第一篇：過程設備設計課后習題答案

習題

1.一內壓容器，設計（計算）壓力為0.85MPa，設計溫度為50℃；圓筒內徑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；內裝混合液化石油氣，經測試其在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）；圓筒內徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數φ=1.0，裝量系數為0.9。試確定：○1各設計參數；○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，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.今欲設計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內徑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的結構形式，系數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，內徑Di=800mm，設計壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內筒材料為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鋼板能制造這臺設備6.圖所示為一立式夾套反應容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應器圓筒內反應液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應液密度ρ=1000kg/m3，頂部設有爆破片，圓筒

內徑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；夾套內為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數φ=0.85，試進行如下設計：

1確定各設計參數； ○2計算并確定為保證足夠的強度和穩定性，內筒和夾套的厚度； ○3確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩定性是否滿足要求。○1各設計參數： 解：○1反應器圓筒各設計參數： ◇按GB150規定，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%設計爆破壓力，下限為1.5%設計爆破壓力，設計爆破壓力為

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

按內壓設計時的設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：

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

按外壓設計時的設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：

p?0.4?1.25?0.5MPa

按外壓設計時的計算長度：

L?4000?300?40?1000?3990mm 4設計溫度取工作溫度

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夾套各設計參數： ◇設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：取最高工作壓力。設計溫度取10℃，C1=0。2內筒和夾套的厚度： ○1圓筒和標準橢圓形封頭壁厚設計 □1按內壓設計時 ◇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滿足穩定性要求標準橢圓形封頭穩定校性核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mm，查表4?5得系數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滿足穩定性要求2夾套壁厚設計 □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.有一受內壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內徑Di=1000mm，設計（計算）壓力為2.5MPa，設計溫度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規格為φ89×6.0，接管b規格為φ219×8，接管c規格為φ159×6，試問上述開孔結構是否需要補強？

答：根據GB150規定，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，內徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態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,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外壁的應力和應力強度。（例4-3：某一鋼制容器，內徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設計壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據設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力集中，試計算圓筒邊緣處的應力及應力強度）解：遠離邊緣處筒體的應力和應力強度為不考慮邊緣效應時，按拉美公式計算的應力分量，按應力分類可分解成一次總體薄膜應力、沿厚度的應力梯度-二次應力，并計算出其應力強度。

K?436?1.09 400各應力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應力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筒體內壁各應力分量的應力梯度—內壁處的二次應力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??筒體外壁各應力分量的應力梯度—外壁處的二次應力Q：

??p,2???p???p,1?p?rp,2??rp??rp,1?zp,2?0的各應力強度：

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

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

第二篇：過程設備設計范文

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反應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，控制工作介質的參數

2固定式壓力容器安全技術監察規程》在確定壓力容器類別時，為什么不僅要根據壓力高低，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部介質壓力和介質體積密切相關：體積越大，壓力越高，則儲存的能量越大，發生爆破是產生的危害也就越大。而《固定式壓力容器安全技術監察規程》在確定壓力容器類別時是依據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，改善抗應變時效性能，抗回火脆性和耐腐蝕性能

設計雙鞍座臥式容器時，支座位置應該按照哪些原則確定？試說明理由。

答：根據JB473規定，取A小于等于0.2L，否則容器外伸端將使支座界面的應力過大。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 “扁塌”現象，是什么原因？如何防止這一現象出現？ 答：由于支座處截面受剪力作用而產生周向彎矩，在周向彎矩的作用下，導致支座處圓筒的上半部發生變形，產生所謂扁塌現象。防止方法：設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、雙鞍座臥式容器設計中應計算哪些應力？試分析這些應力是如何產生的？

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

4、球形儲灌采用赤道正切柱式支座時，應遵循哪些準則？

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°。為了能承受風載荷和地震載荷，保證穩定性，還必須在支柱間設置連接拉桿。

換熱設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：結構簡單、工作適應范圍大、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越，由于結構上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態，從而強化了傳熱。板面式換熱器采用板材制作，在大規模組織生產時可降低設備成本，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：生產率高，勞動強度低，密封性能好等特點。強度焊：焊接結構強度高，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，而且還能消除應力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。

