第一篇：過程設(shè)備設(shè)計課后習(xí)題答案

習(xí)題

1.一內(nèi)壓容器，設(shè)計（計算）壓力為0.85MPa，設(shè)計溫度為50℃；圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進行局部無損檢測；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K≤0.1mm/a，設(shè)計壽命B=20年。試在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計算圓筒厚度。解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；鋼板為4.5~16mm時，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。材料為Q235-A時：

??pDt2?????p?n???C1?C2?9.724?0.8?2?12.524mm 取?n?14mm材料為16MnR時： ?1.85?1000?9.724mm2?113?0.85?1.85??pDt2?????p?n???C1?C2?6.443?0.8?2?9.243mm取?n?10mm?1.85?1000?6.443mm2?170?0.85?1.85

2.一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標準橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測試其在50℃時的最大飽和蒸氣壓小于1.62 MPa（即50℃時丙烷飽和蒸氣壓）；圓筒內(nèi)徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=1.0，裝量系數(shù)為0.9。試確定：○1各設(shè)計參數(shù)；○2該容器屬第幾類壓力容器；○3圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；○4水壓試驗時的壓力，并進行應(yīng)力校核。

1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容積

V??4Di2L??43?2.62?8?42.474m,pV?1.782?42.474?75.689MPa?m3

2中壓儲存容器，儲存易燃介質(zhì)，且pV=75.689MPa·m>10MPa·m，屬三類壓力容器。○3圓筒的厚度 ○

33??pDt2?????p?n???C1?C2?13.693?0.8?2?16.493mm 取?n?18mm標準橢圓形封頭的厚度 ?1.782?2600?13.693mm2?170?1?1.62??pDt2?????0.5p?n???C1?C2?13.728?0.8?2?16.528mm取?n?18mm?1.782?2600?13.728mm2?170?1?0.5?1.62 4水壓試驗壓力 ○pT?1.25p?1.25?1.782?2.228MPa

應(yīng)力校核

pT?Di??e?2.228??2600?18?2.8?3.?T???191.667MPa?0.9?s??0.9?345?310.5MPa2?e2??18?2.8?3.今欲設(shè)計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑Di=600mm，厚度δn=7mm，材料選用16MnR，計算壓力pc=2.2MPa，工作溫度t=-20~-3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計算其厚度，并將各種形式封頭的計算結(jié)果進行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。

解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0 1半球形封頭壁厚 ○??4?????pctpcDi?2.2?600?1.947mm4?170?1.0?2.2 1.947?0.8?1?3.747mm取?n?7mm2標準橢圓形封頭壁厚 ○??2?????0.5pctpcDi?2.2?600?3.895mm2?170?1.0?0.5?2.2 3.895?0.8?1?5.695mm取?n?7mm3標準碟形封頭壁厚 ○Ri?0.9Di?0.9?600?540mm,1?M??3?4??Rirr?0.17Di?0.17?600?102mm?1??????3?540??1.325?4?102????MpcRi1.325?2.2?540????4.645mmt2?????0.5pc2?170?1.0?0.5?2.24.645?0.8?1?6.445mm取?n?7mm4平蓋封頭厚度 ○

取表4?8序號5的結(jié)構(gòu)形式，系數(shù)K?0.3?p?Dc???t?Kpc?600?0.3?2.2?37.385mm170?1.0查表4?2鋼板厚度?34~40時，C1?1.1mm 37.385?0.8?1.1?39.285mm取?n?40mm從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標準橢圓形封頭和碟形封頭均可。

4.一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，設(shè)計壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內(nèi)筒材料為16MnR，層板材料為16MnR，取C2=1.0mm，試確定圓筒的厚度。解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，φi=1.0，φ0=0.9。為安全起見取φ=0.9，按中徑公式計算：

??2?????pctpcDi?31.4?800?91.479mm2?170?0.9?31.4取6mm層板16層，內(nèi)筒1層，共17層的總壁厚負偏差為17?0.8?13.6mm 91.479?13.6?1?106.079mm取?n?110mm5.今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長（指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度）L1=6000mm，封頭曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空條件下操作，現(xiàn)庫存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A鋼板，問能否用這三種鋼板制造這臺設(shè)備。解：計算長度

2hi2?500L?L1??6000??6333.333mm

33查表4-2得：8mm、12mm、14mm鋼板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三種厚度板各自對應(yīng)的有效厚度分別為：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三種厚度板各自對應(yīng)的外徑分別為：2016mm、2024mm、2028mm 18mm塔計算 ○D0?e??20166.2?325.161?20,LD0?6333.3332016?3.142查圖4-6得：A?0.00007;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00007?1.69?105?p????0.0243MPa?0.1MPa3?D0?e?3?325.1618mm鋼板不能制造這臺設(shè)備212mm塔計算 ○

D0?e??202410.2?198.431?20,LD0?6333.3332024?3.129查圖4-6得：A?0.0001;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.0001?1.69?105?p????0.057MPa?0.1MPa3?D0?e?3?197.64712mm鋼板不能制造這臺設(shè)備314mm塔計算 ○

D0?e??202812.2?166.23?20,LD0?6333.3332028?3.123查圖4-6得：A?0.00022;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00022?1.69?105?p????0.149MPa?0.1MPa3?D0?e?3?166.2314mm鋼板能制造這臺設(shè)備6.圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應(yīng)液密度ρ=1000kg/m3，頂部設(shè)有爆破片，圓筒

內(nèi)徑Di=1000mm，圓筒長度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2.0mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進行100%無損檢測；夾套內(nèi)為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內(nèi)徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，試進行如下設(shè)計：

1確定各設(shè)計參數(shù)； ○2計算并確定為保證足夠的強度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾套的厚度； ○3確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩(wěn)定性是否滿足要求?！?各設(shè)計參數(shù)： 解：○1反應(yīng)器圓筒各設(shè)計參數(shù)： ◇按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標定爆破壓力

psmin?1.43pw?1.43?3?4.29MPa

查GB150表B3爆破片的制造范圍，當設(shè)計爆破壓力高于3.6MPa時，取精度等級0.5級，其制造范圍上限為3%設(shè)計爆破壓力，下限為1.5%設(shè)計爆破壓力，設(shè)計爆破壓力為

pb?psmin?1?0.015??4.29?1.015?4.354MPa

按內(nèi)壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：

p?pb?1?0.03??4.354?1.03?4.485MPa

按外壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：

p?0.4?1.25?0.5MPa

按外壓設(shè)計時的計算長度：

L?4000?300?40?1000?3990mm 4設(shè)計溫度取工作溫度

鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，φ=1.0 2夾套各設(shè)計參數(shù)： ◇設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：取最高工作壓力。設(shè)計溫度取10℃，C1=0。2內(nèi)筒和夾套的厚度： ○1圓筒和標準橢圓形封頭壁厚設(shè)計 □1按內(nèi)壓設(shè)計時 ◇圓筒壁厚：??pD2?????pt?4.485?1000?13.368mm2?170?1?4.485pD ?n???C1?C2?13.368?0.8?2?16.168mm取?n?18mm4.485?1000標準橢圓形封頭壁厚：????13.279mmt2?????0.5p2?170?1?0.5?4.485?n???C1?C2?13.279?0.8?2?16.079mm取?n?18mm圓筒穩(wěn)定性校核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mmD0?e??103615.2?68.158?20,LD0?39901036?3.851查圖4-6得：A?0.00055;查圖4-8得：B?70MPa?p??B?D0?e??70?1.027MPa?0.5MPa68.158?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求標準橢圓形封頭穩(wěn)定校性核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mm，查表4?5得系數(shù)K1?0.9,R0?K1D0?0.9?1036?932.4mmA?0.1250.125?15.2??0.002R0?e932.4B查圖4-8得：B?160MPa?p???R0?e??160?15.2?2.608MPa?0.5MPa932.4?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求2夾套壁厚設(shè)計 □圓筒壁厚：??pD2?????pt?0.4?1100?1.525mm2?170?0.85?0.4pD ?n???C1?C2?1.525?1?2.525mm，取?n?4mm?3mm0.4?1100標準橢圓形封頭壁厚：????1.524mmt2?170?0.85?0.5?0.42?????0.5p?n???C1?C2?1.524?1?2.524mm，取?n?4mm?3mm7.有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計（計算）壓力為2.5MPa，設(shè)計溫度300℃，材料為16MnR，厚度δn=14 mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個接管（方位見圖），材料均為20號無縫鋼管，接管a規(guī)格為φ89×6.0，接管b規(guī)格為φ219×8，接管c規(guī)格為φ159×6，試問上述開孔結(jié)構(gòu)是否需要補強？

答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補強。接管b、c均需計算后確定。

橢圓形封頭的計算厚度： 16MnR在300℃時許用應(yīng)力，查表D1，6~16mm時，[σ]t= 144 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；查表D21，≤10mm時，[σ]tt= 101 MPa；fr=101/144=0.701。標準橢圓形封頭壁厚：pD2.5?1000????10.265mmt2?????0.5p2?144?0.85?0.5?2.5接管b的計算厚度?t?pD2?????pt?2.5?203?2.557mm2?101?2.52.5?147?1.851mm2?101?2.5

