化工设备设计

Yi b i n U n i v e r s i t y

设计说明书

题目用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计

系别化学与化工学院

专业应用化工技术

学生姓名雷静

学号110706028 年级2011级6班2013 年 6 月13 日

化工11级6班 雷静 110706028

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化工设备设计基础课程设计

设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 一、 设计任务及条件

(1) 使煤油从140℃冷却到40℃，压力1bar ；

处理量为21万吨/年

(2) 冷却剂为水，水压力为3bar 。 二、 设计内容

1. 主体设备和零部件材料选择；

2. 主体设备尺寸和零部件尺寸计算及选择规格；

3. 设备壁厚以及封头壁厚的计算和强度校核；

4. 各种接管以及零部件的设计选型；

5. 设备支座的设计选型；

6. 法兰的设计选型；

7. 设备开孔及开孔补强计算；

8. 设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。 三、 设计成果 （1） 设计说明书一份；

（2） A 1设计图纸包括：换热器的设备尺寸图及机械设计。

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目 录

设计任务........................................................................................................................................... 1 第1章 绪论 . (4)

1．1 概述 ................................................................................................................................. 4 1.2 换热器设计依据 .............................................................................................................. 4 1.3 几种管式换热器的介绍 . (4)

1.3.1 固定管板式换热器 ............................................................................................... 4 1.3.2 浮头式换热器 ........................................................................................................ 4 1.3.3 U 形管式换热器 ..................................................................................................... 4 1.3.4 外填料函式换热器 ............................................................................................... 5 1.3本文研究的主要内容 ....................................................................................................... 5 第2章 确定设计方案 . (5)

2.1 换热器类型的选择 .......................................................................................................... 5 2.2 管程安排 ........................................................................................................................... 5 2.3 流向的选择 ..................................................................................................................... 6 第3章 确定物性参数 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第4章 工艺计算 (6)

4.1 估算传热面积 ................................................................................................................... 6 4.1.1 热流量 ..................................................................................................................... 6 4.1.2 平均传热温差 ........................................................................................................ 6 4.1.3 冷却水用量 ............................................................................................................ 7 4.1.4 总传热系数 ............................................................................................................ 7 4.2 主体构件的工艺结构尺寸 (7)

4.2.1 管径和管内流速 ................................................................................................... 7 4.2.2 管程数和传热管数 ............................................................................................... 8 4.2.3 传热管的排列和分程方法 .................................................................................. 8 4.2.4 壳体内径 ................................................................................................................ 8 4.2.5 折流板 ..................................................................................................................... 8 4.2.6 接管 ......................................................................................................................... 9 4.2.7 换热管的结构基本参数 ...................................................................................... 9 4.3 换热器主要传热参数核算 . (9)

4.3.1 热流量核算 ............................................................................................................ 9 4.3.2 壁温核算 .............................................................................................................. 11 4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降） . (12)

第5章 结构设计 (14)

5.1 壳体直径、长度、厚度设计....................................................................................... 14 5.2 换热器封头尺寸 ............................................................................................................ 14 5.3 法兰及各连接材料的选择 . (15)

5.3.1 选定法兰结构 ...................................................................................................... 15 5.3.2 选定垫片结构 ...................................................................................................... 15 5.4 管箱 .................................................................................................................................. 16 5.5 开孔补强 . (16)

5.5.1 壳体接管的开孔补强 (16)

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5.5.2 确定补强圈的结构 ............................................................................................. 18 5.6 支座选用 .......................................................................................................................... 18 第6章 汇总 .................................................................................................................................. 19 第7章 设计感想 ......................................................................................................................... 21 参考文献.. (22)

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第一章 绪论

1.1 概述

管式换热器在炼油、石油化工、医药、化工以及其它工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。管式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗等方面不如其它新型的换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。

可以根据介质的种类、压力、温度、污垢和其它条件，管板与壳体的连接方式，换热器的形式与传热条件，造价，维修检查方便等情况，根据各种结构形式的特点来选择设计制造各种管式换热器。

1.2 换热器设计依据 1.3 几种管式换热器的介绍

1.3.1 固定管板式换热器

固定管板式换热器的两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定，结构简单，制造成本低，能得到最小的壳体内径，管程可分成多程，壳程也可分成双程，规格范围广，故在工程中广泛应用。缺点是壳程不能清洗，检查困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。优点是传热面积比浮头式换热器大20%-30%，旁路漏流较少，锻件使用较少，没有内漏。它宜用于壳程结垢不严重或能化学清洗的场合。在热膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

1.3.2 浮头式换热器

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计为可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体（也可设计为不可拆卸的），这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况，因此在安装时要特别注意其密封。