2、換熱設備傳熱強化可采用哪些途徑來實現？

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③提高傳熱系數K：增加流體湍動程度，比如：外加動力源，選用傳熱系數大的材料，管殼分程，防止結垢并及時除垢.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，用焊接或法蘭連接的方式裝設各種形式的鋼結構，使其與容器外壁形成密閉的空間。

內盤管：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：結構簡單，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：結構簡單，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、攪拌軸的設計需要考慮哪些因素？

①扭轉變形 ②臨界轉速 ③轉矩和彎矩聯合作用下的強度 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：結構簡單，制造容易，適用于密封和弱腐蝕性介質。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？哪種類型的傳質效率高？ 解：填料一般分為散裝填料及規整填料兩大類。

散裝填料：安裝以亂堆為主。有環形填料、開孔環形填料、鞍形填料、金屬環矩鞍填料；規整填料：是一種在塔內按均勻的幾何圖形規則、整齊地堆砌的填料。有絲網波紋填料、板波紋填料。

規整填料的傳質效率高。這種填料人為地規定了填料層中氣、液的流路，減少了溝流和壁流的現象，大大降低了壓降，提高了傳質和傳熱的效果。

填料塔有哪些內件？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、穩定操作；防止高氣速、高壓降或塔的操作出現較大波動時，填料向上移動而造成填料層出現空隙，從而影響塔的傳質效率。

根據塔板的結構形式，板式塔有哪幾類？工程中最常用的類型有哪些？ 解：按塔板的結構分，有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔等四類 目前應用最廣泛的板式塔是篩板塔及浮閥塔。

塔設備的附件有哪些？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，保證后續設備的正常操作。裙座：防止風載和地震載荷引起的彎矩造成塔翻到。吊柱：為了安裝及拆卸內件，更換或補充填料。

塔設備的載荷有哪些？

解：有質量載荷、偏心載荷、風載荷、地震載荷等。

引起塔設備振動的原因有哪些？如何判斷塔設備是否會產生共振？如何預防共振？ 解：原因：安裝于室外的塔設備在風的誘導振動和塔內流體流動作用下。

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，塔就會產生共振。預防共振的措施：①增大塔的固有頻率，②采用擾流裝置，③增大塔的阻尼。

塔設備設計中，哪些危險截面需要校核軸向強度和穩定性？如何校核？

筒體與裙座連接處 根據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壓力重量和垂直地震力，最大彎矩引起的筒體軸向應力，在確定最大拉伸應力和最大壓縮應力，并進行強度和穩定性校核 裙座底部截面及孔中心橫截面

第三篇：過程設備設計第三版課后答案及重點(鄭津洋)

過程設備設計題解

1.壓力容器導言

習題

1.試應用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應力（殼體承受氣體內壓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，圓柱殼中的應力如何變化？為什么？

1求解圓柱殼中的應力 解：○應力分量表示的微體和區域平衡方程式：

??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，圓柱殼中的應力不變化。因為無力矩理論是力學上的靜定問題，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力解，不受材料性能常數的影響，所以圓柱殼中的應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）處的周向應力為50MPa。此時，壓力表A指示數為1MPa，壓力表B的指示數為2MPa，試問哪一個壓力表已失靈，為什么？

1根據標準橢圓形封頭的應力計算式計算E的內壓力： 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處的應力式為：

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

33m的氣態氨。設氣態氨的壓力p=0.4MPa，液氨密度為640kg/m，球罐沿平行圓A-A支承，其對應中心角為120°，試確定該球殼中的薄膜應力。

1球殼的氣態氨部分殼體內應力分布： 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角處的應力：R1=R2=R，pz=-[p+ ρg ○R（cosφ0-cosφ）]，r=Rsinφ，dr=Rcosφdφ

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

由區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力σθ與σφ的值及相應位置。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）管子的不連續應力表達式（管板剛度很大，管子兩端是開口的，不承受軸向拉力）。設管內壓力為p，管外壓力為零，管子中面半徑為r，厚度為t。