接管c的計算厚度?t?pD2?????pt?開孔直徑：d?219?2?8?2??2?0.8??197.4mm所需最小補強面積接管的有效厚度：?et?8?2.8?5.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??197.4?10.265?2?10.265?5.2??1?0.701??2058.231mmB?2d?2?197.4?394.8mm，h1?150mm，h2?02A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??197.4?0.935?2?5.2?0.935?0.299?181.662mm2A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?2.557?0.701?537.737mmA3?36mm22Ae?A1?A2?A3?181.662?537.737?36?755.399mm?A，需補強2增加補強金屬面積：A4?A?A4?2058.231?755.399?1302.832mm接管c的補強計算：

開孔直徑：d?159?2?6?2??2?0.8??152.6mm所需最小補強面積接管的有效厚度：?et?6?2.8?3.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??152.6?10.265?2?10.265?3.2??1?0.701??1635.204mmB?2d?2?152.6?305.2mm，h1?150mm，h2?02A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??152.6?0.935?2?3.2?0.935?0.299?140.892mm2A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?1.349?0.701?283.695mmA3?36mm22Ae?A1?A2?A3?140.892?283.695?36?460.587mm?A，需補強增加補強金屬面積：A4?A?A4?1635.204?460.587?-1174.617mm28.具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態(tài)下氯甲烷的汽化熱為335kJ/kg，儲罐無隔熱保溫層和水噴淋裝置，試確定該容器安全泄放量。解：容器安全泄放量 Ar?容器受熱面積,m2。橢圓形封頭的臥式壓容力器，Ar??D0?L?0.3D0????2.64??10?0.3?2.64??83.595m2F?系數(shù),壓力容器裝在地面以,下用沙土覆蓋時,取F?0.3;壓力容器在地面上時,取F?1;當設(shè)置大于10L/m2?min的噴淋裝置時,取F?0.6q?在泄放壓力下液化氣的體氣化潛熱,kJ/kg,q?335kJ/kg??

2.55?105FAr0.822.55?105?1?83.5950.82Ws???28686.85kg/h?7.969kg/sq3359.求出例4-3中遠離邊緣處筒體內(nèi)外壁的應(yīng)力和應(yīng)力強度。（例4-3：某一鋼制容器，內(nèi)徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設(shè)計壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據(jù)設(shè)計壓力計算得到圓筒與平封頭連接處的邊緣力Q0=-1.102×106N/m，邊緣彎矩M0=5.725×104N·m/m，如圖所示。設(shè)容器材料的彈性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3。若不考慮角焊縫引起的應(yīng)力集中，試計算圓筒邊緣處的應(yīng)力及應(yīng)力強度）解：遠離邊緣處筒體的應(yīng)力和應(yīng)力強度為不考慮邊緣效應(yīng)時，按拉美公式計算的應(yīng)力分量，按應(yīng)力分類可分解成一次總體薄膜應(yīng)力、沿厚度的應(yīng)力梯度-二次應(yīng)力，并計算出其應(yīng)力強度。

K?436?1.09 400各應(yīng)力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應(yīng)力Pm：

?p?,11?R0?Ri?R0Ri??dr1?R0?Ri???R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p?dr? ?22222?K?1R0?Rir??R0?Ri11?122.222MPa1.09?1pr,11?R0?Ri?R0Ri1?rdr?R0?Ri?R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p11?dr??????5.263MPa?22222?K?11.09?1R?RR?Rri0i?0??zp,11?R0?Ri?R0Ri1?zdr?R0?Ri?R0RipRi2p11dr???58.48MPa2R0?Ri2K2?11.092?1筒體內(nèi)壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—內(nèi)壁處的二次應(yīng)力Q：

?p?,2?????pp?,1?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0K2?1p11?1.092?1?p2???122.222?5.737MPa2K?1K?11.09?1p??p???11?5.263??5.737MPaK?1??筒體外壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—外壁處的二次應(yīng)力Q：

??p,2???p???p,1?p?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0的各應(yīng)力強度：

2p2?11???122.222?-5.263MPa22K?1K?11.09?1p筒體內(nèi)壁處??5.263K?1一次總體薄膜應(yīng)力強度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強度SⅣ??1??3?5.737?5.737?11.474MPa筒體外內(nèi)壁處的各應(yīng)力強度：

一次總體薄膜應(yīng)力強度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強度SⅣ??1??3?5.263?5.263?10.526MPa

第二篇：過程設(shè)備設(shè)計范文

1壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？

壓力容器由筒體，封頭密封裝置，開孔接管，支座，安全附件六大部件組成。筒體的作用：用以儲存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間。封頭的作用：與筒體直接焊在一起，起到構(gòu)成完整容器壓力空間的作用。密封裝置的作用：保證承壓容器不泄漏 開孔接管的作用：滿足工藝要求和檢驗需要 支座的作用：支撐并把壓力容器固定在基礎(chǔ)上 安全附件的作用：保證壓力容器的使用安全和測量，控制工作介質(zhì)的參數(shù)

2固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在確定壓力容器類別時，為什么不僅要根據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積pV大小進行分類？：

壓力容器所蓄能量與其內(nèi)部介質(zhì)壓力和介質(zhì)體積密切相關(guān)：體積越大，壓力越高，則儲存的能量越大，發(fā)生爆破是產(chǎn)生的危害也就越大。而《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在確定壓力容器類別時是依據(jù)整體危害水平進行分類的，所以要這樣劃分.3壓力容器用鋼的基本要求

較好的強度，良好的塑性，韌性，制造性能和與介質(zhì)的相容性

4為什么要控制壓力容器用鋼的硫磷含量 硫能促進非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低，磷能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性，特別是低溫脆性，將硫磷等有害元素控制在較低的水平，就能大大提高鋼材的純凈度，可以提高鋼材的韌性，抗輻射脆化能力，改善抗應(yīng)變時效性能，抗回火脆性和耐腐蝕性能

設(shè)計雙鞍座臥式容器時，支座位置應(yīng)該按照哪些原則確定？試說明理由。

答：根據(jù)JB473規(guī)定，取A小于等于0.2L，否則容器外伸端將使支座界面的應(yīng)力過大。因為當A=0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和支座截面處的彎矩絕對值相等，使兩個截面保持等強度?？紤]到除彎矩以外的載荷，所以常區(qū)外圓筒的彎矩較小。所以取A小于等于0.2L。

當A滿足小于等于0.2L時，最好使A小于等于0.5Rm。這是因為支座靠近封頭可充分利用封頭對支座處圓筒的加強作用。

2、臥式容器支座截面上部有時出現(xiàn) “扁塌”現(xiàn)象，是什么原因？如何防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)？ 答：由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎矩，在周向彎矩的作用下，導(dǎo)致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂扁塌現(xiàn)象。防止方法：設(shè)置加強圈或使支座靠近封頭布置，利用加強圈或封頭的加強作用。

3、雙鞍座臥式容器設(shè)計中應(yīng)計算哪些應(yīng)力？試分析這些應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？

答：①圓筒的軸向應(yīng)力，由軸向彎矩引起。②支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的拉伸應(yīng)力，由橫向剪力引起。③支座截面處圓筒的周向彎矩應(yīng)力由截面上切向切應(yīng)力引起。④支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力，通過鞍座作用于圓筒上的載荷所導(dǎo)致的。

4、球形儲灌采用赤道正切柱式支座時，應(yīng)遵循哪些準則？

答：支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線和球殼相切或想割而焊接起來。若相割，支柱中心線和球殼交點同球心連線與赤道平面的夾角為10°~20°。為了能承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證穩(wěn)定性，還必須在支柱間設(shè)置連接拉桿。

換熱設(shè)備有哪幾種主要形式？

①直接接觸式換熱器②蓄熱式換熱器③間壁式換熱器④中間載熱體式換熱器

間壁式換熱器有哪幾種主要形式？各有什么特點？

管式換熱器：結(jié)構(gòu)簡單、工作適應(yīng)范圍大、容易操作、清洗方便，但在可拆接處易泄漏。板面式換熱器：傳熱性能比管式換熱器優(yōu)越，由于結(jié)構(gòu)上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態(tài)，從而強化了傳熱。板面式換熱器采用板材制作，在大規(guī)模組織生產(chǎn)時可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。

1、管殼式換熱器主要有哪幾種形式？換熱管與管板有哪幾種連接方式？各有什么特點？ ①固定管板式換熱器，浮頭式換熱器，U形管式換熱器，填料函式換熱器，釜式重沸器。②強度脹接：生產(chǎn)率高，勞動強度低，密封性能好等特點。強度焊：焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力高。脹焊并用：不僅能改善連接處的抗疲勞強度性能，而且還能消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。

2、換熱設(shè)備傳熱強化可采用哪些途徑來實現(xiàn)？

①增加平均傳熱溫差△Tm：逆流換熱②擴大傳熱面積A：擴展表面；消除傳熱死區(qū)③提高傳熱系數(shù)K：增加流體湍動程度，比如：外加動力源，選用傳熱系數(shù)大的材料，管殼分程，防止結(jié)垢并及時除垢.1、攪拌容器的傳熱元件有哪幾種？各有什么特點？

夾套：在容器的外側(cè)，用焊接或法蘭連接的方式裝設(shè)各種形式的鋼結(jié)構(gòu)，使其與容器外壁形成密閉的空間。

內(nèi)盤管：浸沒在物料中，熱量損失小，傳熱效果好，但檢修困難。

工程中常用的攪拌器有哪幾種？簡述各自特點。槳式攪拌器、推進式攪拌器、渦輪式攪拌器、錨式攪拌器 槳式攪拌器：功耗少，操作費用低。

推進式攪拌器：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用黏度低、流量大的場合，利用較小的攪拌功率，通過高速轉(zhuǎn)動的槳葉能獲得較好的攪拌效果。