浮头部分设计为可以自由移动，虽然浮头部分可以自由移动，但管束不能抽出壳体。优点是在相同的壳体直径下，布管数多，换热面积增加，但对换热管外壁要求经常清洗的情况下，不宜采用此结构形式。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起重要作用。一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

1.3.3 U 形管式换热器

U 形管式换热器是将换热管弯成U 型。换热管两端固定在同一块管板上。由于壳体与换热管分开，可以不考虑热膨胀。因U 形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器低。管束可以从壳体内抽出，换热管外壁便于清洗。但换热管内清洗困难，所以换热管内的介质必须是清洁且不易结垢的物料。由于换热管的结构形式关系，换热管的更换除外侧一层外，内部换热

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管大部分不可能更换。管束中心部分存在空隙，所以流体易短路，影响传热效率。而且管板上排列的换热管较少，结构不紧凑。U 形管的弯管部分曲率不同，换热管长度不一致，因而物料分布不如固定管板换热器均匀。换热管因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。

U 形管式换热器一般用于高温高压的情况下。在壳程需要清洗的管束，则要求采用正方形排列，管程为偶数程。

1.3.4 外填料函式换热器

外填料式换热器适用于壳程压力不高、较严重腐蚀的介质、温差较大而经常要更换管束的冷却器，从结构上说它比浮头式换热器或固定管板换热器优越得多。它具有浮头式换热器的优点，又克服固定管板换热器的缺点，结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。

在壳程内为易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，不宜采用外填料函式换热器。

目前外填料函式换热器的使用不宜直径过大，且操作压力和温度也不宜过高，一般用于压力不超过2.0MPa 。

第二章 确定设计方案

2.1 换热器类型的选型

本设计任务是列管式换热器的设计，用冷水冷却煤油。煤油为热流体，水为冷流体。煤油的进口温度是140℃，出口温度是40℃；水的进口温度是25℃，出口温度为35℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季时气进口温度会降低，考虑此因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度只差较大，所以初步确定选用带有膨胀节的固定板管式换热器。

2.2 管程安排

决定何种流体走管程，何种流体走壳程的所遵循的一般原则如下：

（1） 应尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接

近。

（2） 在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷

装置，应尽量减少其冷量损失。

（3） 管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。 （4） 应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。从这个角度来说，逆

流式就优于顺流式，因为逆流式进出口端的温度比较平均，不像顺流式那样，热、冷流体的高温部分均集中于一端，低温部分集中于另一端，易于因两端胀缩不同而产生热应力。

（5） 对于有毒的介质或气相介质，必使其不泄漏，应特别注意其密封，密

封不仅要可靠，而且还应要求方便及简单。

（6） 应尽量避免采用贵金属，以降低成本。

以上这些原则有些是相互矛盾的，所以在具体设计时应综合考虑。

由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应使循环水走管程，煤油走壳程。

2.3 流向的选择

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当冷、热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递相同的热流体所需的传热面积较小。逆流操作时，冷却介质温升可选择得较大因而冷却介质用量可以较小。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流。

第三章 确定物性参数

定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可去流体进出口温度的平均值。

壳程流体（煤油）的定性温度为：T=（140+40）/2=90℃ 管程流体（水）的定性温度为：t=（35+25）/2=30℃

在定性温度下，分别查取管程和壳程流体（冷却水和煤油）的物性参数，见

第四章 工艺计算

4.1 估算传热面积

4.1.1 热流量

煤油流量：W h

=2.1×108

/（330×24）=26515kg/h=7.3653kg/s

热流量：Q=t m c p 111?=2.22×103

×26515×（140-40）

=5.886×109

kg/h=1635000W

4.1.2 平均传热温差

逆流传热温差：t t t t t In m

2

121'

???-?=

?=

35

3540140)

2535()40140(-----In

=39℃

传热平均温差校正系数

P=t T t t 1

1

12

--=

09

.0115

1025

-14025-35==

R=10

10

10025

35401401

2

2

1==

--=

-

-t

t

T T

按单壳程四管程结构，温差校正系数应查有关图表，但R=10的点在图中难以读出，因而相应以1/R 代替R ，PR 代替P ，查同一线图，82

.0=φ

，

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修正后的传热温度差：32

3982.0'

=?=?=?t t m m

φ℃

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故单壳程可行。

4.1.3 冷却水用量

t c

W

p c

Q

2

2

?=

=

）

（25-3541745886000000

?=141015.8kg/h=39.17kg/s

4.1.4 总传热系数

查阅资料可知，水与煤油之间的传热系数在280-710 W/（?m 2

℃），取总

传热系数K= 350W/（?m

2

℃）

估算的传热面积：A=

32

3501635000?=

?t m

K Q =145.98m 2

4.2 主体构件的工艺结构尺寸 4.2.1 管径和管内流速

选用φ25×2.5的传热管（碳钢管），管内径d i =0.025-0.0025×2=0.02，取管内流速u i =1.0m/s

4.2.2 管程数和传热管数

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传热管数：1

4

7

.995/17.394

02

.02

2

??

