工端面，且是先加工12孔后

0.046)孔。精加工外圆面和ф60H8（0；方案二是使用车削方式加工两端面，12孔的加工放在最后。两相比较起来可以看出，由于零件的端面尺寸不大，应车削端面，在中批生产中，综合考虑，我们选择工艺路线二。

但是仔细考虑，在线路二中，工序Ⅳ 精车ф65外圆及与ф80相接的端面.然后工序Ⅹ 钻6-ф13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹。这样由于钻孔属于粗加工，其精度要求不高，且切削力较大，可能会引起已加工表面变形，表面粗糙度的值增大。因此，最后的加工工艺路线确定如下：

工序Ⅰ 车削左右两端面。

工序Ⅱ 粗车ф65，ф80，ф75，ф155外圆及倒角。工序Ⅲ 钻ф30孔、扩ф32孔，扩ф47孔。

工序Ⅳ 钻6-ф13.5孔,2-M10-6H,4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹 工序Ⅴ 精车65外圆及与80相接的端面.0.046)孔。工序Ⅵ 粗、精、细镗ф60H8（0工序Ⅶ 铣ф60孔底面 工序Ⅷ 磨ф60孔底面。

工序Ⅸ 镗ф60孔底面沟槽。工序Ⅹ 研磨ф60孔底面。工序Ⅺ 去毛刺，终检。

以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“填料箱盖”零件材料为HT200钢，硬度为HBS190~241，毛坯质量约为5kg，生 5 产类型为中批生产，采用机器造型铸造毛坯。

根据上述材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

（1）外圆表面(ф65、ф80、ф75、ф100、ф91、ф155)考虑到尺寸较多且 相差不大，为简化铸造毛坯的外形，现直接按零件结构取为ф84、ф104、ф160的阶梯轴式结构，除ф65以外，其它尺寸外圆表面粗糙度值为Ra=6.3um只要粗车就可满足加工要求,以ф155为例,2Z=5mm已能满足加工要求.（2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差。查《机械制造工艺设计简明 手册》（以下简称《工艺手册》表2.2-1,铸件轮廓尺寸(长度方向>100～160mm,故长度方向偏差为2.5 mm.长度方向的余量查表2.2-4,其余量值规定为3.0～3.5 mm.现取3.0 mm。

（3）

32、43内孔。毛坯为实心。两内孔精度要求自由尺寸精度要求，Ra 为 6.3,钻——扩即可满足要求。

0.046（4）内孔ф60H8(0)。要求以外圆面ф65H5（0定位，铸出毛坯孔ф30。0.013）查表2.3-9, 粗镗ф59.5 2Z=4.5 精镗 ф59.9 2Z=0.4 0.046细镗ф60H8(0)2Z=0.1 0.046(5)ф60H8(0)孔底面加工.按照<<工艺手册>>表2.3-21及2.3-23 1.研磨余量 Z=0.010～0.014 取Z=0.010 2.磨削余量 Z=0.2～0.3 取Z=0.3 3.铣削余量 Z=3.0—0.3—0.01=2.69(6)底面沟槽.采用镗削,经过底面研磨后镗可保证其精度.Z=0.5(7)6—13.5孔及2—M10—6H孔、4—M10—6H深20孔。均为自由尺寸精度要求。

1．6—13.5孔可一次性直接钻出。

2．查〈〈工艺手册〉〉表2.3—20得攻螺纹前用麻花钻直径为ф8.5的孔。

钻孔 ф8.5 攻螺纹 M10 6 2.5 确定切削用量及基本工时

2.5.1 工序Ⅰ：车削端面、外圆 本工序采用计算法确定切削用量 加工条件

工件材料：HT200，铸造。

加工要求：粗车ф65、ф155端面及ф65、ф80、ф75、ф100，ф155外圆，表面粗糙度值Ra 为6.3。

机床：C620—1卧式车床。

刀具：刀片材料为YG6，刀杆尺寸为16mmX25mm，kr=90°,r0=15°，0=12

rR=0.5mm。

计算切削用量

（1）粗车ф65、ф155两端面

确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向单边余量为31.25mm，则毛坯长度方向的最大加工余量为4.25mm,分两次加工,ap=2mm计。长度加工方向取IT12级，取（第三版）（以下简称《切削手册》0.04mm。确定进给量f:根据《切削用量简明手册》表1.4,当刀杆16mmX25mm, ap小于等于2mm时,以及工件直径为ф160时。

f=0.5～0.7mm/r 按C620—1车床说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.5 mm/r计算切削速度: 按《切削手册》表1.27,切削速度的 计算公式为

Vc=

cvTapfmxvyv·kv(m/min)„„„„„„„„„„2.1 式中, cv=1.58,xv=0.15,yv=0.4，m=0.2。修正系数kv见《切削手册》表

1.28,即

kmv=1.44, ksv=0.8, kkv=1.04, kkrv=0.81, kBV=0.97 所以

Vc=

1.581.440.81.040.810.97 0.20.150.46020.5 =66.7(m/min)确定机床主轴转速 ns= 1000VC100066.7==253(r/min)d3.14847 按机床说明书（见《工艺手册》表4.2—8）与253r/min相近的机床 转速有230r/min及305r/min。现选取305r/min。如果选230m/min，则速度损失较大。所以实际切削速度 V=80m/min（2）粗车ф160端面

确定机床主轴转速: ns=1000VC100066.d=714160=133(r/min)3.按机床说明书（见《工艺手册》表4.2—8）与133r/min相近的机床 转速有120r/min及150r/min。现选取150r/min。如果选120m/min，则速度损失较大。所以实际切削速度 V=75.4m/min 2.5.2 工序Ⅱ：粗车65,80,75,100外圆以及槽和倒角

切削深度:先84车至80以及104车至100。进给量: 见《切削手册》表1.4 Vcvc=Tmaxvyvkv(m/min)

pf =

1.58600.220.150.50.41.440.81.040.810.97

=66.7(m/min)确定机床主轴转速: n1000VC100066s=d=.7.14104=204(r/min)3按机床选取n=230 r/min。所以实际切削速度

V=

dn.141042301000=

31000=75.1 m/min 检验机床功率: 主切削力

FCc=CFcaxFCpf

yFvnFCckFC„„„„„„„„„„„„„2.2 式中：CFC=900, xFC=1.0 , yFC=0.75 , nFC=-0.15

kHBnMF=（F2000.190)(190)41.02 kkr=0.73 所以

FC=9001.50.50.7566.70.151.020.73598(N)

切削时消耗功率

Pc=

FcVc59866.70.665(KW)

61046104由《切削手册》表1.30中C630-1机床说明书可知, C630-1主电动机功率为7.8KW,当主轴转速为230r/min时,主轴传递的最大功率为2.4KW,所以机床功率足够,可以正常加工。

（2）粗车65外圆

实际切削速度

V=

dwnw1000=

3.143056562.3m/min

1000

（2）粗车75外圆

取 nw=305r/min 实际切削速度

V=

dwnw1000=

3.143057571.9m/min

1000计算切削工时： 按<<切削手册>>表6.2-1，取

L=81=3mm, L2=0mm。

t=

ll1l2833i0.564min nf3050.5（3）粗车100外圆

取 nw=305r/min 实际切削速度

V=(4)粗车@100外圆 取N=305r/min 实际切削速度 V=---∏DwNw—--（5）车槽7.5.采用切槽刀，rR=0.2mm 根据《机械加工工艺师手册》表27-8

取 f=0.25mm/r nw=305r/min 2.5.3 工序Ⅲ 钻扩32mm、及43mm孔。Z3025摇臂钻床（1）钻孔25mm

f=0.41mm/r（见《切削手册》表2.7）

v=12.25m/min（见《切削手册》表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）

ns1000v100012.25130(r/min)dw30dwnw1000=

3.143057571.9m/min

1000按机床选取：

nw=136r/min（按《工艺手册》表4.2-2）

所以实际切削速度

vdwnw100025136100010.68m/min

（2）钻孔32mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔的进给量与切削速度之关系为

f=（1.2~1.3）f钻 v=（11~）v钻 2310 公式中f钻、v钻为加工实心孔时的切削用量，查《切削手册》

得 f钻=0.56mm/r（表2.7）

v钻=19.25m/min（表2.13）

并令： f=1.35 f钻=0.76mm/r 按机床取f=0.76mm/r

v=0.4v钻=7.7m/min

ns1000v10007.776.6r/min d32按照机床选取

nw97r/min

所以实际切削速度：

vdwnw1000327810007.84m/min

（3）钻孔47mm

根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/2~1/3，故

f=按机床取f=0.76mm/r

V=0.4V钻7.7m/min

ns1000v10007.752.6r/min d3.144711f钻0.60.2mm/r 33按机床选取：

nw97r/min

所以实际切削速度为：

vdwnw10004797100014.13m/min

2.5.4 工序Ⅳ 钻6—13.5, 2-M10-6H, 4-M10-6H深孔深24（1）钻6-13.5

f=0.35mm/r

V=17mm/min

所以 n=按机床选取：

n400r/min

1000V=401(r/min)