渦輪式攪拌器：有較大的剪力，可使流體微團分散的很細。錨式攪拌器：結(jié)構(gòu)簡單，在容器壁附近流速比其他攪拌器大。

3、渦輪式攪拌器在容器中的流型及其應(yīng)用范圍？ 流型：平直葉、后彎葉為徑向流型。折葉的近于軸流型。應(yīng)用范圍：適用于低黏度到中等黏度流體的場合。

4、攪拌軸的設(shè)計需要考慮哪些因素？

①扭轉(zhuǎn)變形 ②臨界轉(zhuǎn)速 ③轉(zhuǎn)矩和彎矩聯(lián)合作用下的強度 ④軸封處允許的徑向位移

5、攪拌軸的密封裝置有幾種？各有什么特點？

填料密封：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于密封和弱腐蝕性介質(zhì)。密封要求不高、并允許定期維護

機械密封：泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長

填料有哪些類型？哪種類型的傳質(zhì)效率高？ 解：填料一般分為散裝填料及規(guī)整填料兩大類。

散裝填料：安裝以亂堆為主。有環(huán)形填料、開孔環(huán)形填料、鞍形填料、金屬環(huán)矩鞍填料；規(guī)整填料：是一種在塔內(nèi)按均勻的幾何圖形規(guī)則、整齊地堆砌的填料。有絲網(wǎng)波紋填料、板波紋填料。

規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高。這種填料人為地規(guī)定了填料層中氣、液的流路，減少了溝流和壁流的現(xiàn)象，大大降低了壓降，提高了傳質(zhì)和傳熱的效果。

填料塔有哪些內(nèi)件？其作用是什么？

解：支承裝置：防止填料穿過支承裝置而落下；支承操作時填料層的重量；保證足夠的開孔率，使氣液兩相能自由通過。

液體分布器：將液相加料及回流液均勻分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。液體收集再分布器：減小壁流現(xiàn)象，將填料分段；將上層填料流下的液體完全收集、混合，后均勻分布到下層填料，并將上升的氣體均勻分布到上層填料以消除各自的徑向濃度差。壓緊和限位裝置：壓緊填料，保證填料塔的正常、穩(wěn)定操作；防止高氣速、高壓降或塔的操作出現(xiàn)較大波動時，填料向上移動而造成填料層出現(xiàn)空隙，從而影響塔的傳質(zhì)效率。

根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)形式，板式塔有哪幾類？工程中最常用的類型有哪些？ 解：按塔板的結(jié)構(gòu)分，有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔等四類 目前應(yīng)用最廣泛的板式塔是篩板塔及浮閥塔。

塔設(shè)備的附件有哪些？各自的作用是什么？

解：除沫器：減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。裙座：防止風(fēng)載和地震載荷引起的彎矩造成塔翻到。吊柱：為了安裝及拆卸內(nèi)件，更換或補充填料。

塔設(shè)備的載荷有哪些？

解：有質(zhì)量載荷、偏心載荷、風(fēng)載荷、地震載荷等。

引起塔設(shè)備振動的原因有哪些？如何判斷塔設(shè)備是否會產(chǎn)生共振？如何預(yù)防共振？ 解：原因：安裝于室外的塔設(shè)備在風(fēng)的誘導(dǎo)振動和塔內(nèi)流體流動作用下。

當漩渦形成或脫落的頻率與塔的任一振型的固有頻率一致時，塔就會產(chǎn)生共振。預(yù)防共振的措施：①增大塔的固有頻率，②采用擾流裝置，③增大塔的阻尼。

塔設(shè)備設(shè)計中，哪些危險截面需要校核軸向強度和穩(wěn)定性？如何校核？

筒體與裙座連接處 根據(jù)操作壓力計算塔體厚度之后，對正常操作停工檢修及壓力試驗等工況，分別計算各工況下相應(yīng)壓力重量和垂直地震力，最大彎矩引起的筒體軸向應(yīng)力，在確定最大拉伸應(yīng)力和最大壓縮應(yīng)力，并進行強度和穩(wěn)定性校核 裙座底部截面及孔中心橫截面

第三篇：過程設(shè)備設(shè)計第三版課后答案及重點(鄭津洋)

過程設(shè)備設(shè)計題解

1.壓力容器導(dǎo)言

習(xí)題

1.試應(yīng)用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應(yīng)力（殼體承受氣體內(nèi)壓p，殼體中面半徑為R，殼體厚度為（t）。若殼體材料由

20R（?b?400MPa,?s?245MPa）改為16MnR?b?510MPa,?s?345MPa）時，圓柱殼中的應(yīng)力如何變化？為什么？

1求解圓柱殼中的應(yīng)力 解：○應(yīng)力分量表示的微體和區(qū)域平衡方程式：

??R1???R2??pz?

F??2??rk0rpzdr?2?rk??tsin?

圓筒殼體：R1=∞，R2=R，pz=-p，rk=R，φ=π/2

???pRt???prkpR ?2?sin?2t2殼體材料由20R改為16MnR，圓柱殼中的應(yīng)力不變化。因為無力矩理論是力學(xué)上的靜定問題，其基本方○程是平衡方程，而且僅通過求解平衡方程就能得到應(yīng)力解，不受材料性能常數(shù)的影響，所以圓柱殼中的應(yīng)力分布和大小不受材料變化的影響。

2.對一標準橢圓形封頭（如圖所示）進行應(yīng)力測試。該封頭中面處的長軸D=1000mm，厚度t=10mm，測得E點（x=0）處的周向應(yīng)力為50MPa。此時，壓力表A指示數(shù)為1MPa，壓力表B的指示數(shù)為2MPa，試問哪一個壓力表已失靈，為什么？

1根據(jù)標準橢圓形封頭的應(yīng)力計算式計算E的內(nèi)壓力： 解：○標準橢圓形封頭的長軸與短軸半徑之比為2，即a/b=2，a=D/2=500mm。在x=0處的應(yīng)力式為：

pa2???2btp?2bt??2?10?50??1MPa 22?500a2從上面計算結(jié)果可見，容器內(nèi)壓力與壓力表A的一致，壓力表B已失靈。○3.有一球罐（如圖所示），其內(nèi)徑為20m（可視為中面直徑），厚度為20mm。內(nèi)貯有液氨，球罐上部尚有

33m的氣態(tài)氨。設(shè)氣態(tài)氨的壓力p=0.4MPa，液氨密度為640kg/m，球罐沿平行圓A-A支承，其對應(yīng)中心角為120°，試確定該球殼中的薄膜應(yīng)力。

1球殼的氣態(tài)氨部分殼體內(nèi)應(yīng)力分布： 解：○R1=R2=R，pz=-p ???????prkpR?2?sin?2t

pR0.4?10000????????100MPa2t2?20pRt???h

φ0

2支承以上部分，任一φ角處的應(yīng)力：R1=R2=R，pz=-[p+ ρg ○R（cosφ0-cosφ）]，r=Rsinφ，dr=Rcosφdφ

sin??102?7251010?10cos?0?0.7

由區(qū)域平衡方程和拉普拉斯方程：

2?R???2??r?tsin2r?p??cos?0?cos??R?g?rdr0?2??p?R?gcos?0??r?rrdr?2?R3?g0??cos2?sin?d?0??R2?p?R?gcos???230?sin2??sin2?0?3?R?g?cos3??cos3?0?R?p?R?gcos?0??sin2??sin2???3?0R2?gcos3??cos?0???2tsin2??3tsin2??R?ptsin2???2?sin2??sin2?0??R?g??cos?0?2?sin2??sin2??10?3?cos3??cos3?0??????????pzR??????tp?cos?0?cos??R?g??tR????p??cos?0?cos??R?gtR?R?ptsin2???2?sin2??sin2?0??R?g??cos?0?2?sin2??sin2?0??133??3?cos??cos?0????????R?ptsin2???2?sin2??sin2?0??R?g??cos?0?2?sin2??sin2?0??13?cos3??cos3????0?????100.02?sin2??0.2?106??sin2??0.51??10?640?9.81????0.35??sin2??0.51??1????3cos3??0.73?????500sin2??221974.4??sin2??0.51??20928??cos3??0.343???5sin2??22.2??sin2??0.51??2.1??cos3??0.343???5sin2??22.2sin2??2.1cos3??12.042?MPa 2

?p??cos?0?cos??R?g??tR?R?ptsin2???2?sin2??sin2?0??R?g??cos?0221?2?sin??sin?0??3?cos3??cos3?0??????? ?221.974?31.392?cos??5sin2??22.2sin2??2.1cos3??12.042?MPa○3支承以下部分，任一φ角處的應(yīng)力(φ>120°)： R1=R2=R，pz=-[p+ ρg R（cosφ0-cosφ）]，r=Rsinφ，dr=Rcosφdφ

V?2??r?p??cos?4100?cos??R?g?rdr?3?R3?g?3?h2r?3R?h??g?2??p?R?gcos??rrdr?2?R3?g??cos2?sin?d????g?30?r4R?h2?3R?h??0?03??R2?p?R?gcos???20?sin2??sin2?0?3?R3?g?cos3??cos3?0????g3?4R3?h2?3R?h??V?2?R??tsin2??R?p?R?gcos?0??sin2??sin2??20R?g?cos3??cos3?0???2tsin2??3tsin2???g?6tsin2???4R2?h2???3?h??R?????R?ptsin2???2?sin2??sin2???R?g??cos?0?sin2??sin2???1?cos3??cos30?203?0?????????g?6tsin2???4R2?h2??h???3?R?????pzR????????tp?cos?0?cos??R?g??tR????p??cos?0?cos??R?gtR?R?p22?cos?022133tsin2???2?sin??sin?0??R?g??2?sin??sin?0??3?cos??cos?0?????????g?6tsin2???4R2?h2??h???3?R???? 3