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

2內壓作用下管子的撓度和轉角 ○內壓引起的周向應變為：

2?R?w2p?2?RpR????2?REtp??pR2w??Etp2轉角：

?2p?0

3邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼的撓度和轉角 ○w22M0?M4變形協調條件 ○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邊緣內力引起的應力表達式 ○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，環境溫 度為tc，而材料的彈性模量E相等，線膨脹系數分別α1和α2，管道半徑為r，厚度為t，試求得焊接處的不連續應力（不計焊縫余高）。

解：○1內壓和溫差作用下管子1的撓度和轉角 內壓引起的周向應變為：

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

溫差引起的周向應變為：

??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 轉角：

?p??t1?0

○2內壓和溫差作用下管子2的撓度和轉角 內壓引起的周向應變為：

?p?2??r?wp2??2?r1?prprwppr22?r?E??t????2t??2??2Et?2??? 溫差引起的周向應變為：

??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的撓度和轉角

w2M0??12?5變形協調條件 ○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邊緣內力引起的應力表達式 ○

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。試求圓筒內外壁面應力值。解：周向應變

???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徑：

wr?R0?piR0?2????w02EK?1??K?1?Ri?內壁面處的應力值：

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，內直徑為34mm，承受內壓力300MPa，操作溫度下材料的 σb=1000MPa，σs=900MPa。此管道經自增強處理，試求出最佳自增強處理壓力。

解：最佳自增強處理壓力應該對應經自增強處理后的管道，在題給工作和結構條件下，其最大應力取最小值時對應的塑性區半徑Rc情況下的自增強處理壓力。對應該塑性區半徑Rc的周向應力為最大拉伸應力，其值應為經自增強處理后的殘余應力與內壓力共同作用下的周向應力之和：

????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?? ??令其一階導數等于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。根據殘余應力和拉美公式可知，該值對應周向應力取最大值時的塑性區半徑。

由自增強內壓pi與所對應塑性區與彈性區交界半徑Rc的關系，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的定值。

1周邊固支情況下的最大彎曲應力為 證明：○

?max2周邊簡支情況下的最大彎曲應力為： ○

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力，并將計算結果與上題作一分析比較。

解：板的最大撓度：

w板的最大應力： 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；簡支時的最大應力是固支時的1.65倍。

12.一穿流式泡沫塔其內徑為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？在失穩前，圓筒中周向壓應力是否相同，為什么？隨著所承受的 11 周向均布外壓力不斷增加，兩個圓筒先后失穩時，圓筒中的周向壓應力是否相同，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；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。

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

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

15.承受均布周向外壓力的圓筒，只要設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，只要設置加強圈均可提高其臨界壓力，對。只要設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，經濟上不合理。

16.有一圓筒，其內徑為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。○2在承受內壓力時，求其爆破壓力pb，并比較其結果。

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小了很多。

3．壓力容器材料及環境和時間對其性能的影響

習題

1.一內壓容器，設計（計算）壓力為0.85MPa，設計溫度為50℃；圓筒內徑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；內裝混合液化石油氣，經測試其在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）；圓筒內徑Di=2600mm，筒長L=8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數φ=1.0，裝量系數為0.9。試確定：○1各設計參數；○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，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.今欲設計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內徑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的結構形式，系數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，內徑Di=800mm，設計壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃，內筒材料為 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鋼板能制造這臺設備6.圖所示為一立式夾套反應容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應器圓筒內反應液的最高工作壓力pw=3.0MPa，工作溫度Tw=50℃，反應液密度ρ=1000kg/m3，頂部設有爆破片，圓筒內徑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；夾套內為冷卻水，溫度10℃，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內徑Di=1100mm，腐蝕裕量C2=1.0mm，焊接接頭系數φ=0.85，試進行如下設計： 1確定各設計參數； ○2計算并確定為保證足夠的強度和穩定性，內筒和夾套的厚度； ○3確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩定性是否滿足要求?！?各設計參數： 解：○1反應器圓筒各設計參數： ◇按GB150規定，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%設計爆破壓力，下限為1.5%設計爆破壓力，設計爆破壓力為