13.5w所以实际切削速度为：

vdwnw13.54001000100016.95m/min（2）钻2M106H底孔Φ8.5

f=0.35mm/r v=13m/min 所以n=

1000v8.5=487r/min 按机床选取

nw500r/min

实际切削速度

vdwnw10008.5500100013.35m/min（3）4M106H深20，孔深24，底孔Φ8.5

f=0.35mm/r v=13m/min

所以 n=

1000v8.5=487r/min 按机床选取

nw500r/min

实际切削速度

vdwnw8.55001000100013.35m/min（4）攻螺纹孔2M106H

r=0.2m/s=12m/min

所以 ns382r/min

按机床选取

nw315r/min则

实际切削速度

vdwnw10001031510009.9m/min

（5）攻螺纹4-M10

r=0.2m/s=12m/min 所以 ns382r/min

按机床选取

nw315r/min则

实际切削速度

vdwnw10001031510009.9m/min

2.5.5 工序Ⅴ：精车Φ65mm的外圆及与Φ80mm相接的端面 车床：C620-1（1）精车端面

Z=0.4mm

ap0.2mm

f0.1mm/r

计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=90min）

vccvkv(m/min)

Tmapxvfyv式中cv158，xv0.15, yv0.4，m0.15修正系数kv见《切削手册》表1.28 所以

vccvTmapvfxyvkv1581.440.81.040.810.97257m/min

600.150.20.150.10.4ns1000vc10002571023r/min dw80按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）与1023r/min。如果选995r/min，则速度损失较大。

所以实际切削速度

v120080301m/min

1000（2）精车Φ65外圆

2Z=0.3 f=0.1mm/r

vccvkv(m/min)

Tmapxvfyv式中cv158，xv0.15, yv0.4，m0.15修正系数kv见《切削手册》表1.28 所以

vccvTmapvfxyvkv1581.440.81.040.810.97257m/min

600.150.20.150.10.4nw1200r/min

所以实际切削速度

v120065245m/min

1000（3）精车外圆Φ100mm 2Z=0.3mm Z=0.15mm f=0.1mm/r

vc257m/min

取 nw1200r/min

实际切削速度

1200100376.8m/min

1000v0.046)mm孔 2.5.6 工序Ⅵ：精、粗、细镗60H8(0（1）粗镗孔至Φ59.5mm

2Z=4.5mm则 Z=2.25mm

nw1000v100035185r/min d60 14 查有关资料，确定金刚镗床的切削速度为v=35m/min，f=0.8mm/min由于T740金刚镗主轴转数为无级调数，故以上转数可以作为加工时使用的转数。（2）精镗孔至Φ59.9mm

2Z=0.4mm，Z=0.2mm

f=0.1mm/r v=80m/min

nw1000v100080425r/min d3.14600.046)mm（3）细镗孔至60H8(0由于细镗与精镗孔时共用一个镗杆，利用金刚镗床同时对工件精、细镗孔，故切削用量及工时均与精樘相同。

ap0.05mm

f=0.1mm/r

nw=425r/min

V=80m/min 2.5.7 工序Ⅶ：铣Φ60孔底面 铣床：X63 铣刀：选用立铣刀 d=10mm L=115mm 齿数Z=4 切削速度：参照有关手册，确定v=15m/min

aw7mm

ns1000v100015=477.7r/min dw10采用X63卧式铣床，根据机床使用说明书（见《工艺手册》表4.2-39）

取 nw=475r/min 故实际切削速度为：

vdwnw100010475100014.9m/min

当nw475r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为

fmfzznw0.084475150mm/min

查机床说明书，刚好有fm150m/min故直接选用该值。倒角1x45°采用90°锪钻

2.5.8 工序Ⅷ：磨Φ60孔底面 ①．选择磨床：

选用MD1158（内圆磨床）②．选择砂轮：

见《工艺手册》第三章中磨料选择各表，结果为A36KV6P 20x6x8mm ③．切削用量的选择：

砂轮转速 n砂1500r/min，v砂27.5m/s 轴向进给量 fa3mm 径向进给量 fr0.015mm

2.5.9 工序Ⅸ： 镗Φ60mm孔底沟槽

内孔车刀 保证t=0.5mm，d=2mm 2.5.10 工序Ⅹ： 研磨Φ60mm孔底面

采用手工研具进行手工研磨：Z=0.01mm

YIYIJINGDAOCI 结束了

3专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第6道工序——钻12孔的钻床专用夹具。本夹具将用于Z3025摇臂钻床。刀具为麻花钻。

3.1 问题的指出

本夹具主要用来钻12孔，由于工艺要求不高，因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

3.2 夹具设计

3.2.1 定位基准的选择

由零件图可知，12孔中，6—13.5在圆周上均匀分布,2—M10，4—M10也为对称分布，尺寸精度为自由尺寸精度要求。其设计基准为两对称孔中心距，由于难以使工艺基准与设计基准统一，只能以65外圆面作为定位基准。

为了提高加工效率及方便加工，决定钻头材料使用高速钢，用于对12孔进行加工。同时，为了缩短辅助时间，准备采用气动夹紧。3.2.2 切削力及夹紧力的计算

刀具：高速钢麻花钻头，尺寸为13.5。

则轴向力：见《工艺师手册》表28.4

F=CFd0zFfyFkF„„„„„„„„„„„„„„3.1 式中： CF=420，ZF=1.0, yF=0.8, f=0.35 kF=（HBnF2001.3)()1.07 190190F=42013.51.00.350.81.072123(N)

转矩

T=CTd0ZTfyTkT

式中: CT=0.206, ZT=2.0, yT=0.8 T=0.20613.52.00.350.81.0717.34(NM)

TV17.3416.950.726KW 30d03013.5功率 Pm=在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=K1K2K3K4

式中 K1—基本安全系数，1.5;K2—加工性质系数，1.1;K3—刀具钝化系数, 1.1;K4—断续切削系数, 1.1 则 F/=KF=1.51.11.11.121234239(N)

气缸选用100mm。当压缩空气单位压力P=0.6MPa,夹紧拉杆D25mm。

N= N>F

钻削时 T=17.34 NM

切向方向所受力: F1=取f0.1

Ff=44160.1441.6(N)

Ff> F1

所以,钻削时工件不会转动,故本夹具可安全工作。

T17.34267N 3L6510(1002252)0.644416(N)

3.3 定位误差的分析

定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为止口，而该定位元件的尺寸公差为00.03，而孔径尺寸为自由尺寸精度要求，可满足加工要求。

3.4 夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动夹具，本道工序的钻床夹具选用气动夹紧方式。本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这将使整个夹具过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有两个：一是提高毛坯精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.5MPa增至0.6 MPa）以增加气缸推力。结果，本夹具结构比较紧凑。

钻床夹具的装配图及零件图分别见附图3及附图4。

课程设计心得体会

参考文献

1.《机床夹具设计》 第2版 肖继德 陈宁平主编 机械工业出版社 2.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》 孙丽媛主编 冶金工业出版社 3.《机械制造工艺学》 周昌治、杨忠鉴等 重庆大学出版社 4.《机械制造工艺设计简明手册》李益民 主编 机械工业出版社 5.《工艺师手册》 杨叔子主编 机械工业出版社

6.《机床夹具设计手册》

王光斗、王春福主编 上海科技出版社 7.《机床专用夹具设计图册》南京市机械研究所 主编 机械工业出版社 8.《机械原理课程设计手册》 邹慧君主编 机械工业出版社

9.《金属切削手册》第三版 上海市金属切削技术协会 上海科学技术出版社10.《几何量公差与检测》第五版 甘永立 主编 上海科学技术出版社 ．《机械设计基础》 第三版 陈立德主编 高等教育出版社 12．《工程材料》 丁仁亮主编 机械工业出版社 13．《机械制造工艺学课程设计指导书》，机械工业出版社 14．《机床夹具设计》 王启平主编 哈工大出版社 15.《现代机械制图》 吕素霞 何文平主编 机械工业出版社