???R?p1?cos?02222sin??sin??R?gsin??sin??cos3??cos3?0?00?23tsin??2?2?g?2h??2??4R?h3????R??6tsin2?????????????????100.2?106?sin2??0.5120.02?sin??????1???19656624?10?640?9.81??0.35?sin2??0.51?cos3??0.73???3sin2????50023?221974.4?sin??0.51?20928?cos??0.343?39313.2482sin?523?22.2?sin??0.51?2.1?cos??0.343?3.92sin?523?22.2?sin??2.1?cos??8.14MPasin2????????????????????p??cos?0?cos??R?g?gR?t6tsin2??2h??2?4R?h3??????R????R?p1?cos?0??222233sin??sin??R?gsin??sin??cos??cos??000???23tsin2??2???519.65662423 ?200?31.392??0.7?cos???22.2?sin??0.51?2.1?cos??0.343?22sin?sin?5?200?31.392??0.7?cos???22.2?sin2??2.1?cos3??8.142sin?5?221.974-31.392?cos??22.2?sin2??2.1?cos3??8.14MPa2sin?????????????????4.有一錐形底的圓筒形密閉容器，如圖所示，試用無力矩理論求出錐形底殼中的最大薄膜應(yīng)力σθ與σφ的值及相應(yīng)位置。已知圓筒形容器中面半徑R，厚度t；錐形底的半錐角α，厚度t，內(nèi)裝有密度為ρ的液體，液面高度為H，液面上承受氣體壓力pc。解：圓錐殼體：R1=∞，R2=r/cosα（α半錐頂角），pz=-[pc+ρg(H+x)]，φ=π/2-α,r?R?xtg?

31R2?pc?H?g??xR2?r2?Rr?g3???2rtcos??2x2tg2??2?R?pc?H?g??x??R?xRtg????g3???2?R?xtg??tcos?F??R2?pc?H?g???xR2?r2?Rr?g?2?r??tcos?????

r x 4 ??R1???R2??pzttcos?????pc??H?x??g??R?xtg??d??1??g?R?xtg????pc??H?x??g?tg???dxtcos? d??pctg??d2??1?2?gtg??R?Htg???令：?0x????0??2dx2tg???g?dxtcos?在x處??有最大值。??的最大值在錐頂，其值為?。??pctg???pc??1??R??????????p?H??H??gR?Htg???c?????g?????2tg??g???????????????2tcos???max5.試用圓柱殼有力矩理論，求解列管式換熱器管子與管板連接邊緣處（如圖所示）管子的不連續(xù)應(yīng)力表達式（管板剛度很大，管子兩端是開口的，不承受軸向拉力）。設(shè)管內(nèi)壓力為p，管外壓力為零，管子中面半徑為r，厚度為t。

1管板的轉(zhuǎn)角與位移 解：○Q0w1p?w1?w1M0?0?1p??1Q??1M?000

2內(nèi)壓作用下管子的撓度和轉(zhuǎn)角 ○內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

2?R?w2p?2?RpR????2?REtp??pR2w??Etp2轉(zhuǎn)角：

?2p?0

3邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼的撓度和轉(zhuǎn)角 ○w22M0?M4變形協(xié)調(diào)條件 ○02?D?1?M0?D???12M0w2??Q0?Q20Q0?2?D 1?Q022?D?31Q0M0w2p?w2?w2?05求解邊緣力和邊緣邊矩 ○

Q?2p??2??2M?0

00 5 pR211??M?Q0?0023Et2?D?2?D?pR22M0?2?D?Et6邊緣內(nèi)力表達式 ○

11M0?Q0?02?D?2?D?

pR23Qo??4?D?EtNx?04?4R3D?p??xN???e?sin?x?cos?x???pRe??x?sin?x?cos?x?Et?2R2D?p??xMx??2e?sin?x?cos?x? EtM???Mx4?3R2D?p??xQx??ecos?xEt7邊緣內(nèi)力引起的應(yīng)力表達式 ○Nx12Mx24?2R2D?p??x?x??z??e?sin?x?cos?x?z34ttEt?N?12M?pR??x?24?2RD????x??????????esin?x?cos?x?esin?x?cos?xz??3ttt3Et???z?06Q?x?3xt322??t2??24?RDpt22???x???z?ecos?x4?4?z??????Et???4?

8綜合應(yīng)力表達式 ○pRNx12MxpR24?2R2D?p??x??x?2t?t?t3z?2t?Et4e?sin?x?cos?x?zpRN?12M?????t?t?t3??pR?24?2RD????x??x??e?sin?x?cos?x?z???1?e??sin?x?cos?x??3t?Et??? ??z?06Qx??x?t3?t224?3R2D?p?t22?2???x????z?ecos?x4?4?z?????Et???4?6.兩根幾何尺寸相同，材料不同的鋼管對接焊如圖所示。管道的操作壓力為p，操作溫度為0，環(huán)境溫 度為tc，而材料的彈性模量E相等，線膨脹系數(shù)分別α1和α2，管道半徑為r，厚度為t，試求得焊接處的不連續(xù)應(yīng)力（不計焊縫余高）。

解：○1內(nèi)壓和溫差作用下管子1的撓度和轉(zhuǎn)角 內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

?p?2??r?wp1??2?r?1??prpr?p?2?rE?t??2t??w1??pr22Et?2???

溫差引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

??t?2??r?w?t??r?t1?2?2???w1??1?t0?tc???1?tw?trr1??r?1?t2wp??t??pr12Et?2????r?1?t 轉(zhuǎn)角：

?p??t1?0

○2內(nèi)壓和溫差作用下管子2的撓度和轉(zhuǎn)角 內(nèi)壓引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

?p?2??r?wp2??2?r1?prprwppr22?r?E??t????2t??2??2Et?2??? 溫差引起的周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

??t?2??r?w?t?t2??2?r???w2??2?t0?tc??w?t2?rr?2?t2??r?2?twp??t??pr222Et?2????r?2?t 轉(zhuǎn)角：

?p??t2?0

○3邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼1的撓度和轉(zhuǎn)角 wM01??12?2D?M0wQ01?12?3D?Q0?M01??10?D?M0?Q1?1 2?2D?Q0○4邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼2的撓度和轉(zhuǎn)角

w2M0??12?5變形協(xié)調(diào)條件 ○2M02?D?1?M0?D?M00wQ??213?2Q02?D?1?Q022?D?Q0

Q0Q0M0w1p??t?w1?w1M0?w2p??t?w2?w2?p??t1??Q01??M01??p??t2??Q02??M02

6求解邊緣力和邊緣邊矩 ○pr211pr21?2????r?1?t?2M0?3Q0???2????r?2?t?1?M?Q002Et2Et2?D?2?D?2?2D?2?3D?1111?M0?Q?M?Q0?D??D?02?2D?02?2D?M0?0Qo?r?3D??t0?tc???1??2?7邊緣內(nèi)力表達式 ○Nx?0Et??xN??e?t0?tc???1??2?cos?x2Mx?r?2D?e??x?t0?tc???1??2?sin?xM???MxQx?r?3D?e??x?t0?tc???1??2??cos?x?sin?x?8邊緣內(nèi)力引起的應(yīng)力表達式 ○

Nx12Mx12z2??x??t0?tc???1??2?sin?x?x??z??r?De33tttN?12M?12z?E???x2?????????z?et?t???cos?x??r?Dsin?x??0c1233ttt?2??z?06Q?x?3xt2?t2??6rt22?3??x??????t0?tc???1??2??cos?x?sin?x??z??z?De?4?t3?4?????

9綜合應(yīng)力表達式 ○ 8 pr???x2t?pr????t?Nx12Mx?z?3ttN?12M??3z?ttpr12z2?3r?D?e??x?t0?tc???1??2?sin?x2ttpr12z?E???x?????et0?tc?1??2?cos?x?3?r?2D?sin?x?tt?2???z?0?t26r?t22?2?3??x??????t0?tc???1??2??cos?x?sin?x??z??z?De?4?t3?4?????

6Qx??x?t37.一單層厚壁圓筒，承受內(nèi)壓力pi=36MPa時，測得（用千分表）筒體外表面的徑向位移w0=0.365mm，5圓筒外直徑D0=980mm，E=2×10MPa，μ=0.3。試求圓筒內(nèi)外壁面應(yīng)力值。解：周向應(yīng)變

???物理方程

?r?w?d??rd?rd??wrw?r??