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

按內壓設計時的設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：

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

按外壓設計時的設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：

p?0.4?1.25?0.5MPa

按外壓設計時的計算長度：

L?4000?300?40?1000?3990mm 4設計溫度取工作溫度

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夾套各設計參數： ◇設計壓力（并取計算壓力等于設計壓力）：取最高工作壓力。設計溫度取10℃，C1=0。2內筒和夾套的厚度： ○1圓筒和標準橢圓形封頭壁厚設計 □1按內壓設計時 ◇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按外壓設計時 ◇ 16 圓筒穩定性校核：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滿足穩定性要求標準橢圓形封頭穩定校性核：取?n?18mm,?e?18?2.8?15.2mm,D0?1000?36?1036mm，查表4?5得系數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滿足穩定性要求2夾套壁厚設計 □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.有一受內壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內徑Di=1000mm，設計（計算）壓力為2.5MPa，設計溫度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規格為φ89×6.0，接管b規格為φ219×8，接管c規格為φ159×6，試問上述開孔結構是否需要補強？

答：根據GB150規定，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，內徑Di=2600mm，厚度δn=20 mm，儲罐總長10000mm，已知排放狀態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,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外壁的應力和應力強度。（例4-3：某一鋼制容器，內徑Di=800mm，厚度t=36mm，工作壓力pw=10MPa，設計壓力p=11MPa。圓筒與一平封頭連接，根據設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力集中，試計算圓筒邊緣處的應力及應力強度）

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

K?436?1.09 400各應力分量沿圓筒厚度的平均值—一次總體薄膜應力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筒體內壁各應力分量的應力梯度—內壁處的二次應力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 筒體外壁各應力分量的應力梯度—外壁處的二次應力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筒體內壁處的各應力強度：

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

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

第四篇：《過程設備設計》教學大綱

《過程設備設計》教學大綱

課程名稱:過程設備設計

英文名稱: Process Equipment Design 學分: 4.5

學時: 72

理論學時: 64

實驗學時:8 教學對象:過程裝備與控制工程專業本科生

先修課程:高等數學,機械制圖,工程力學,機械設計,化工原理,彈性力學,專業英語

教學目的: 本課程是過程裝備與控制工程專業的主干專業課程，其目的旨在使學生能綜合運用基礎課、技術基礎課程中的基本理論及相關的工程實踐知識，通過本課程的學習，基本具備從事過程設備設計和研究開發的初步能力。

教學要求: 熟悉并掌握過程設備設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備的設計。從材料、設備的結構、溫度、制造質量、安裝、操作維護等方面對過程設備的工程設計進行綜合分析和研究。

教學內容: Introductory Remarks(1學時)Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1學時)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,總體結構,國內外規范和標準及其比較 重點:按技術管理的分類, GB150,ASME 難點:正確理解按技術管理的分類方法

Chapter 2 Stress Analysis of Pressure Vessels(14學時)

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

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:設計文件,設計準則,圓筒設計,封頭設計,密封裝置設計,開孔和開孔補強設計,常用支座,安全泄放裝置,焊接結構,壓力試驗,應力分類,應力強度計算及限制,低循環疲勞曲線,平均應力影響.重點:圓筒和封頭設計,密封機理,性能參數,高壓密封結構,補強計算,焊接接頭分類,應力分類,應力強度.難點:設計參數確定,夾套容器設計,雙錐環受力分析,應力分類,應力強度

Chapter 5 Storage Equipment(5學時)

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量,力學模型,內力分析,幾種應力,球形儲罐的罐體,支座

重點:鞍式支座的結構和確定,扁塌現象.難點:臥式容器的力學模型

Chapter 6 Heat Exchanger(8學時)

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:換熱設備分類,管殼式換熱器分類及選型,管程結構,殼程結構,管板設計思路,膨脹節,管束振動和防止,傳熱強化技術