全文总结

本文是针对如何提高填料箱盖的加工质量以及如何缩短产品生产周期提出的基于UG的填料箱盖的工艺规程及夹具设计。本文的重点是对填料箱盖加工路线的确定，制定工序卡片，然后对工序4中的钻12孔进行专用夹具设计。在本次设计中，我主要从以下方面得到了收获：

（1）在工艺规程设计的方面，对基准面的选择是十分重要的，正确合理的基准面对加工质量的保证，生产率的提高有很大的作用。最终经过多方面的比较最终确定零件的粗基准和精基准，在工艺路线的确定方面，我设计出了两个不同的方案，两个方案的不同之处在于对零件加工的顺序不一样，经过多方面的分析，我最终选择了工艺路线方案二，并对其进行了改进。

（2）在确定工艺路线后，对工件的加工余量以及工时的确定也是十分重要的，我查阅了《工艺手册》及《切削手册》，对切削力进行计算，对工件的强度进行校核，最终确定零件的切削用量以及各工序的工时。

（3）在进行对工序4的加工12孔进行专业夹具设计，由于12孔中6-φ13.5，2-M10,4-M10,为平均分布，尺寸精度为自由尺寸精度要求。其设计基准为两对称孔中心距，由于难以使工艺基准与设计基准统一，选择以φ65外圆面作为定位基准。在选定定位基准后，夹紧方式的选择成了重点，考虑到夹具的体积和夹紧装卸的方便性，所以采用气动夹紧。最终确定夹具的结构。

第二篇：填料塔课程设计

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课程设计

题 目：

填料吸收塔的设计

教 学 院：

化学与材料工程学院

专

业：

应用化工技术2010级（1）班

学

号：

201030820139

学生姓名：

曹婧婕

指导教师：

屈媛老师

2012年 6 月 3 日

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课程设计任务书

2011 ～ 2012 学年第 2 学期

学生姓名： 曹婧婕 专业班级： 10应用化工技术

指导教师： 屈 媛 工作部门： 化材学院化工教研室

一、课程设计题目

填料吸收塔的设计

二、工艺条件

1．处理能力：1500m3/h混合气（空气、SO2）2．年工作日：300天

3．混合气中含SO2： 3%（体积分数）4．SO2排放浓度：0.16％ 5．操作压力：常压操作 6．操作温度：20℃

7．相对湿度：70%

8．填料类型：自选

(塑料鲍尔环，陶瓷拉西环等)9．平衡线方程：

(20℃)

三、课程设计内容

1．设计方案的选择及流程说明；

2．工艺计算；

3．主要设备工艺尺寸设计；

（1）塔径的确定；

（2）填料层高度计算；

（3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。

4．辅助设备选型与计算。

四、进度安排

1．课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书；

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2．设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工

协作，较好完成设计任务；

3．计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4.课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表

表达自己的设计思想及设计成果。

五、基本要求

1．格式规范，文字排版正确；

2.主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算；

3．工艺流程图：以2号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点；

4.填料塔工艺条件图：以2号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；

5.按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。

教研室主任签名：

年 月 日

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第一章

概

述

1.1设计依据

本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计

1、填料的选择

由于水吸收S02的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在散装填料中，金属鲍尔环填料的综合性能较好，故此选用DN38金属鲍尔环填料。

2、吸收塔的物料衡算

3、填料塔的工艺尺寸计算

主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降。

4、设计液体分布器及辅助设备的选型

5、绘制有关吸收操作图纸

1.2设计任务及要求

1、原料气处理量：1500m/h混合气（空气、SO2）

2、年工作日：300天

3、混合气中含SO2:3％(体积分数)

4、SO2排放浓度：0.16％

5、操作压力：常压操作

6、操作温度：20℃

7、相对湿度：70％

8、填料类型：金属鲍尔环

9、吸收剂：清水

10、平衡线方程：y=66.76676x1.15237(20℃)

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第二章

设计方案的简介

2.1塔设备的选型

塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备，它是关键的设备。例如在气体吸收、液体精馏（蒸馏）、萃取、吸附、增湿中、、离子交换等过程中都有体现。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

其中填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。它是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上，液相由上而下接触，传热和传质主要在填料的表面进行，填料的选择是填料塔的关键。

填料塔制造方便，结构简单，采用材料可是耐腐蚀的材料或者是金属以及塑料，在塔径较小的情况较有效，使用金属材料省，一次投料较少，塔高较低。

表1 填料塔与板式塔的比较

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

填料塔

Φ800mm以下，造价低，直径大则价高

板式塔

Φ600mm以下时，安装困

难

用小填料时，小塔的效率高，塔径增大，效率下降，效率较稳定。大塔板效率

所需高度急增 比小塔板有所提高

空塔速度（生产能力）低

空塔速度高

大塔检修费用高，劳动量大 检修清理比填料塔容易

压降小。对阻力要求小的场合较适用（如：真空操作）压降比填料塔大 对液相喷淋量有一定要求

内部结构简单，便于非金属材料制作，可用于腐蚀较

严重的场合 持液量小

气液比的适应范围大 多数不便于非金属材料的制作 持液量大

选塔的基本原则：

1、生产能力大，有足够的弹性。

2、满足工艺要求，分离效率高。

3、运行可靠性高，操作、维修方便，少出故障。

4、结构简单，加工方便，造价较低。

5、塔压降小。

综上考虑，吸收1500m3/h含3%的生产任务不是很大，由于它结构简单，造价

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较低，便于采用耐蚀材料使得寿命较长，我们采用填料吸收塔完成该项生产任务。

2.2填料吸收塔方案的确定

1、装置流程的确定

装置流程的主要有以下几种：

①逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相由塔顶流入由塔底流出，其传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用此操作。

②并流操作

气液两相均由塔顶流向塔底，其系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，液流对推动力影响不大；易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全；吸收剂用量很大，逆流操作易引起液泛。

③吸收剂部分循环操作

在逆流操作过程中，用泵将吸收塔排除的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，通常以下情况使用：当吸收剂用量较少，为提高塔的喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温度升高，需取出一部分热量。该流程特别适用于相平衡常数m较小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的利用率。需注意吸收剂的部分再循环较逆流操作费用的平均推动力较小，且需设置循环泵，操作费用提高。

由于二氧化硫在水中的溶解度很大。逆流操作时平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最佳选择。

2.3吸收剂的选择

吸收过程是依靠气体溶质在溶剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂的性能的和优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择时有以下考虑方面：

①溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。

②选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的选择吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。

③挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，要减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发和损失。

④粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。

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⑤其他 所选的吸收剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。

在吸收空气中少量的二氧化硫时，水是最理想的溶剂，由于二氧化硫在水中的溶解度很大；常温常压下，水的挥发度很小；粘度较小；价格低廉等。

2.4操作温度与压力的确定

1、操作温度的确定

由于吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度。即低温有利于吸收，当操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。

2、操作压力的确定

由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加因此需结合具体工艺的条件综合考虑，以确定操作压力。

在该任务中，由于在常温常压下操作且在此条件下二氧化硫的溶解度很大，且受温度与压力的影响不大，在此不做过多的考虑。

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第三章

填料的类型与选择

3.1 填料的类型

填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。

填料的种类很多，根据装填的方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。

1、散装填料

散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。以下是典型的散装填料：

①拉西环填料 拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小，目前工业上用得较少。

②鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗口，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶诸舌叶的侧边与环中间相搭，可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比通量可提高50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。

③阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进。鲍尔环相比阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形的翻边由于高径比减少，使得气体绕填料外外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料层之间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新。有利于传质效率的提高。

2、规整填料

规整填料是按一定的的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。

波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困难、造

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价高。

3.2填料的选择

1、填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：

①传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料

②通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料

③填料层的压降要低

④填料抗污堵性能强，拆装、检修方便 2．填料规格的选择

填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。

（1）散装填料规格的选择 工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于或等于10～15。

（2）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。

应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。

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3.填料材质的选择

填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。

(1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其 最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。

(2)金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl– 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。

一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。

(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。

塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。

综上对各种类型、各种规格填料的分析，对于在20℃，101.325KPa下吸收1500m3/h空气含3%的二氧化硫，由于操作温度及操作压力较低，工业上常用散装填料。故选用DN38金属鲍尔环填料。

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第四章

填料塔工艺尺寸

4.1基础物性数据

1、液相物性数据

对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的物性数据： 密度为 ρL=998.2kg/m3 粘度为