=

??=

ππu d W

n i

i c

s

=125.28≈125根

按单管程计算，所需的传热管长度为

L=

125

025.098

.1450??=

??ππn d s

A

=14.88m

按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。现取传热管长l=5m ，则该换热器的管程数为

3

31.35

.488.14≈==

=

l

L N

p

（管程）

传热管总根数：N=125×3=375（根）

4.2.3 传热管的排列和分程方法

采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。其中，每程内的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高相同的壳程内可排列更多的管子。

取关心距t=1.25d 0，则t=1.25×25=31.25≈32mm 横过管束中心线的管束：30

.213751.11.1=?

==N n c

≈22根

隔板中心道离其最近一排中心距离S=t/2+6=32/2+6=22mm ，取各程相邻管的管心距为44mm 。

4.2.4 壳体内径

采用多管程结构，取管板利用率η=0.7 壳体内径：D=1.05t 7

.0/37532

05.1/?=ηN =777.69mm ，圆整可取

D=800mm 。

4.2.5 折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺

高度为：h=0.25·D=0.25×800=200mm

取折流板间距B=0.3D ，则B=0.3×800=240mm ，取板间距B=300mm 折流板数：14

1-300

45001-==

=

折流板间距

传热管长N

B

块

4.2.6 接管

1.壳程流体进出口接管:取接管内煤油流速为u=1.0m/s ，则接管内径为

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d=

=

??=

?0

.114.3825/3653.744u

W

h

π0.1066m

经圆整后取管内径为100mm 。

2.管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s ，则接管内径为 d=

5

.114.37

.995/17.3944??=

?u

W

c

π=0.1828m

经圆整后取管内径为180mm 。

4.2.7 换热器的结构基本参数

4.3 换热器主要传热参数核算 4.3.1 热流量核算

1.壳程对流传热系数 采用克恩公式，d

e

λα

00

36

.0=·

14

.03/155.0???

?

????

w r

eo

P

R

μμ

其中，取14

.0???

?

??w μμ=1

当量直径d e 由于是正三角形排列，所以：

d

d

t

d

e

20

2

4

-

234π

π???

? ?

?=

=

025

.014.3025

.04

032.02342

2

????

? ?

??-

?π=0.020m

壳程流通截面积：??? ????=???

? ???=032.0025.0-18.03.0-100

t BD d A =0.0525m 2

壳程流体流速及其雷诺系数分别为：

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=

=

A

W

u h

/

ρ

0525

.0825/3653.7=0.17m/s

000715

.0825

17.002.00

??=

??=

μ

ρ

u

d R e

eo

=3923.08

普朗特准数：14

.0715

.022.2Pr

?=

?=

λ

μ

C

po

=11.3

故壳程对流传热系数： d

e

λα00

36

.0=·

14

.03/155.0???

?

????

w r

eo

P

R

μμ

=0.3613

.1108.392302

.014.03

/155

.0????

=535.69W/（?m 2

℃）

2.管程对流传热系数

水在管程中是被加热，所以公式中的n=0.4，得： Pr

4

.08.0023

.0R

d

e

i

i i

λ

α

=

其中，管程流通截面积：4

3754

02

.014.34

4

2

2?

?=

?

?=

N d A i

i

π=0.02944m 2

管程流体流速以及其雷诺数分别为：

02944

.07.995/17.39/=

=

A

u

i

i

c i

W ρ=1.3363

μ

ρ

i

i

i

i

i

u d =

Re

=

000801.07

.9953363.102.0??=33222.32

普朗特准数：λ

μ

i

i

pi

C =

Pr

=618

.0801

.0174.4?=5.41

故管程对流传热系数：

Pr

4

.08.0023

.0R

d

e

i

i i

λ

α

=

=0.0234

.08

.041

.532.3322202

.0618.0???

=5782.41W/(?m

2

℃)

3.污垢热阻和管壁热阻 查阅附录得 煤油侧的热阻?=m R o

2

000172

.0℃/w 自来水侧的热阻?=m R i

2

000344

.0℃/w

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钢的导热系数为λ=45 4.传热系数 根据

α

αλ

o

so

m

i

o si

i

i

o

R

d

d

d

d R d

d

b K 1

10+

+

+

+

=

=

69

.5351000172.00225

.045025.00025.002

.0025.0000344.002

.041.5782025

.0+

+??+

?