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,殼程結構,管束振動,傳熱強化技術.難點: 管殼式換熱器結構,危險工況的確定

Chapter 7 Tower(10學時)

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:塔設備選型,填料分類,塔內件結構,板式塔分類,板式塔結構,塔盤結構,塔設備附件,塔強度計算,固有周期,載荷分析,筒體強度校核,穩定性校核,風的誘導振動,卡曼旋渦,塔設備的防振

重點:填料塔結構,塔盤結構,塔設備載荷分析, 卡曼渦街 難點: 風的誘導振動機理, 載荷分析,筒體強度校核

Chapter 8 Reactors(5學時)

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:反應器分類,機械式攪拌反應器的結構,攪拌器,攪拌容器,夾套結構,流動特性,攪拌器選型,影響攪拌功率的因素,攪拌軸的力學模型,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

1.內壓薄壁容器應力測定（3學時）實驗目的及要求:(1)了解內壓薄壁容器在內壓作用下薄膜應力的分布規律(2)驗證薄壁容器筒體應力計算的理論公式

(3)掌握用電阻應變儀測定應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學時。2.高壓容器內外壁應力測定（2學時）實驗目的及要求:(1)測定高壓容器筒體在內壓作用下，內、外壁面的應力，并與理論公式比較(2)了解高壓液壓下電阻應變測量的基本方法，如電阻片的保護，內壁的引線及壓力效應的校正等

本實驗以內壁液壓下應力測量技術為重點 3.厚壁筒體的爆破及測試實驗（2學時）實驗的目的和要求:(1)了解厚壁容器加載，塑性變形，應變硬化，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果進行比較(3)了解大應變及數據采集的技術 4.外壓薄壁圓筒形容器失穩試驗（1學時）實驗目的及要求:(1)觀察薄壁圓筒形容器在外壓作用下失穩的形態(2)測定圓筒形容器的臨界壓力并與理論值進行比較 具體實驗的內容、方法詳見實驗指導書

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

第五篇：過程設備設計教學大綱

過程設備設計

課程類型：專業課程 總 學 時：48 學

分：3 開課系（院）：機械工程系

適用專業：過程裝備與控制工程

一、課程的地位、作用與任務

過程設備在生產技術領域中的應用十分廣泛，是化工、煉油、輕工海洋工程等傳統部門所必須的關鍵設備。本課程的任務是根據產品在全壽命期內的功能及市場競爭要求，綜合考慮環境要求和資源利用率，運用工藝、機械、控制、力學、材料以及美學、經濟學等知識，經過設計師的創造性勞動，制定可以用于制造的技術文件。主要是介紹學習流體儲存、傳熱、傳質和反應設備的一般設計方法，是一門涉及多學科、綜合性很強的課程。

二、課程教學基本內容及要求

（一）教學基本要求

要求學生掌握過程設備設計的基礎理論、方法及相應的規范，充分了解過程設備的結構特點與運作規律，學會對經典的過程設備如傳熱設備、傳質設備、儲存設備及反應設備等的一般工程設計方法和設計程序步驟。學習相關的國家標準和行業規范的使用，拓寬學生的專業知識面，鍛煉學生獨立獲取所須知識及綜合應用所學知識的能力，培養學生獨立解決實際生產過程中由于設備所產生的各類問題的能力和團體協作能力。

（二）主要教學內容 1.過程設備概論

主要講述過程設備的作用、特點及任務，過程設備的設計要求及常用規范、過程設備常用材料及其基本要求等知識。

2.過程設備設計基礎理論

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

3.過程設備設計應用

主要講述貯存設備、換熱設備、塔設備及反應設備的結構特點、性能、應用及設計計算的方法等知識。

四、教學說明

1.本課程應在完成金工實習、化工原理等課程的學習后進行。

2.本課程內容多、教學時數少，教學時應采用教學與學生自學相結合方式。

五、教材及主要參考書

（一）使用教材： 《過程設備設計》，鄭津洋、董其伍、桑芝富，化學工業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