μL=1.005mpa.s

表面张力

σL =72.88dyn/cm=944524.8kg/h2

SO2在水中的扩散系数为

DL=1.47×10-5cm2/s=5.29×10-６m2/h

2、气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

MVm=yiMi=0.03×64.07+0.97×29=30.05 混合气体的平均密度m

ρ=VmPMVmRT=

101.32530.058.314293=1.250kg/m3

对于低浓度该气体粘度近似的取空气粘度。查手册地20℃空气的粘度为 μV=1.81×10-5 Pa·s=0.065 kg/(m·h)查手册得SO2在空气中的扩散系数为 DV=0.108cm2/s=0.039m2/h

3、气液相平衡数据

由手册查得，常压下，20℃时，SO2在水中的亨利系数为 E=3550kPa 相平衡常数为

m=E/P=3550/101.325=35.036

溶解度系数为

H=

LEMS=

998.2355018.02=0.0156kmol/(KPa·h)

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4.2物料衡算

进塔的气相摩尔比为

Y1=

y11y=

0.0310.03=0.0309

1出塔的气相摩尔比为

y0.0016Y22=1y=10.0016=0.0016

2进塔惰性气相流量为

G=

1500×27322.4293×(1-0.03)=60.522kmol/h 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为一条直线，最小液气比为

(L1Y2V)min=

YY=

0.03090.00161/mX20.0309/32.036=33.222

取操作液气比为

LV=1.5（LV)min=1.5×33.222=49.833

L=49.833×60.522=3015.993kmol/h

4.3填料塔的工艺尺寸的计算

1、塔径计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相的质量流量为 qmG=1500×1.250=1875kg/h 液相质量流量可近似按纯水的质量流量计算，即 qmL=3015.993×18.02=54348.1939kg/h

Eckert通用关联图的横坐标为

X=

qmGV0.5543448.19391.250q(=1.025723

mL)=

L1875（998.2)0.5查Eckert通用关联图得

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Y=

u2FFGgLμ

0.2L=0.0225 查表DN38金属鲍尔环填料泛点填料因子平均值为

Φ-1 F=165 muf=2.493m/s

取泛点率为0.7

u=2.493×0.7=1.7451m/s 由

D=

4VS1500/36003.14u=

43.141.7451=0.55 圆整塔径，取D=0.6m 泛点率校核：

u=

1500/36003.14/40.62=1.474m/s

uu=

1.474F2.493×100% =59.13﹪(在允许范围内)填料规格校核：

Dd=600/38=15.79>10 故选择填料适宜 液体喷淋密度校核： 取最小润湿率为(LW)min=0.08m3/(m×h)查表得：

DN38鲍尔环填料的比表面积 at=146m2/m3

Umin=(LW)min

a32

t=0.08×146=11.68 m/m·h

U=

54348.1939/998.20.7850.62=192.66〉Umin

经校核 D=0.6m合理

2、填料层高度的计算

Y*

=mX1=35.036×0.000588=0.02066

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*Y2=0平均推动力求解法：

△Y1=Y1-Y1*=0.0309-0.0206=0.0103

△ Y2=Y2-Y2*=0.0016 △ Ym=(△Y1-△Y2)/ln(△Y1-△Y2)=(0.0103-0.0016)/ln(0.0103/0.0016)=0.004672

NOG=(Y1-Y2)/△Ym

=(0.0309-0.0016)/0.004672=6.2714 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

awat=1-exp{-1.45（CLUaUUL)0.75(L)0.1(L2t)-0.05()0.2}

LLatatLLg22查表得：σc =33dyn/cm=427680kg/h2 液体的质量通量为

UL=

54348.19390.7850.62=192314.911Kg/(m·h)

192314.9111463.622awat=1-exp{-1.45（427680944524.8)0.75()0.1（192314.911146998.21.271028)-0.05

*（192314.911998.2944524.8146)0.2}=0.908258 气膜吸收系数由下式计算

kG=0.237(气体质量通量为

UV=6634.81951460.065UVatV)0.7（VVDV)1/3（atDVRT)

15001.2500.7850.62=6634.8195 kG=0.237()（0.7

0.0651.2500.039)（1/

31460.0398.314293)=0.059749kmol/(m2 h·kPa)液膜系数由下式计算

kL=0.0095（ULawL)2/3（LLDL)-1/2（LgL)1/3

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=0.0095(192314.9112/3

.6-1/

2.61.271080.9082581463.6)（3998.25.2910_6)

（3998.2)1/3 =1.52981 kmol/(m2 h·kPa)由kGa=kGawψ1.1查表得

=1.45 则

kGa=kGa1.1wψ

=0.059749×0.908258×146×1.451.1=11.92333kmol/(m2h·kPa)

kLa=kLawψ0.4 =1.52981×0.908258×146×1.450.4=235.3677 kmol/(m2h·kPa)

uu=1.474/2.493=59.13％＞50%

F由k/Ga=〔1+9.5（uu-0.5）1.4〕kGa

F=[1+9.5（0.5913-0.5）1.4] ×11.92333 =15.89324 kmol/(m2h·kpa)k/La=〔1+2.6（uu-0.5）1.4〕kLaF

=[1+2.6(0.5913-0.5)2.2]×235.3677 =238.5282 kmol/(m2h·kpa)KGa=

11=

11=3.01512 k/1/GHkLa15.8932410.0156238.5282由

HOG=VK=

V.522YaKGaP=

603.01512101.3250.7850.62=0.701m Z=HOGNOG=0.701×6.2714=4.3963m Z/=1.25×Z=1.25×4.3963=5.4954m 设计取填料塔的高度为Z/=6m

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表2 散装填料分段高度推荐值

填料类型 拉西环 矩鞍 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 h/D 2.5 5～8 5～10 8～15 8～15 /m ≤4

≤6

≤6

≤6

≤6

查表，由散装填料分段高度推荐值得： 对DN38鲍尔环填料

h/D=7.5 hmax≤6m 取h/D=7.5，则 h=7.5×600mm=4500mm

4.4 填料层压降的计算

采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为

X=

qmG.2500.5q(V.5=

543448.1939mL)0L1875（1998.2)=1.025723 查表，DN38金属鲍尔环填料因子平均值为

ΦP=165 m-1 纵坐标为

2Y=u2Pvgμ

0.21.4741651.45L=

*

1.250L9.81998.2*（1.005*10-3）0.2=0.0167 查Eckert关联图得

△P/Z=400Pa/m 填料层压降为

△P=400×6=2400Pa

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第五章

辅助设备的设计与计算

5.1除雾沫器

穿过填料层的气体有时会夹带液体和雾滴，因此需在塔顶气体排出口前设置除沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，SO2溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。

丝网除雾沫器：一般取丝网厚度H=100~150 mm，气体通过除沫器的压降约为120~250 pa 通过丝网除沫器的最大气速

umax=k

LGG=0.08

5998.21.2501.250 =2.4m/s 实际气速为最大气速的0.75~0.8倍 所以实际气速

u=0.75×2.4=1.8 m/s 所以丝网除沫器直径

D=

G/u/4=

1500/(36001.8)3.14/4=0.543m 5.2液体分布器和气体分布器的简要设计

5.2.1、液体分布器选择

1、液体分布器的选型

在选择液体分布器时，应考虑以下几方面：

a.具有与塔填料相匹配的分液点密度，并保证分布均匀 b.操作弹性较大，定位性好

c.为气体提供最大的自由截面率，实现气体均布，而且阻力小 d.抗污性能好，不易赌塞，不易产生物泡沫夹带和发泡 e.结构合理，便于安装、调整和维护 其结构形式有：

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a.管式喷淋器

其结构形式比较简单

b.莲蓬式喷洒器

一般用于直径600mm以下的塔 c.盘式分布器

适用于直径800mm以上的塔

d.槽式分布器

对于大塔径的分布器可采用板式或槽式分布器

该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低可采用槽式液体分布器。按Eckert建议值，D≥1200时，喷淋密度为42点/m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为120点/m2

布液点数为n=0.785×0.62×120=33.912≈34点

5.3填料支承装置

填料支承结构用于支承塔内填料及所有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易卸装等。常用填料支承板油栅板式和气体喷射式。这里选用分块梁式支承板。

表3 分块梁式支承板的设计参考数据

塔公称直径/mm 1200 支承板外径/mm 1160

400

分块数

支承圈宽度

支承圈厚度

近似重量/N

（梁型气体喷射式填料支承板）

（分块式填料支撑）

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上图列出了集中常见的填料支撑装置。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。