???1???????r??z??Ew?r???r???????r??z?? E僅承受內(nèi)壓時的Lamè公式

22??piRi2?R0pi?R0?????r?21??1?2?22??R0?Ri2?rK?1r????22??piRi2?R0pi?R0??? ???21?2??21?2?2???R0?Ri?r?K?1?r?piRi2pi?z?2?R0?Ri2K2?1在外壁面處的位移量及內(nèi)徑：

wr?R0?piR0?2????w02EK?1??K?1?Ri?內(nèi)壁面處的應(yīng)力值：

piR0??2?0.3??2????1?36?490?1.188 5Ew02?10?0.365R0490??412.538mmK1.188?r??pi??36MPapi1.1882?12???21?K?36??211.036MPa

K?11.1882?1p36?z?2i??87.518MPa2K?11.188?1??外壁面處的應(yīng)力值：

?r?02pi2?36??175.036MPa

K2?11.1882?1p36?z?2i??87.518MPa2K?11.188?1???8.有一超高壓管道，其外直徑為78mm，內(nèi)直徑為34mm，承受內(nèi)壓力300MPa，操作溫度下材料的 σb=1000MPa，σs=900MPa。此管道經(jīng)自增強處理，試求出最佳自增強處理壓力。

解：最佳自增強處理壓力應(yīng)該對應(yīng)經(jīng)自增強處理后的管道，在題給工作和結(jié)構(gòu)條件下，其最大應(yīng)力取最小值時對應(yīng)的塑性區(qū)半徑Rc情況下的自增強處理壓力。對應(yīng)該塑性區(qū)半徑Rc的周向應(yīng)力為最大拉伸應(yīng)力，其值應(yīng)為經(jīng)自增強處理后的殘余應(yīng)力與內(nèi)壓力共同作用下的周向應(yīng)力之和：

????s??R0?1???R3???c????2????Rc????R?????0?Ri2???R2?R2?0i2??Rc?1???R???02?Rc??piRi2????2lnR???R2?R2i???0i????R0?1???R???c????2?? ??令其一階導(dǎo)數(shù)等于0，求其駐點

22????2?sR0Ri2??Rc??????23????RcR0?Ri23Rc??R0????Rc?1???R???02?Rc??????2ln???Ri?????2?s??R0?1???R3???c????2??Ri2?Rc??2?22RR?R??00i??

22?Rc1???2piRiR0?0?2????223RRR?RRc??0ic?0?解得：Rc=21.015mm。根據(jù)殘余應(yīng)力和拉美公式可知，該值對應(yīng)周向應(yīng)力取最大值時的塑性區(qū)半徑。

由自增強內(nèi)壓pi與所對應(yīng)塑性區(qū)與彈性區(qū)交界半徑Rc的關(guān)系，最佳自增強處理壓力為：

pi??S?R02?Rc2?3??2RoR?2lncRi???589.083MPa ??9.承受橫向均布載荷的圓平板，當其厚度為一定時，試證明板承受的總載荷為一與半徑無關(guān)的定值。

1周邊固支情況下的最大彎曲應(yīng)力為 證明：○

?max2周邊簡支情況下的最大彎曲應(yīng)力為： ○

3pR23p?R23P???

4t24?t24?t2???max3?3???pR23?3???p?R23?3???P??? 2228t8?t8?t??10.有一周邊固支的圓板，半徑R=500mm，板厚=38mm，板面上承受橫向均布載荷p=3MPa，試求板的最5大撓度和應(yīng)力（取板材的E=2×10MPa，μ=0.3）解：板的最大撓度：

Et32?105?3839D????1.005?10121??212?1?0.32????fwmax?pR3?500??2.915mm64D?64?1.005?10944

板的最大應(yīng)力：

?max3pR23?3?5002???389.543MPa

4t24?38211.上題中的圓平板周邊改為簡支，試計算其最大撓度和應(yīng)力，并將計算結(jié)果與上題作一分析比較。

解：板的最大撓度：

w板的最大應(yīng)力： smaxpR45??5?0.3 ???2.915?4.077?2.915?11.884mm64D?1??1?0.3?max3?3???pR23?3?0.3??3?5002?3?0.3?????389.543?1.65?389.543?642.746MPa 2228t8?38簡支時的最大撓度是固支時的4.077倍；簡支時的最大應(yīng)力是固支時的1.65倍。

12.一穿流式泡沫塔其內(nèi)徑為1500mm，塔板上最大液層為800mm（液體密度為ρ=1.5×103kg/m3），塔板厚度為6mm，材料為低碳鋼（E=2×105MPa，μ=0.3）。周邊支承可視為簡支，試求塔板中心處的撓度；若撓度必須控制在3mm以下，試問塔板的厚度應(yīng)增加多少？ 解：周邊簡支圓平板中心撓度

Et32?105?635D????39.56?10121??212?1?0.32p?h?g?0.8?1500?9.81?11772Pa?0.012MPa????

wsmaxpR45??0.012?75045?0.3???61.14mm64D?1??64?39.56?1051?0.3撓度控制在3mm以下需要的塔板厚度

61.14?20.383需要的塔板剛度：D??20.38?39.56?105?806.2328?105塔板剛度需增加的倍：數(shù)225?121??D12?1?0.3?806.2328?10t?3?3?16.4mm5E2?10

????需增加10.4mm以上的厚度。

13.三個幾何尺寸相同的承受周向外壓的短圓筒，其材料分別為碳素鋼（σs=220MPa，E=2×105MPa，μ=0.3）、鋁合金（σs=110MPa，E=0.7×105MPa，μ=0.3）和銅（σs=100MPa，E=1.1×105MPa，μ=0.31），試問哪一個圓筒的臨界壓力最大，為什么？ 答：碳素鋼的大。從短圓筒的臨界壓力計算式

pcr?2.59Et2LD0D0t

可見，臨界壓力的大小，在幾何尺寸相同的情況下，其值與彈性模量成正比，這三種材料中碳素鋼的E最大，因此，碳素鋼的臨界壓力最大。

14.兩個直徑、厚度和材質(zhì)相同的圓筒，承受相同的周向均布外壓，其中一個為長圓筒，另一個為短圓筒，試問它們的臨界壓力是否相同，為什么？在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？隨著所承受的 11 周向均布外壓力不斷增加，兩個圓筒先后失穩(wěn)時，圓筒中的周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？

1臨界壓力不相同。長圓筒的臨界壓力小，短圓筒的臨界壓力大。因為長圓筒不能受到圓筒兩端部的答：○支承，容易失穩(wěn)；而短圓筒的兩端對筒體有較好的支承作用，使圓筒更不易失穩(wěn)。

2在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應(yīng)力相同。因為在失穩(wěn)前圓筒保持穩(wěn)定狀態(tài)，幾何形狀仍保持為圓柱形，殼體○內(nèi)的壓應(yīng)力計算與承受內(nèi)壓的圓筒計算拉應(yīng)力相同方法。其應(yīng)力計算式中無長度尺寸，在直徑、厚度、材質(zhì)相同時，其應(yīng)力值相同。

3圓筒中的周向壓應(yīng)力不相同。直徑、厚度和材質(zhì)相同的圓筒壓力小時，其殼體內(nèi)的壓應(yīng)力小。長圓筒的○臨界壓力比短圓筒時的小，在失穩(wěn)時，長圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力比短圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力小。

15.承受均布周向外壓力的圓筒，只要設(shè)置加強圈均可提高其臨界壓力。對否，為什么？且采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟上愈合理。對否，為什么？

1承受均布周向外壓力的圓筒，只要設(shè)置加強圈均可提高其臨界壓力，對。只要設(shè)置加強圈均可提高答：○圓筒的剛度，剛度提高就可提高其臨界壓力。

2采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟上愈合理，不對。采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度○就愈薄，是對的。但加強圈多到一定程度后，圓筒壁厚下降較少，并且考慮腐蝕、制造、安裝、使用、維修等要求，圓筒需要必要的厚度，加強圈增加的費用比圓筒的費用減少要大，經(jīng)濟上不合理。

16.有一圓筒，其內(nèi)徑為1000mm，厚度為10mm，長度為20m，材料為20R（σb=400MPa，σs=245MPa，E=2×105MPa，μ=0.3）?！?在承受周向外壓力時，求其臨界壓力pcr?！?在承受內(nèi)壓力時，求其爆破壓力pb，并比較其結(jié)果。

1臨界壓力pcr 解：○D0?1000?2?10?1020mmLcr?1.17D0屬長短圓筒，其臨界壓力為

D01020?1.17?1020??12052.75mm?12m?20mt103?tpcr?2.2E??D?02?s??s?2??b3????10?5??2.2?2?10? ???0.415MPa??1020??32承受內(nèi)壓力時，求其爆破壓力pb，○（Faupel公式)pb??2?245?245?1020?lnK??2??ln?7.773MPa ???40010003???承受內(nèi)壓時的爆破壓力遠高于承受外壓時的臨界壓力，高出18.747倍。

1、○2的計算，并與上題結(jié)果進行綜合比較。17.題16中的圓筒，其長度改為2m，再進行上題中的○1臨界壓力pcr，屬短圓筒，其臨界壓力為 解：○pcr?2.59Et2LD0D0t?2.59?2?105?1022000?1020?102010 ?2.514MPa2承受內(nèi)壓力時，求其爆破壓力pb，○（Faupel公式)pb?2?s??s?2??b3???2?245?245?1020?lnK??2??ln?7.773MPa ???400?10003??承受內(nèi)壓時的爆破壓力高于承受外壓時的臨界壓力，高出3.092倍，但比長圓筒時的倍數(shù)小了很多。

3．壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響

習(xí)題

1.一內(nèi)壓容器，設(shè)計（計算）壓力為0.85MPa，設(shè)計溫度為50℃；圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進行局部無損檢測；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K≤0.1mm/a，設(shè)計壽命B=20年。試在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計算圓筒厚度。解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；鋼板為4.5~16mm時，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。材料為Q235-A時：