+?

=0.002447 解得K=413.74?2

/m

W （℃)

传热面积32

74.41310

635.16

??=

?=

m

t K Q S

=123.492m

所选用的换热器的实际传热面积A=145.982m 5.传热面积裕度

该换热器的面积裕度为 %

10049

.12349

.123-98.145%100?=

?-=S

S A H

=18.21%

传热面积裕度合适，该换热器满足设计要求。

4.3.2 壁温核算

该换热器用自来水冷却水，设定冷却水进口温度为25℃，出口温度为35℃

来计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳程和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管壁温差可能较大。计算中，应按最不利的操作条件考虑。因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。 α

α

αα2

1

2

1

++=

t T t m

m w

式中，t m =0.5×（35+25）=30℃ T m =0.5×(140+40)=90℃ ）K W m ?=2

2

/(41.5782α

)

/(69.5352

1

K W m ?=α

传热管平均壁温：αα

α

α2

1

2

1

++=

t T t m

m

w

=41

.578269.53530

41.578290

69.535+?+?=35.09℃

壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即T m =90℃

壳体壁温和传热管壁温之差：=?t 90-35.09=54.1℃>50℃

该温差较大，故需设温度补偿装置。选用带膨胀节的固定管板式换热器。膨胀节

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选用波形膨胀节B 型。

4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降）

1.管程流动阻力 管程总压力降：()N N F P P

P

p

s

t

i

∑

?

+?

=?

2

1

其中：Pa

P P 与局部阻力，—分别为单程直管阻力—、21??

4

.15.225=?F

F t

t mm mm 管子，取

—污垢校正系数，对于—φ

1=N N s

s

—壳程数，— 3=N

N

p

p —管程数，

—

流体流过直管段由于摩擦所引起的压力降可由下式计算： i

i i i

d u l P 22

1ρλ=?

流体流过回弯管（进、出口阻力忽略不计）因摩擦所引起的压力降可由下式计算： 2

22

u

P i

i

ρζ

=?

式中：λ——摩擦阻力系数 l ——传热管长度，m d i ——传热管内径，m u i ——管内流速，m/s ρ——流体密度，kg/m 2 ζ=0.5+1+0.5+1=3

因为Re=33222.32<10

5

，设管壁粗糙度ε=0.1mm ，则相对粗糙度

ε

/d i =0.005，查图得，λi =0.035W/m ·℃，流速u i =1m/s,2

/7.995m

kg i

=ρ

,

所以：2

02.01

7.9955.4035.0????

=?P i

=3920.57Pa

2

1

7.99532

2

??

=?P =1493.55Pa

总压强降：

314.1)55.149357.3920(???+=?∑P

i

=22739.3Pa=22.74KPa<100KPa

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所以管程流动阻力在允许范围内。 2.壳程流动阻力（压强降） 壳程总压力降：()N F P P

P

s

s

’

’21

·?+?

=?

∑

式中：P 1?——流体流过管束的压力降，Pa P 2?——流体流过折流板缺口的压力降，Pa F s ——结垢校正系数，对于流体，F s =1.15 N s ——壳程数，N s =1

流体流过管束的压力降：P 1?′=F ()

2

120

0u

N n f B

c ρ+

流体通过折流板缺口的压力降：P 2?′=2

25.320

u

N D B B

ρ??? ?

?-

式中：N ——每一壳程的管子数目 N B ——折流板数目

B ——折流板间距，m

D ——壳体内径，m

F ——管子排列方式对压力降的校正因数，对于正三角形排列，F=0.5 f

——壳

程流体

的摩擦系数，当

(

)μρ

/0.55000

228

.0-0

Re

u R

f

R

de

e e ==>，其中，

时，=33222.32，f

=0.4657

n c ——横过管束中心线的管数，管子按正三角形排列：n c =1.1N

u 0——壳程流体横过管束的最小流速，m/s Vs ——壳程流体的体积流量，s

m

/3

已知：n c =22根，N B =14块，B=300mm,D=800mm,ρ0=825kg/m 3

,u 0=0.17m/s 所以，P 1?′=F ()

2

120

u

N n f B

c ρ+

=0.5×0.4657×22×（14+1）×2

17

.08252

?=916.03Pa

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 14 -

P 2?′=2

25.320

u

N

D B B

ρ??? ?

?