5.4管子、泵及风机的选用

1、管子的选用(1)液体管道的选用 液体的质量流量为

qmG=54348.1939kg/h

VL=54348.1939/(998.2×3600)=0.015124m3/s 取液体的流速为1.3m/s 则

10.0151244πdi2=

1.3

di=0.122m=122mm

取公称直径Dg= 122mm 壁厚 S=4.0mm 外径为Dw= 130mm 流速

u=

0.0151241=1.294m/s

40.1222(2)气体管道的选用

V

3V=1500/3600=0.417 m/s 取气体的流速为8 m/s

1'24πdi=0.417/8

d'i=0.258m= 258mm 取公称直径为

Dg=250mm

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壁厚 S=7mm 外径为Dw=272mm 流速

u=

0.41710.2582 =7.98m/s

42、管子的阻力的计算(1)液体的管路计算

Re=du0.1221.294998.2=

0.001=157583.8376（3×103<553402.08<3×106）用顾硫珍公式： =0.0056+0.500/Re0.25 =0.0307 令管子的总长度为(l+le)10m hf=λ（lle)u2=0.0307×

101.2942d2g0.122×

29.81=0.215m

he=ΔZ+ΔP/(ρg)+∑hf =6+0.215=6.215m(2)气体的管路计算

Re=

du0.2587.981.25=

0.065=39.593

λ=64/Re=64/39.593=1.616 令管路的总长(l+le)=2.5m hlu22f =λ（le)=1.616*

2.57.98d2g0.258*

29.81=50.824m

he=ΔZ+ΔP/(ρg)+∑hf =6+50.824=56.824m

3、离心泵的选用

泵的选型由计算结果可以选用:IS100-80-125型泵

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第六章 塔体附件设计

6.1塔的支座

选用裙座为塔的支座，其座体为圆筒，上端与塔体的封头焊接，下端与基础环，肋板焊接。基础肋板间还组成螺栓座的结构，用以安装地脚螺栓，以将塔设备固定于基础上。它具有足够的强度和刚度，承受塔体操作重量，风力，地震等引力的载荷。裙座可选用碳素钢，也可选用铸铁。

6.2其他附件

（1）接管

接管采用标准的法兰连接。（2）人孔

人孔的直径选用450mm(3)吊耳、吊柱、平台和爬梯等

按标准设计。

附录

主要符号说明 英文字母

at—填料的总比表面积，m23m；

m3g—重力加速度,9.8

1ms2;aw—填料的润湿比表面积，m2；

h—填料层分段高度,m;

hmax—允许的最大填料层高度,m;H—塔高,m;

HOG—气相总传质单元高度,m;K—稳定系数，无因次;Lh—液体体积流量,Ls—液体体积流量,mm3C—计算umax时的负荷系数,ms;Cs—气相负荷因子,d—填料直径,m;d0—筛孔直径,m;D—塔径,m;DL—液体扩散系数,DV—气体扩散系数,mm2ms;

hs;;;

3ss;;

LW—润湿速率,n—筛孔数目;

m3(ms)2m—相平衡常数，无因次;

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NOG—气相总传质单元数;P—操作压力,pa;P—压力降,pa;t—筛孔的中心距,m;u—空塔气速,ms;uF—泛点气速,ms;u0—气体通过筛孔的速度,ms;uo,min—漏夜点气速,ms;U—液体喷淋密度,m3(m2h);U,kg(m2L—液体质量通量h);Umin—最小液体喷淋密度,m3(m2h);

希腊字母

—充气系数，无因次;—筛板厚度,m;—空隙率，无因次;

—黏度,mpas;—密度,kgm3;

下标

max—最大的； min—最小的； L—液相的； V—气相的。

U2V

—气体质量通量,kg(mh);

Vh—气体体积流量,m3h;Vs—气体体积流量,m3s;

qmL—液体质量流量,kgs;qmG—气体质量流量,kgs;x—液相摩尔分数;X—液相摩尔比;y—气相摩尔分数;

Y—气相摩尔比;Z—填料层高度,m;

—表面张力,m;

—开孔率或孔流系数，无因次；—填料因子,1m;

—液体密度校正系数，无因次

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参考文献

[1]王志魁.《化工原理》[M].化学工业出版社,2010年（第四版）.[2]贾绍义.《化工原理课程设计》[M].天津大学出版社,2003年（第二版）.[3]匡国柱 史启才.《化工单元过程及设备课程设计》[M].化工工业出版社，2007年（第二版）.[4]刘光启 马连湘 刘杰[M].《化学化工物性数据手册》.化学工业出版社（无机卷）[5]贾绍义 柴诚敬[M].《化工传递与单元操作课程设计》.天津大学出版社

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致

谢

对于这两周的课程设计我们算是第一次做课程设计了，也是第一次比较系统的将理论与实际相联系（虽然很大一定程度上是理论的）。在这次设计过程中，我学到了不少东西。比如，以前对亨利定律的理解完全停留在理论的层面上，但是经过这次之后，我懂得了亨利定律是很有实用价值的，它可以知道我们计算出理论中溶解度，这可以使我们认识到实际中，操作条件下，可以吸收多少二氧化硫，这样就不至于在实际中毫无头绪。还有塔径、塔高等重要数据都是可以计算出来的，虽然计算结果难免与实际有一定冲突，但是，还是有一定知道意义的，尤其是在考虑了一些实际情况后，便几乎不会有什么冲突。更重要的是，我还学会了自主学习，这次老师不是直接的教我们，而是要求我们自己查资料，这在以后的学习和生活中都是很有实际意义的。

在这两周课程设计里，我特别感谢我们组的其他三位同学，他们给与了我很大帮助，大家互帮互助，共同协作，一起圆满的完成了这项课程设计。同时从这次学习中，我看到了团队的力量真大。

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目录

第一章 概 述.......................................1 1.1设计依据........................................4 1.2设计任务及要求..................................4 第二章 设计方案的简介.................................5 2.1塔设备的选型....................................5 2.2填料吸收塔方案的确定.............................6 2.3吸收剂的选择....................................6 2.4操作温度与压力的确定.............................7 第三章 填料的类型与选择..............................8 3.1 填料的类型......................................8 3.2填料的选择......................................9 第四章 填料塔工艺尺寸...............................11 4.1基础物性数据...................................11 4.2物料衡算.......................................12 4.3填料塔的工艺尺寸的计算..........................12 4.4 填料层压降的计算...............................16 第五章 辅助设备的设计与计算..........................17 5.1除雾沫器.......................................17 5.2液体分布器和气体分布器的简要设计.................17 5.2.1液体分布器选择.............................17

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5.3填料支承装置...................................18 5.4管子、泵及风机的选用............................19 第六章 塔体附件设计...................................21 6.1塔的支座.......................................21 6.2其他附件.......................................21 附录..............................................21 参考文献.............................................23 致 谢.............................................24

第三篇：25、一台解放牌汽车后四轮发热的故障分析

一台解放牌汽车后四轮发热的故障分析

这是一台解放牌CA151前四后八型汽车，该车在购买后使用不久便出现后面四只车轮的刹车鼓发热故障。检查刹车总泵自由行程良好，四个车轮也几经拆装保养，但问题仍然没有解决，这到底是什么故障呢？为什么这么难解决？ 二00九年五月十三日下午，车主将车子开到我公司大院内向我公司技术服务部进行咨询。该车车主当时是这样说的：我的车子买到手不久便出现后四只刹车鼓发热，几次检查保养刹车总泵、制动鼓等，问题一直都没有解决。还发现车子停下后在不使用断气刹的情况下，发现后面四只刹车分泵上的推杆会非常缓慢的向外推出，不知道到底是什么原因？怎么也不能排除。

听了车主的描述后，笔者经过仔细分析后认为这是继动阀的毛病造成的。我们知道继动阀主要起“快充”、“快放”的作用。它的工作原理是：由于（中）后桥制动气室总容积较大，距主制动阀的距离又远，因此,当制动踏板踩下时到最远的那个气室气压达到相应数值的制动反映时间过长。为此在距离（中）后桥制动气室最近的位置安装一个继动阀，它由储气筒用一根较粗的主管路直接供气，再用一根较细的管路由主制动阀来控制。

当主制动阀工作时，由主制动阀上腔输出一个与制动踏板行程相应的气压信号，进入继动阀的控制口，该气压使活塞下行首先封闭排气口，进而将阀压下打开进气门，早已等候在主气路进口的压缩空气迅速通过排气口向制动气室充气从而达到快充的目的。当制动气室气压上升与控制气压相等时该气压作用在活塞下面的力与控制气压作用在活塞上面的力平衡，活塞便回升重新关闭进气口，使输出气压不再上升，达到与制动踏板行程同步随动作用。