??pDt2?????p?n???C1?C2?9.724?0.8?2?12.524mm 取?n?14mm材料為16MnR時：

?1.85?1000?9.724mm2?113?0.85?1.85??pDt2?????p?n???C1?C2?6.443?0.8?2?9.243mm取?n?10mm?1.85?1000?6.443mm2?170?0.85?1.85

2.一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標準橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測試其在50℃時的最大飽和蒸氣壓小于1.62 MPa（即50℃時丙烷飽和蒸氣壓）；圓筒內(nèi)徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=1.0，裝量系數(shù)為0.9。試確定：○1各設(shè)計參數(shù)；○2該容器屬第幾類壓力容器；○3圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；○4水壓試驗時的壓力，并進行應(yīng)力校核。

1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容積

V??4Di2L??43?2.62?8?42.474m,pV?1.782?42.474?75.689MPa?m3

2中壓儲存容器，儲存易燃介質(zhì)，且pV=75.689MPa·m>10MPa·m，屬三類壓力容器?！?圓筒的厚度 ○

33??pDt2?????p?n???C1?C2?13.693?0.8?2?16.493mm 取?n?18mm標準橢圓形封頭的厚度

?1.782?2600?13.693mm2?170?1?1.62??pDt2?????0.5p?n???C1?C2?13.728?0.8?2?16.528mm取?n?18mm4水壓試驗壓力 ○

?1.782?2600?13.728mm2?170?1?0.5?1.62

pT?1.25p?1.25?1.782?2.228MPa

應(yīng)力校核

?T?pT?Di??e?2.228??2600?18?2.8???191.667MPa?0.9?s??0.9?345?310.5MPa

2?e2??18?2.8?3.今欲設(shè)計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑Di=600mm，厚度δn=7mm，材料選用16MnR，計算壓力pc=2.2MPa，工作溫度t=-20~-3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計算其厚度，并將各種形式封頭的計算結(jié)果進行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。

解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0 1半球形封頭壁厚 ○??4?????pctpcDi?2.2?600?1.947mm4?170?1.0?2.2 1.947?0.8?1?3.747mm取?n?7mm2標準橢圓形封頭壁厚 ○??2?????0.5pctpcDi?2.2?600?3.895mm2?170?1.0?0.5?2.2 3.895?0.8?1?5.695mm取?n?7mm3標準碟形封頭壁厚 ○Ri?0.9Di?0.9?600?540mm,1?M??3?4??Rirr?0.17Di?0.17?600?102mm?1??????3?540??1.325?4?102????MpcRi1.325?2.2?540????4.645mmt2?????0.5pc2?170?1.0?0.5?2.24.645?0.8?1?6.445mm取?n?7mm4平蓋封頭厚度 ○

取表4?8序號5的結(jié)構(gòu)形式，系數(shù)K?0.3?p?Dc???t?Kpc?600?0.3?2.2?37.385mm170?1.0查表4?2鋼板厚度?34~40時，C1?1.1mm 37.385?0.8?1.1?39.285mm取?n?40mm從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標準橢圓形封頭和碟形封頭均可。

4.一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，設(shè)計壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內(nèi)筒材料為 16MnR，層板材料為16MnR，取C2=1.0mm，試確定圓筒的厚度。

解：鋼板為6~16mm時，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，φi=1.0，φ0=0.9。為安全起見取φ=0.9，按中徑公式計算：

??2?????pctpcDi?31.4?800?91.479mm2?170?0.9?31.4取6mm層板16層，內(nèi)筒1層，共17層的總壁厚負偏差為17?0.8?13.6mm 91.479?13.6?1?106.079mm取?n?110mm5.今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長（指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度）L1=6000mm，封頭曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空條件下操作，現(xiàn)庫存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A鋼板，問能否用這三種鋼板制造這臺設(shè)備。解：計算長度

L?L1?2hi2?500?6000??6333.333mm 33查表4-2得：8mm、12mm、14mm鋼板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三種厚度板各自對應(yīng)的有效厚度分別為：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三種厚度板各自對應(yīng)的外徑分別為：2016mm、2024mm、2028mm 18mm塔計算 ○D0?e??20166.2?325.161?20,LD0?6333.3332016?3.142查圖4-6得：A?0.00007;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00007?1.69?105?p????0.0243MPa?0.1MPa3?D0?e?3?325.1618mm鋼板不能制造這臺設(shè)備212mm塔計算 ○

D0?e??202410.2?198.431?20,LD0?6333.3332024?3.129查圖4-6得：A?0.0001;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.0001?1.69?105?p????0.057MPa?0.1MPa3?D0?e?3?197.64712mm鋼板不能制造這臺設(shè)備314mm塔計算 ○

D0?e??202812.2?166.23?20,LD0?6333.3332028?3.123查圖4-6得：A?0.00022;查圖4-7得：E?1.69?105MPa2AE2?0.00022?1.69?105?p????0.149MPa?0.1MPa3?D0?e?3?166.2314mm鋼板能制造這臺設(shè)備6.圖所示為一立式夾套反應(yīng)容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應(yīng)器圓筒內(nèi)反應(yīng)液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應(yīng)液密度ρ=1000kg/m3，頂部設(shè)有爆破片，圓筒內(nèi)徑Di=1000mm，圓筒長度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2.0mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進行100%無損檢測；夾套內(nèi)為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內(nèi)徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，試進行如下設(shè)計： 1確定各設(shè)計參數(shù)； ○2計算并確定為保證足夠的強度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾套的厚度； ○3確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩(wěn)定性是否滿足要求。○1各設(shè)計參數(shù)： 解：○1反應(yīng)器圓筒各設(shè)計參數(shù)： ◇按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標定爆破壓力

psmin?1.43pw?1.43?3?4.29MPa

查GB150表B3爆破片的制造范圍，當設(shè)計爆破壓力高于3.6MPa時，取精度等級0.5級，其制造范圍上限為3%設(shè)計爆破壓力，下限為1.5%設(shè)計爆破壓力，設(shè)計爆破壓力為

pb?psmin?1?0.015??4.29?1.015?4.354MPa

按內(nèi)壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：

p?pb?1?0.03??4.354?1.03?4.485MPa

按外壓設(shè)計時的設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：

p?0.4?1.25?0.5MPa

按外壓設(shè)計時的計算長度：

L?4000?300?40?1000?3990mm 4設(shè)計溫度取工作溫度

鋼板為6~16mm時，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，φ=1.0 2夾套各設(shè)計參數(shù)： ◇設(shè)計壓力（并取計算壓力等于設(shè)計壓力）：取最高工作壓力。設(shè)計溫度取10℃，C1=0。2內(nèi)筒和夾套的厚度： ○1圓筒和標準橢圓形封頭壁厚設(shè)計 □1按內(nèi)壓設(shè)計時 ◇圓筒壁厚：??pD2?????pt?4.485?1000?13.368mm2?170?1?4.485pD4.485?1000?13.279mm2?170?1?0.5?4.485 ?n???C1?C2?13.368?0.8?2?16.168mm取?n?18mm標準橢圓形封頭壁厚：??2?????0.5pt??n???C1?C2?13.279?0.8?2?16.079mm取?n?18mm2按外壓設(shè)計時 ◇ 16 圓筒穩(wěn)定性校核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mmD0?e??103615.2?68.158?20,LD0?39901036?3.851查圖4-6得：A?0.00055;查圖4-8得：B?70MPa

?p??B?D0?e??70?1.027MPa?0.5MPa68.158?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求標準橢圓形封頭穩(wěn)定校性核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mm，查表4?5得系數(shù)K1?0.9,R0?K1D0?0.9?1036?932.4mmA?0.1250.125?15.2??0.002R0?e932.4B查圖4-8得：B?160MPa

?p???R0?e??160?15.2?2.608MPa?0.5MPa932.4?n?18mm滿足穩(wěn)定性要求2夾套壁厚設(shè)計 □圓筒壁厚：??pD2?????pt?0.4?1100?1.525mm2?170?0.85?0.4pD ?n???C1?C2?1.525?1?2.525mm，取?n?4mm?3mm0.4?1100標準橢圓形封頭壁厚：????1.524mmt2?170?0.85?0.5?0.42?????0.5p?n???C1?C2?1.524?1?2.524mm，取?n?4mm?3mm7.有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計（計算）壓力為2.5MPa，設(shè)計溫度300℃，材料為16MnR，厚度δn=14 mm，腐蝕裕量C2=2.0mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85；在圓筒和封頭焊有三個接管（方位見圖），材料均為20號無縫鋼管，接管a規(guī)格為φ89×6.0，接管b規(guī)格為φ219×8，接管c規(guī)格為φ159×6，試問上述開孔結(jié)構(gòu)是否需要補強？

答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補強。接管b、c均需計算后確定。

橢圓形封頭的計算厚度： 16MnR在300℃時許用應(yīng)力，查表D1，6~16mm時，[σ]t= 144 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；查表D21，≤10mm時，[σ]tt= 101 MPa；fr=101/144=0.701。

標準橢圓形封頭壁厚：pD2.5?1000????10.265mmt2?????0.5p2?144?0.85?0.5?2.5接管b的計算厚度?t?pD2?????pt?2.5?203?2.557mm2?101?2.52.5?147?1.851mm2?101?2.5接管b的補強計算：