当主制动阀解除制动时，制动气室的输出气压经主制动继动阀放空，继动阀的控制气压经主制动阀放空，制动气室回路气压迫使活塞迅速上升，重新打开排气口，气室气压经由继动阀排气口放空，从而达到“快放”的目的。

了解了继动阀的工作原理和作用后，我们就不难排除该车后面四个刹车分泵的推杆缓慢推出致使制动鼓发热的故障了。也就是说该车后面四个制动鼓发热是因为继动阀内的阀门密封不严而使储气筒内的高压空气渗漏进入制动分泵内而导致分泵推杆缓慢推出造成制动片与制动鼓之间的间隙过小甚至摩擦，故，产生了后面制动鼓发热的故障。我们在对该车辆的故障分析之后便对该车后面的继动阀做了更换处理，更换好后经过反复试车证明故障得到了彻底地解决。

在这里笔者要说明的是当主制动阀上腔密封不好时，也会输出一定气压的信号气压将继动阀内的阀门下压使继动阀的主气路被微微打开，使部分高压空气进入制动气室，使气室推杆缓慢推出，迫使刹车蹄片张开导致制动间隙过小甚至制动抱死。因此，我们在检查诊断故障时应灵活运用，不能盲目照搬。

刘从镜：2009年5月14日

第四篇：填料塔脱硫系统课程设计

一、设计目的

通过有害气体工程设计，进一步消化和巩固本门课程所学内容，并使所学知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行气态污染工程设计的初步能力。通过设计，了解气态污染物工程设计的内容、方法和步骤，培养学生确定气态污染物控制系统的设计方案、设计计算、工程制图、实用技术资料、编写设计说明书等能力。

二、设计任务：

某燃煤电厂需对产生的烟气进行脱硫，以满足环境保护要求，要求设计的净化系统效果要好，操作方便，投资省，并且达到要求之排放标准。

三、设计资料 ： 工艺流程：采用填料塔设计 2 烟气参数：

烟气流量: 2×106m3/h.烟气成分：SO2浓度5000mg/m

烟气平均分子量：30.5 烟气温度：150°C 烟气压力：1.01×105Pa 气膜传质分系数kG=1.89×10 kmol/m.s.kPa 3 吸收液参数：

采用5%(wt%)氢氧化钠水溶液,并假定NaOH与SO2发生极快不可逆反应。吸收塔进口液相吸收质浓度为0。

ρL=1000kg/ m3, =18kg/kmol（平均分子量）

ML 液膜传质分系数kL=3.54×10-4m/s 4 操作参数：泛点率：85% 液气比 L/G=4L/ m

3吸收反应温度：60°C 5 气象资料：气温 25°C ,1atm 6 填料性能：

50mm金属环鞍填料（乱堆）

填料比表面积σ：75m2/ m3 填料因子：110/m 单位体积填料层所提供的有效接触面积a=60.75 m/ m

237 设计要求：要求脱硫效率99.9%，计算出填料塔压降。画出填料塔的结构图，标出参数（包括填料塔的高度、直径）。

设计说明书：

一、填料塔

1.1 填料塔的概念及特点：

填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔型。填料塔内装有各种型式的固体填充物，即填料。液相由塔顶的喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下，气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续变化。在塔内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体和气体间的相界面上进行的。

填料塔不仅结构简单，而且有阻力小和便于使用耐磨材料制造等优点，尤其对直径较小的塔处理有腐蚀性的物料时，填料塔都表现出明显的优越感。1.2 吸收的工艺流程图

采用常规逆流操作流程，流程如下：

1.3 填料塔的组成：

1、填料

对填料的基本要求：（1）要有较大的比表面积；（2）要求有较高的孔隙率；（3）经济、实用及可靠；

2、填料塔的附属结构

填料塔的附属结构主要有支承板、液体喷淋装置、液体再分布器和除雾器等。

（1）支承板：支承填料和填料上的持液量的，它应该有足够的强度，允许气体和液体能自由的通过。支承板的自由截面不应小于填料层的孔隙率。（2）液体喷淋装置：把液体均匀分布在填料层上的装置。（常用的有：管式喷淋器、莲蓬头是喷洒器、盘式分布器）

（3）液体再分布器：用来改善液体在填料层内的壁流效应的，每隔一定高度的填料层设置一个在分布器。

（4）除雾器：出去填料层上方逸出的气体中的雾滴。

（5）气体分布装置：使气体分布均匀，同时还能防止液体流入进气管。

（6）排液装置

为了克服液体流过填料层时向塔壁汇集的倾向，以使液体亦能充分润湿塔中心的填料，当填料层高度较大时，常将填料层分成若干段。为了使填料充分润湿，以避免出现干填料的状况，一般要求液体喷淋密度在10m3hm2以上，并力求喷淋均匀。为了克服塔壁效应，塔径与填料尺寸比值至少在8以上，每段填料层的高度应为塔径的3倍左右。

填料塔的空塔气速不宜过大，一般取0.5~1.5kPa/m，液气比（L/G）为0.5~2.0kg/kg（溶解度很小的气体除外）。

二、设计计算

2.1 烟气的设计计算

2.1.1 已知：烟气流量：Q02106m3/h

SO2浓度：C05000mg/m3 烟气的平均分子量：M030.5kg/kmol

烟气温度：T0150℃ 烟气压力：P01.01106Pa

2.1.2 进入吸收塔烟气的总摩尔流量：

VQ0273P021022.4622.4273T0101.325Pa273273150101101.325

计算得：V=57439.28kmol/h 烟气质量流量：

VVM057439.2830.5=1751898.04kg/h 烟气密度：

VVQ01751898.0421060.8759kg/m

3SO2的质量流量：

vQ0C0210m/h5000mg/m10000kg/h

1633进入吸收塔SO2烟气的摩尔流量：Vso22.2 吸收液的设计计算

V1MSO210000kg/h64g/mol156.25kmol/h

2.2.1 已知：吸收液密度：L1000kg/m

平均分子量：ML18kg/kmol 液气比：L/G=4L/m

2.2.2 吸收液的体积流量：VLL03

3GQ04210810L/h

63666吸收液的质量流量：LVLL810L/h1000kg/m810kg/h

吸收液的摩尔流量：VL2.3 填料塔工艺尺寸计算 LML810186=444444.44kmol/h 2.3.1 已知：气体质量流量：V1751898.04kg/h

烟气密度：V0.8759kg/m3

液体的质量流量：L8106kg/h

液体密度：L1000kg/m3

填料因子：110/m

液体粘度：L0.903mPas

重力加速度：g=9.81m/s2 液体校正系数：水液100010001

2.3.2 泛点气速的计算

采用埃克特关联图计算泛点气速

LV通用关联图的横坐标为VL0.52uV0.2L，纵坐标gL

通用关联图在左下方的线簇为乱堆填料层的等压降线，最上方的三条分别为弦栅、整砌拉西环及乱堆填料的泛点线，与泛点线相对应的纵坐标中空塔气速u应为泛点气速uF。若已知气液两相流量比及

各自的密度，则可算出图中横坐标的值，由此点作垂线与泛点线相交，再由交点做平行线至纵坐标，从而求得泛点气速uF。

LV0.5横坐标VL0.8759=1751898.04100081060.50.135

由设计要求可知，采用乱堆填料 查埃克特通用关联图得：

2uV0.2L=0.14 gL泛点气速：

uF0.14gL0.149.81100011010.87590.9030.2V0.2L=3.81m/s 则空塔气速：u=uF85%=3.24m/s 2.3.3 塔径的计算 塔径为：

D

圆整塔径，取15m 泛点率校核：

空塔气速：uVS24VSu421063.24360014.77m

21064D43.14m/s

1536002泛点率：

uuF3.143.8182.4%(<85%在允许范围内）

由设计资料可知：金属环鞍填料：d=50mm 填料规格的校核：Dd502.3.4 核算液体喷淋密度 150003008(在允许范围内）

因填料尺寸小于75mm，取LWmin0.08m/mh

3LWmin：最小润湿速率。所谓最小润湿速率，即指在塔的横截面积上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。（对于直径不超过75mm的拉西环及其他填料，可取LW于直径大于75mm的环形填料，应取0.12m/mh。）