接管c的計算厚度?t?pD2?????pt?開孔直徑：d?219?2?8?2??2?0.8??197.4mm所需最小補強面積接管的有效厚度：?et?8?2.8?5.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??197.4?10.265?2?10.265?5.2??1?0.701??2058.231mmB?2d?2?197.4?394.8mm，h1?150mm，h2?0A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??197.4?0.935?2?5.2?0.935?0.299?181.662mm22A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?2.557?0.701?537.737mm

A3?36mm22Ae?A1?A2?A3?181.662?537.737?36?755.399mm?A，需補強2增加補強金屬面積：A4?A?A4?2058.231?755.399?1302.832mm接管c的補強計算：

開孔直徑：d?159?2?6?2??2?0.8??152.6mm所需最小補強面積接管的有效厚度：?et?6?2.8?3.2mm，封頭的有效厚度：?e?14?0.8?2?11.2mm2A?d??2??et?1?fr??152.6?10.265?2?10.265?3.2??1?0.701??1635.204mmB?2d?2?152.6?305.2mm，h1?150mm，h2?0A1??B?d???e????2?et??e????1?fr??152.6?0.935?2?3.2?0.935?0.299?140.892mm22A2?2h1??et??t?fr?2h2??et?C2?fr?2?150?1.349?0.701?283.695mm

A3?36mm22Ae?A1?A2?A3?140.892?283.695?36?460.587mm?A，需補強增加補強金屬面積：A4?A?A4?1635.204?460.587?-1174.617mm28.具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲罐，內(nèi)徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態(tài)下氯甲烷的汽化熱為335kJ/kg，儲罐無隔熱保溫層和水噴淋裝置，試確定該容器安全泄放量。

解：容器安全泄放量

Ar?容器受熱面積,m2。橢圓形封頭的臥式壓容力器，Ar??D0?L?0.3D0????2.64??10?0.3?2.64??83.595m2F?系數(shù),壓力容器裝在地面以,下用沙土覆蓋時,取F?0.3;壓力容器在地面上時,取F?1;當設(shè)置大于10L/m2?min的噴淋裝置時,取F?0.6q?在泄放壓力下液化氣的體氣化潛熱,kJ/kg,q?335kJ/kg??

2.55?105FAr0.822.55?105?1?83.5950.82Ws???28686.85kg/h?7.969kg/sq3359.求出例4-3中遠離邊緣處筒體內(nèi)外壁的應(yīng)力和應(yīng)力強度。（例4-3：某一鋼制容器，內(nèi)徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設(shè)計壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據(jù)設(shè)計壓力計算得到圓筒與平封頭連接處的邊緣力Q0=-1.102×106N/m，邊緣彎矩M0=5.725×104N·m/m，如圖所示。設(shè)容器材料的彈性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3。若不考慮角焊縫引起的應(yīng)力集中，試計算圓筒邊緣處的應(yīng)力及應(yīng)力強度）

解：遠離邊緣處筒體的應(yīng)力和應(yīng)力強度為不考慮邊緣效應(yīng)時，按拉美公式計算的應(yīng)力分量，按應(yīng)力分類可分解成一次總體薄膜應(yīng)力、沿厚度的應(yīng)力梯度-二次應(yīng)力，并計算出其應(yīng)力強度。

K?436?1.09 400各應(yīng)力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應(yīng)力Pm：

?p?,11?R0?Ri?R0Ri??dr1?R0?Ri???R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p?dr? ?22222?K?1R0?Rir??R0?Ri11?122.222MPa1.09?1pr,11?R0?Ri?R0Ri1?rdr?R0?Ri?R0Ri2?pRi2pR0Ri21?p11?dr??????5.263MPa ?22222?K?11.09?1R?RR?Rri0i?0??zp,11?R0?Ri?R0Ri1?zdr?R0?Ri?R0RipRi2p11dr???58.48MPa 2222R0?RiK?11.09?1筒體內(nèi)壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—內(nèi)壁處的二次應(yīng)力Q：

?p?,2?????pp?,1?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0 K2?1p11?1.092?1?p2???122.222?5.737MPa2K?1K?11.09?1p??p???11?5.263??5.737MPa K?1??19 筒體外壁各應(yīng)力分量的應(yīng)力梯度—外壁處的二次應(yīng)力Q：

?p2?,2??pp????,1?pK2?1?pK?1?2?111.092?1?122.222?-5.263MPa?ppr,2??pr??r,1?pK?1?5.263 ?pz,2?0筒體內(nèi)壁處的各應(yīng)力強度：

一次總體薄膜應(yīng)力強度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強度SⅣ??1??3?5.737?5.737?11.474MPa筒體外內(nèi)壁處的各應(yīng)力強度：

一次總體薄膜應(yīng)力強度SⅠ??1??3?122.222?5.263?127.485MPa一次加二次應(yīng)力強度SⅣ??1??3?5.263?5.263?10.526MPa

第四篇：《過程設(shè)備設(shè)計》教學(xué)大綱

《過程設(shè)備設(shè)計》教學(xué)大綱

課程名稱:過程設(shè)備設(shè)計

英文名稱: Process Equipment Design 學(xué)分: 4.5

學(xué)時: 72

理論學(xué)時: 64

實驗學(xué)時:8 教學(xué)對象:過程裝備與控制工程專業(yè)本科生

先修課程:高等數(shù)學(xué),機械制圖,工程力學(xué),機械設(shè)計,化工原理,彈性力學(xué),專業(yè)英語

教學(xué)目的: 本課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的主干專業(yè)課程，其目的旨在使學(xué)生能綜合運用基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基本理論及相關(guān)的工程實踐知識，通過本課程的學(xué)習(xí)，基本具備從事過程設(shè)備設(shè)計和研究開發(fā)的初步能力。

教學(xué)要求: 熟悉并掌握過程設(shè)備設(shè)計的基本理論及工程實踐，能采用正確、合理的方法進行過程設(shè)備的設(shè)計。從材料、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、溫度、制造質(zhì)量、安裝、操作維護等方面對過程設(shè)備的工程設(shè)計進行綜合分析和研究。

教學(xué)內(nèi)容: Introductory Remarks(1學(xué)時)Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1學(xué)時)1.1 Gross Structure 1.2 Pressure Vessel Classification 1.3 Pressure Vessel Codes and Standards 基本要求: 壓力容器分類方法,總體結(jié)構(gòu),國內(nèi)外規(guī)范和標準及其比較 重點:按技術(shù)管理的分類, GB150,ASME 難點:正確理解按技術(shù)管理的分類方法

Chapter 2 Stress Analysis of Pressure Vessels(14學(xué)時)

2.1 Stress Analysis of Revolution Shells

2.1.1 Stress in Thin Walled Cylinders

2.1.2 Membrane Theory

2.1.3 Basic Equations

2.1.4 Application of Membrane Shell Theory

2.1.5 Discontinuity Analysis

2.2 Analysis of Thick Walled Cylinder

2.2.1 Elastic Stresses

2.2.2 Elastic-Plastic Stress

2.2.3 Yield Pressure and Bursting Pressure

2.3 Stress Analysis of Flat Plate

2.3.1 Introduction

2.3.2 Bending Differential Equation

2.3.3 Stresses in Circular Plate

2.3.4 Stress of Symmetrically Loaded Circular Plate with a Circular Central Hole

2.4 Stability Analysis of Shells

2.4.1 Introduction

2.4.2 Bucking Analysis of Thin Wall Cylinder under External Pressure

2.4.3 Critical Pressure of Other Revolution Shells

2.5 Typical Local Stresses 基本要求:回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析,二種基本理論,無力矩理論的基本方程,無力矩理論的應(yīng)用,厚壁圓筒的彈性應(yīng)力和彈塑性應(yīng)力,屈服壓力,爆破呀力,圓平板的應(yīng)力計算及其應(yīng)力分布,穩(wěn)定性分析的基本方法,臨界壓力,局部應(yīng)力分析的幾種方法,降低局部應(yīng)力的措施.重點: 回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析, 無力矩理論的基本方程, 厚壁圓筒的彈性應(yīng)力, 臨界壓力, 難點: 回轉(zhuǎn)殼的應(yīng)力分析, 穩(wěn)定性的分析方法, 彈塑性應(yīng)力.Chapter 3 Pressure Vessel Materials and Properties Effected by Environment and Time(6學(xué)時)

3.1 Pressure Vessel Materials

3.1.1 Pressure Vessel Steels

3.1.2 Nonferrous Metal and Nonmetal

3.2 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Fabrication

3.2.1 Plastic Deformation

3.2.2 Welding

3.2.3 Heat Treatment

3.3 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Environment

3.3.1 Temperature

3.3.2 Medium

3.3.3 Loading Speed

3.4 Selection of Pressure Vessel Materials

3.4.1 Basic Requirement

3.4.2 Selection 基本要求:壓力容器常用鋼材,環(huán)境的影響,制造的影響,壓力容器材料的選用 重點: 壓力容器常用鋼材,各種環(huán)境的影響,材料的正確選用 難點: 壓力容器常用鋼材的正確選用

Chapter 4 Design of Pressure Vessels(14學(xué)時)