3min0.08m/mh；对5

填料的比表面积：75m2/m3

则：

最小喷淋密度：Umin0.08756m3/m2h 操作条件下的喷淋密度U：

U计算可知：U>Umin 所以，塔径选15m合理 2.3.5 填料层高度的计算

已知：进入吸收塔烟气的总摩尔流量：V=57439.28kmol/h

气象压强：P1atm 脱硫效率：99.9%

5%

L1000kg/mML18kg/kmol 单位体积填料层所提供的有效接触面积：a=60.75m2/m3

塔径：D=15m

52气膜传质分系数：kG1.8910kmol/mskPa

81010006415245.27m/mh

32液膜传质分系数kL3.54104m/s 进入吸收塔总烟气中SO2的摩尔分数：yA1VSO2V156.2557439.280.00272

烟气进口SO2分压：PAyAP00.00272101kPa0.27472kPa

11烟气出口SO2分压：

PA2PA1199.9%0.274720.0012.7472104kPa

液相总浓度：CTnVmMLVML10001855.56kmol/m

3塔顶处：CB21000LML1000ml/l5%1000kg/m18kg/kmol32.78kmol/m

3由设计资料可以知道，NaOH与SO2发生极快不可逆反应。吸收塔进口液相吸收质浓度CA0

2所以，进行即快速不可逆化学吸收，化学反应式为：

SO22NaOHNa2SO3H2O

由化学反应可知：b=2

用高浓度活性组分NaOH吸收时，物料衡算方程式为：

GPPAPA21bLCTCBCB2

代入已知数据得：

CB2.850.08PA 用此关系可求出塔底处CB：

1CB12.850.080.274722.83kmol/m 计算一下塔底和塔顶的临界浓度：令DADB 则在塔顶：

CkpkD1.8910kmol/msPa4bAGPA2212.747210kPa 4DBkL3.5410m/s55232计算得：

Ckp22.9310在塔底：

Ckpkmol/m

31kD1.8910kmol/mskPabAGPA1210.27472kPa 4DBkL3.5410m/s352计算得：

Ckp10.0293kmol/m

由此可见，无论是塔底还是塔顶，活性组分NaOH的浓度都超过了临界浓度，化学反应仅发生在界面上，因此可以认为全塔内均由气膜控制。传质速率方程为：

NAkGaPA kGa1.8910kLa3.54105460.751.151060.752.15103kmol/mskPaS132

气体摩尔流量：

GV4257439.28kmol/hD40.0903kmol/mS

215m22

所以填料层高度为：

hGP1PAAPdPAkGaPAGPkGa2lnPA1lnPA2

0.0903101.3251.15103

ln0.27472ln2.7472104

5.35m有计算可知，在纯水中加入大量的活性组分，发生极快速不可逆化学反应，使液相传质阻力下降为零，传质速率仅由气膜控制，使填料层高度大大降低。2.4 填料层压降的计算：

采用埃克特关联图计算填料层压降，根据已知数据，分别求出纵坐标和横坐标的值，将二者交汇于图中等压线上，即可从等压线上读出压降p/Z的值。空塔气速：u=3.14m/s 横坐标为：VLLV0.50.135

22uV0.23.1411100.8759L纵坐标：0.903g9.811000L20.08

由埃克特关联图可知：p/Z1209.81Pa/m 其中Z为填料层高度：5.35m 所以填料塔压降为：p1209.815.35Pa6298.02Pa 2.5填料塔实际高度的计算及设计图 2.5.1 塔上部空间高度，取h14m

塔釜液所占空间高度，取h28.65m

塔下部空间高度，取h35m

塔的实际高度：Hhh1h2h3h45.3548.6550.623.6m

填料塔直径：D=15m 填料层高度：h=5.35m 支承栅板高度：h4=0.6m 说明：为了使烟气与吸收液充分接触，塔釜液所占空间高度，应取大一点，故取8.65m；塔径是15m过大，填料层高度较小，为了克服塔壁效应故填料层不需要分层。2.5.2 根据以上参数画填料塔的设计图如下：

三、总结

经过一个星期的时间，终于完成了对填料塔的设计，在设计的过程中发现了许许多多在日常学习过程中没有发现的问题，对许多的概念有了深度的认识，一些参数的大小会对填料塔的脱硫效率或者会导致“范液现象”、“液封”等现象的发生。对于选择较好填料的填料塔，其单位面积填料所具有的表面积大，气体通过填料时的阻力较小。为了克服液体流过填料层时向塔壁汇集的倾向，以使液体亦能充分润湿塔中心的填料，当填料层高度较大时，常将填料层分成若干段。为了使填料充分润湿，以避免出现干填料的状况，一般要求液体喷淋密度在10m3hm以上，并力求喷淋

2均匀。为了克服塔壁效应，塔径与填料尺寸比值至少在8以上，每段填料层的高度应为塔径的3倍左右。填料塔的空塔气速不宜过大，一般取0.5~1.5kPa/m，液气比（L/G）为0.5~2.0kg/kg（溶解度很小的气体除外）。但在本次的课程设计中，烟气的流量非常的大，还要保证脱硫效率在99.9%。所以，所设计出的填料塔直径就非常大，原本填料层的高度是很大的，但由于塔径很大，所以填料层就不分层了。通过有害气体工程设计，能够进一步消化和巩固本门课程所学内容，也使所学知识系统化，达到学以致用的目的。培养我们运用所学理论知识进行气态污染工程设计的初步能力。通过设计，了解气态污染物工程设计的内容、方法和步骤，培养了我们确定气态污染物控制系统的设计方案、设计计算、工程制图、实用技术资料、编写设计说明书等能力。

当然，我觉得最重要的一点是，通过动手设计，在这个过程中才能发现问题，只有发现了问题的存在，然后通过查阅资料，通读课本文献，才能进一步找到解决问题的途径和方法。整个课程设计的过程对我来说是非常受用的，人生不正是这样吗？不断的发现问题，提出问题，解决问题，只有通过这样才能更加的完善。参考文献

[1]赵毅，李守信.有害气体控制工程[M].化学工业出版社，2001年 [2]张洪流，化工原理－传质与分离技术分册[M]，2009年

第五篇：基础工程箱型基础课程设计

基础工程箱型基础课程设计一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、概述。.............................................................................................................................................1 构造要求。.....................................................................................................................................2 荷载计算。.....................................................................................................................................2 地基承载力验算。.........................................................................................................................3 基础沉降计算。.............................................................................................................................3 基础横向倾斜计算.........................................................................................................................4 基底反力计算.................................................................................................................................4 箱基内力计算。.............................................................................................................................5 底板配筋计算。.............................................................................................................................7 底板强度计算.................................................................................................................................8

一、概述。

(一)构造：箱基是由于顶板、底板、外墙和内墙造成的。详见图示。一般有钢筋混泥土建造，空间部分可设计成地下室；作地下商城，停车场等，是多层和高层建筑中广泛采用的一种基础形式。

(二)箱基具有的特点： 1.2.3.a)b)c)具有很大的刚度和整体性，可以有效的调整基础的不均匀沉降； 抗震性能好； 有较好的补偿性：

箱型基础埋深较大，使得基底自重应力与基底接触压力相近，减少了基底附加压应力； 整体性能好使得基础不会产生较大的沉降；

承载力也能满足要求，从而有效的发挥了箱基的补偿作用。

(三)设计包括以下内容： 1.2.3.4.确定箱基的埋置深度：应根据上部荷载大小，地基土情况合理确定箱基的埋置深度;进行箱基的平面布置及构造要求;根据箱基的平面尺寸验算地基承载力； 箱基沉降和整体倾斜验算；

5.(四)1.箱基内力分析及结构设计。

箱基的设计原则：

对于天然地基上的箱型基础，箱基设计包括地基承载力验算、地基变形计算、整体倾斜验算等，验算方法与筏形基础相同； 2.a)包括以下四点：

由于箱型基础埋置深度较大，通常置于地下水位以下，此时计算基底平均附加压力是应扣除水浮力。b)c)d)当箱基埋置于地下水位以下时，要重视施工阶段中的抗浮稳定性。箱基施工中一般采用井点降水法，是地下水位维持在基底以下以利于施工。在箱基封完底让地下水位回升前，上部结构应有足够的重量，保证抗浮稳定系数不小于1.2，否则应另有拟抗浮措施。1.2是保证了一定的安全储备，特别是偏心荷载下提高了20%，所以至少为1.2.。e)3.底板及外墙要采取可靠地防渗措施。

在强震、强台风地区，当建筑物比较软弱；建筑物高耸，偏心较大，埋深较浅时，有必要作水平抗滑稳定性和整体倾覆稳定性验算，其验算方法参考国家有关规定进行。

二、构造要求。

(一)(二)

箱型基础的平面尺寸应根据地基强度、上部结构的布局和荷载分不等条件确定。箱型基础的高度（地板地面到顶面的外包尺寸）应满足结构强度、结构刚度和使用要求，一般取建筑物高度1/8~1/12，也不宜小于箱型基础长度的1/8.。(三)箱型基础的顶、底板厚度应按跨度、荷载、反力大小确定，并应进行斜截面抗剪强度和冲切验算，顶板厚度不宜小于200mm，底板厚度不宜小于300mm.。(四)箱型基础的墙体要有足够的密度，要求平均每平方米接触面积上墙体长度不得小于400mm或墙体水平截面面积不得小于基础面积的1/10，其中纵墙配筋不得小于墙体配置量。

三、荷载计算。

KN/M纵向：

P=（8750x9+9500x2+9800x2+6200x2）kN=129750kN

M=[(9500-8750)x12+(9800-8750)x16+(9800-8750)x20+(9500-8750)x24] kN/m q=(35+12.5)x15 kN/m=712.5 kN/m(箱基底板、内外墙等重35kN/m2,底板重12.5kN/m2)KN/M2横向：取一个开间计算。

P=8750kN/m M=8750x0.10kN．m=875kN．m Q=(35+12.5)x4kN/m=190kN/m

四、地基承载力验算。

(一)地基承载力设计值：

fa=fak+ηr((-0.5)=[140+0+1.1x18(5.5-0.5)]kN/m2=239kN/m2 1.2fa=1.2x239kN/m2=287kN/m2(二)基底平均反力：

1.纵向：

p=[1297502x500+(35+12.5)]kN/m2=200.4kN/m2

57x1564800x6macPmin=(200.4)kN/m2=(200.4±8)kN/m2=208.4/187.5kN/m2 215x57Pmax<1.2),Pmim>0

2.横向：

macPmin=(200.464800x6)kN/m2=(200.4±8)kN/m2=208.4/187.5kN/m2 215x57Pmax<1.2),Pmim>0

五、基础沉降计算。

基础沉降计算(不考虑回弹影响),按《规范》沉降计算公式：

ssi1np0(zizi1i1)Esi式中沉降计算经验系数，取s0.7。

按标准荷载估算得基底平均反力p=175kN/m2,则基底附加压力

p0pd(17518505)kN/m2 地基沉降计算深度

Znb(2.50.4lnb)15(2.50.4ln15)21.25m

取Zn=22m 基础沉降计算见表2.31。基础最终沉降量

ssi0.7x0.121m0.0847m

六、基础横向倾斜计算

计算简图如图2.81所示，计算kN/m、kN/m2两点的沉降差，然后技术基础的横向倾斜。由标准荷载估算的基地的附加压力分布如图2.81所示，kN/m、kN/m2两点的沉降差分别按均布压力和三角形分布应力叠加而得，建设过程从略，由kN/m、kN/m2两点的沉降差为：

s0.7x0.0314m0.022m故横向倾斜

0.0220.0014715而允许横向倾斜为

150.00378100H100x39.6

B故满足要求。100H

七、基底反力计算

根据实测基底反力系数法，将箱基底面划分为40个区格(横向5个区格，纵向8个区格)，L/KN/M2=57/15=3.8,近试取L/KN/M2=4，查表2.2可得区格的反力系数，为简化进试，认为个横向区格反力系数相等，故取其平均值，纵向各区格的平均反力系数为：

11.146420.9720

30.945840.9360其余4区格反力系数与以上反力系数对称。由于轴心荷载引起的基底反力Pipi 故各区段的基底反力为

P1200.4x1.1464x15kN/m3446kN/mP2200.4x0.9720x15kN/m2922kN/mP1200.4x0.9458x15kN/m2843kN/mP1200.4x0.9360x15kN/m2814kN/m

其余4区格反力系数与以上基底反力对称，如图2.82(kN/m)所示。纵向弯矩引起基础边缘的最大反力为：

pmaxMB64800x15x6kN/m119.7kN/m 2W15x57为简化计算，纵向弯矩引起的反力按直线分布，如图2.82(kN/m2)所示，取每一区段的平均值与轴心荷载作用下的基底反力叠加，得各区段的基底总反力Pi，如图2.82(=)所示。基底净反力扣除箱基自重，即：

Pjipiq

式中q为箱基自重，q=47.5x15kN/m=712.5kN/m,最后得各区段的净反力，如图2.82（（）所示。

八、箱基内力计算。

本例上部结构为框架体系，箱基内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲反力,分别计算如下：

整体弯曲计算

3.整体弯曲产生的弯曲M 计算简图如图2.83，在上部结构和基底反力作用下，由静力平衡条件得跨中最大弯矩： M=2838x7.5x24.75+2285x7x17.5+2178x7x10.5+2117x7x3.5-500x28.31-6200x28-9500x24-9800x16-9800x20-9500x12-8750x8-8750x4=3.1x104kN．m 4.计算箱基刚度EgIg 箱基横向截面按工字型计算，如图2.84所示。求中性轴的位置：

Y(14x0.35+3.15x1+15x0.5)=14x0.35(4-得y=1.75m

0.350.5)+1x3.15(3.15/2+0.5)+0.5x15x 2210.35213.1533140.35140.35(41.75)13.153.15x1x[(0.5)1.75]2122122Ig=1 0.5234x15x0.515x0.5x(1.75)41m122EgIg41Eg

5.计算上部结构总折算刚度 梁惯性矩

Ibi1x0.250.453m40.001898m4 120.0018983m0.000476m3 4梁的线刚度：

Kbi柱的线刚度: 0.50.533KuiKlim0.001627m3

123.2开间m=14，横向4榀框架，现现浇楼面梁刚度增大系数1.2，总折算刚度为：

EBIB[[EbIbi(1i1nKuiKlim2)]EwIw2KbiKuiKli0.0016270.001627142)16.7Eb20.00047460.0016270.001627

4121.2Eb0.001898(16.计算箱基承担的整体弯矩Mg

MgMEgIgEgIgEbIb3.110441Eg41Eg16.7Ib22000KNm

以上计算中EgEb(三)局部弯曲计算

12975035186.8KN/m2

1557以纵向跨中底板为例。基底净反力应扣除底板自重，即：

Pj取基底平均反力系数

(0.8951.003)0.949 故实际基底净反力为：

Pj0.949186.8KN/m2177.2N/m2 12支承条件为外墙简支、内墙固定，故按三边固定一边简支板计算内力，计算简图如图2.85所示。跨中弯矩：

Mx0.8x0.036x177.2x42kNm81.7kNmMy0.8x0.0082x177.2x4KkNm18.6kNm2

支座弯矩：

2M0x0.8x(0.0787)x177.2x4kNm178.5kNm2M0y0.8x(0.057)x177.2x4kNm129.3kNm

以上计算中0.8为局部弯曲内力计算折减系数。

九、底板配筋计算。

按整体弯矩计算的配筋：

AsMg0.9310357515mm2/m1470mm2/m

取As与按局部弯曲计算的支座弯矩所需的钢筋叠加，配置底板纵向通常钢筋。按局部弯曲计算的配筋：

取底板的有效高度h0=460mm 跨中：

AsxAsyMx81.7106mm2637mm20.9fyh00.931046018.6106mm2145mm20.9fyh00.9310460My支座AA0sx0Mx178.5106mm21391mm20.9fyh00.9310460

0sy129.3106mm21007mm20.9fyh00.93104600My跨中所需钢筋面积配置地板上层钢筋，支座所需钢筋的面积配置地板下层钢筋，故上层纵横向钢

筋均按构造要求Ф14@200,下层纵向钢筋取Ф20@140，下层横向钢筋取Ф16@200。

十、底板强度计算

抗冲切强度验算：

计算图形见图2.76，按式（2.156）验算，即：

F0.7hpftumh0F1(5.81.1)(3.81.0)186.8kN2510.6kNft1.1N/mm2h0465/mmum[(5.80.5)(3.80.5)]2m17200mm0.7ftumh00.71.1172004653112.34kNF12510.6kN0.7hpftumh0满足要求。顶板和墙体计算从略。抗剪强度验算（图2.86）：Vs0.7hsft(ln22h0)h02.04.8)1.4177.2kN/m2889.2kN2fc10N/m2Vs(h0465mmln25800mmhs(8001/4)1(h0800时取h0800mm)h00.7hsft(ln22h0)h00.711.10.5(5.820.5)1848kNVs889.2kN0.7hpft(ln22h0)h0满足要求墙体和洞口计算从略。