4.1 Introduction

4.2 Design Criterions

4.3 Design by Rules

4.3.1 Introduction

4.3.2 Cylinder Design

4.3.3 Head Design

4.3.4 Sealing Device Design

4.3.5 Opening and Reinforcement

4.3.6 Support and Manhole(Handhole)

4.3.7 Safety Relieving Device

4,3,8 Welded Structure Design

4.3.9 Pressure Test

4.4 Design by Analysis

4.4.1 Introduction

4.4.2 Stress Categories

4.4.3 Computation of Stress Intensities

4.4.4 Stress Intensity Limiting

4.4.5 Application of Design by Analysis

4.5 Fatigue Analysis

4.6 Development of Pressure Vessel Technology 基本要求:設(shè)計文件,設(shè)計準則,圓筒設(shè)計,封頭設(shè)計,密封裝置設(shè)計,開孔和開孔補強設(shè)計,常用支座,安全泄放裝置,焊接結(jié)構(gòu),壓力試驗,應(yīng)力分類,應(yīng)力強度計算及限制,低循環(huán)疲勞曲線,平均應(yīng)力影響.重點:圓筒和封頭設(shè)計,密封機理,性能參數(shù),高壓密封結(jié)構(gòu),補強計算,焊接接頭分類,應(yīng)力分類,應(yīng)力強度.難點:設(shè)計參數(shù)確定,夾套容器設(shè)計,雙錐環(huán)受力分析,應(yīng)力分類,應(yīng)力強度

Chapter 5 Storage Equipment(5學(xué)時)

5.1 Introduction

5.2 Horizontal Storage Tank

5.2.1 Basic Structure

5.2.2 Design Calculation

5.3 Spherical Storage Tank

5.3.1 Tank Body

5.3.2 Support

5.3.3 Manhole and Nozzle

5.3.4 Accessories 基本要求:鞍式支座的位置和數(shù)量,力學(xué)模型,內(nèi)力分析,幾種應(yīng)力,球形儲罐的罐體,支座

重點:鞍式支座的結(jié)構(gòu)和確定,扁塌現(xiàn)象.難點:臥式容器的力學(xué)模型

Chapter 6 Heat Exchanger(8學(xué)時)

6.1 Introduction

6.2 Shell-and-Tube Heal Exchangers

6.2.1 Basic Types

6.2.2 Shell-and Tube Heat Exchanger Structure

6.2.3 Tubesheet Design

6.2.4 Expansion Joint Design

6.2.5 Tubes Vibration and Protection

6.3 Waste Heat Boiler

6.4 Forced Heat Transfer 基本要求:換熱設(shè)備分類,管殼式換熱器分類及選型,管程結(jié)構(gòu),殼程結(jié)構(gòu),管板設(shè)計思路,膨脹節(jié),管束振動和防止,傳熱強化技術(shù)

重點: 管殼式換熱器分類,換熱管,換熱管與管板連接,管束分程,殼程結(jié)構(gòu),管束振動,傳熱強化技術(shù).難點: 管殼式換熱器結(jié)構(gòu),危險工況的確定

Chapter 7 Tower(10學(xué)時)

7.1 Introduction

7.2 Packed Tower

7.2.1 Packing

7.2.2 Internals of Packed Tower

7.3 Plate Column

7.3.1 Classification

7.3.2 Structure

7.3.3 Construction of Tray

7.4 Accessories

7.4.1 Forth Remover

7.4.2 Skirt Support

7.4.3 Boom

7.5 Strength Design of Tower

7.5.1 Natural Vibration Period

7.5.2 Loading Analysis

7.5.3 Strength and Stability of Cylinder

7.5.4 Strength and Stability of Skirt

7.6 Vibration of Tower

7.6.1 Vibration induced by Wind

7.6.2 Prevention of Vibration 基本要求:塔設(shè)備選型,填料分類,塔內(nèi)件結(jié)構(gòu),板式塔分類,板式塔結(jié)構(gòu),塔盤結(jié)構(gòu),塔設(shè)備附件,塔強度計算,固有周期,載荷分析,筒體強度校核,穩(wěn)定性校核,風(fēng)的誘導(dǎo)振動,卡曼旋渦,塔設(shè)備的防振

重點:填料塔結(jié)構(gòu),塔盤結(jié)構(gòu),塔設(shè)備載荷分析, 卡曼渦街 難點: 風(fēng)的誘導(dǎo)振動機理, 載荷分析,筒體強度校核

Chapter 8 Reactors(5學(xué)時)

8.1 Introduction

8.1.1 Classification

8.1.2 Characteristics

8.2 Mechanical Agitated Reactor

8.2.1 Basic Structure

8.2.2 Agitated Vessel

8.2.3 Agitator Impeller

8.2.4 Shaft Design

8.2.5 Sealing Device

8.2.6 Gearing

8.3 Development of Mechanical Agitated Reactors 基本要求:反應(yīng)器分類,機械式攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),攪拌器,攪拌容器,夾套結(jié)構(gòu),流動特性,攪拌器選型,影響攪拌功率的因素,攪拌軸的力學(xué)模型,填料密封,機械密封,傳動裝置.重點: 攪拌器的分類及選用,密封裝置,流動類型 難點: 攪拌器的選型

實驗教學(xué)

1.內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定（3學(xué)時）實驗?zāi)康募耙?(1)了解內(nèi)壓薄壁容器在內(nèi)壓作用下薄膜應(yīng)力的分布規(guī)律(2)驗證薄壁容器筒體應(yīng)力計算的理論公式

(3)掌握用電阻應(yīng)變儀測定應(yīng)力的基本原理及具體操作的過程和方法 本實驗的具體操作為重點，故而需3學(xué)時。2.高壓容器內(nèi)外壁應(yīng)力測定（2學(xué)時）實驗?zāi)康募耙?(1)測定高壓容器筒體在內(nèi)壓作用下，內(nèi)、外壁面的應(yīng)力，并與理論公式比較(2)了解高壓液壓下電阻應(yīng)變測量的基本方法，如電阻片的保護，內(nèi)壁的引線及壓力效應(yīng)的校正等

本實驗以內(nèi)壁液壓下應(yīng)力測量技術(shù)為重點 3.厚壁筒體的爆破及測試實驗（2學(xué)時）實驗的目的和要求:(1)了解厚壁容器加載，塑性變形，應(yīng)變硬化，最后大變形破壞的全過程(2)測量厚壁圓筒的爆破壓力，并與各種失效理論的結(jié)果進行比較(3)了解大應(yīng)變及數(shù)據(jù)采集的技術(shù) 4.外壓薄壁圓筒形容器失穩(wěn)試驗（1學(xué)時）實驗?zāi)康募耙?(1)觀察薄壁圓筒形容器在外壓作用下失穩(wěn)的形態(tài)(2)測定圓筒形容器的臨界壓力并與理論值進行比較 具體實驗的內(nèi)容、方法詳見實驗指導(dǎo)書

參考教材: 1.鄭津洋等編,過程設(shè)備設(shè)計,北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2005年 2.自編, Process Equipment Design, 2003年(2005年 修訂補充)12

第五篇：過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)大綱

過程設(shè)備設(shè)計

課程類型：專業(yè)課程 總 學(xué) 時：48 學(xué)

分：3 開課系（院）：機械工程系

適用專業(yè)：過程裝備與控制工程

一、課程的地位、作用與任務(wù)

過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是化工、煉油、輕工海洋工程等傳統(tǒng)部門所必須的關(guān)鍵設(shè)備。本課程的任務(wù)是根據(jù)產(chǎn)品在全壽命期內(nèi)的功能及市場競爭要求，綜合考慮環(huán)境要求和資源利用率，運用工藝、機械、控制、力學(xué)、材料以及美學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等知識，經(jīng)過設(shè)計師的創(chuàng)造性勞動，制定可以用于制造的技術(shù)文件。主要是介紹學(xué)習(xí)流體儲存、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)設(shè)備的一般設(shè)計方法，是一門涉及多學(xué)科、綜合性很強的課程。

二、課程教學(xué)基本內(nèi)容及要求

（一）教學(xué)基本要求

要求學(xué)生掌握過程設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)理論、方法及相應(yīng)的規(guī)范，充分了解過程設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點與運作規(guī)律，學(xué)會對經(jīng)典的過程設(shè)備如傳熱設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、儲存設(shè)備及反應(yīng)設(shè)備等的一般工程設(shè)計方法和設(shè)計程序步驟。學(xué)習(xí)相關(guān)的國家標準和行業(yè)規(guī)范的使用，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，鍛煉學(xué)生獨立獲取所須知識及綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際生產(chǎn)過程中由于設(shè)備所產(chǎn)生的各類問題的能力和團體協(xié)作能力。

（二）主要教學(xué)內(nèi)容 1.過程設(shè)備概論

主要講述過程設(shè)備的作用、特點及任務(wù)，過程設(shè)備的設(shè)計要求及常用規(guī)范、過程設(shè)備常用材料及其基本要求等知識。

2.過程設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)理論

本部分主要講述壓力容器應(yīng)力分析、壓力容器一般設(shè)計方法、影響壓力容器性能的因素等知識。

3.過程設(shè)備設(shè)計應(yīng)用

主要講述貯存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備及反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、性能、應(yīng)用及設(shè)計計算的方法等知識。

四、教學(xué)說明

1.本課程應(yīng)在完成金工實習(xí)、化工原理等課程的學(xué)習(xí)后進行。

2.本課程內(nèi)容多、教學(xué)時數(shù)少，教學(xué)時應(yīng)采用教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合方式。

五、教材及主要參考書

（一）使用教材： 《過程設(shè)備設(shè)計》，鄭津洋、董其伍、桑芝富，化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心，2001.8

（二）主要參考書： 1.鋼制壓力容器（GB150-1998）.中華人民共和國國家標準.北京：中國標準出版社，2000 2.管殼式換熱器（GB151-1999）.中華人民共和國國家標準.北京：中國標準出版社，2001