-

=14×217.08258.03.02-5.32

????? ?

?

?=458.97Pa

总压强降：()N F P P

P

s

s

’

’21

·?+?

=?

∑

=（916.03+458.97）×1.15×1=1581.25Pa ﹤100KPa

符合设计要求。

第五章 结构设计

5.1 壳体直径、长度、厚度设计

由上面的计算可得壳体直径为D=800mm 壳体长度为l=4500mm

换热器壳体材料及设计参数的选择根据：

a ．换热器设备使用材料及操作条件

b ．考虑材料的焊接和冷热加工性能

c ．设备的使用功能和制造工艺

d ．考虑材料的来源与价格

以上的各种情况来看，取碳素钢（GB8163-87）作为壳体的材料。 壳体的设计压力:

P=（1.05～1.1）P c =（1.05～1.1）×0.1=（0.105～0.11）MPa 取P d =0.107MPa

壳体的设计温度：140+20=160℃

因为采用2面焊局部检测，所以壳体的焊缝系数：?=0.85 计算厚度：[]1

.085.014028001.02-???=

-

=

P

D

P c

t i

c

?

σδ

=0.336mm

腐蚀余量C 2=2mm,钢板厚度负偏差C 1=0.15mm 设计厚度：C d

2

+=δδ=0.336+2=2.336mm

名义厚度：?

++

=

C

d

n

1

δ

δ

=2.5mm

但对碳素钢，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm ，若加上2mm 的腐蚀余量，名义厚度至少应取5mm 。 所以壳体厚度δ=5mm

5.2 换热器封头尺寸

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 15 -

考虑综合因素，使用标准椭圆封头，材料使用碳素钢Q235-C ，焊接接头形式采用双面焊对接接头，根据第一强度理论?=1。

标准椭圆形封头的厚度：[]P

D

P c

t

i

c

K 5

.02-=

?

σ

δ

，标准封头K=1

封头设计温度：t=t w +20℃=140+20=160℃ 许用应力：[]t

σ=125MPa

设计压力：P c =0.3MPa 所以，[]P

D

P c

t

i

c

K 5

.02-=

?

σ

δ

=

3

.05.0-112528003.01?????=0.96mm 腐蚀余量mm

C 22=，钢板负偏差mm

C 3.01=

设计厚度：C d

2

+=δδ=0.96+2=2.96mm

名义厚度：?

++

=

C

d

n

1

δ

δ

=3.5mm

但对碳素钢，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm ，若加上2mm 的腐蚀余量，名义厚度至少应取5mm ，所以名义厚度为5mm 。

因为???

??

??

????

? ??+=

2

2261h D i

i K ，

由此可得椭圆封头短半径：4D h i

i =

=mm

2004

800

=

查表，直边高度为h 0=25mm

封头校核

椭圆形封头的最大允许工作压力：

[][]9357

.03

5.080013112525.02=?+????=

+=

δ

δ?σe

i

e

w

D

P K

MPa>P w =0.3MPa

即封头满足要求。

5.3 法兰及各连接材料的选择

5.3.1 选定法兰结构

工艺操作条件所给出的各参数如下； 公称直径：DN=800mm

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 16 -

压力：MPa

P c

3.0=

温度：t=140℃ 由此查表可得，

法兰类型：甲型平焊法兰 法兰材料：Q235-C 压紧面：凹凸面

5.3.2 选定垫片结构

根据上述数据，查表可得， 垫片形式：耐油垫

垫片压紧面形状：凹凸形压紧面 垫片材料：橡胶石棉板 由此可得，

垫片系数：m=2.75 比压力：y=25.5MPa 垫片接触宽度：N=20mm 垫片基本密封宽度：2

N b n

==10mm

垫片有效密封宽度：b=2.53b n =8mm 垫片压紧力作用中心圆计算直径：b

2700-=D G =700-2×8=684mm

预紧时需要的压紧力：by

D

F

G

π

=0

=3.14×684×8×25.5=438143.04N

操作状态下，需要的最小垫片压紧力：

P D

F

c

G

p

m

b 2π

==2×3.14×684×8×2.75×0.3=28350.43N

5.4 管箱

管箱因各种工作条件、环境和筒体的一样，并且材料一致时，可以减少应力集中，以及它的局限性，故选择与筒体同材Q235-C

管箱的长度一般取同筒体中接管法兰的直径2-3倍。 壳体与管箱短节材料选用Q245R 卷制。

5.5开孔补强

GB150规定，如果壳体开孔同时满足下列三个条件时可以不另行补强 （1）设计压力不大于2.5MPa

（2）相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的2倍 （3）管公称外径小于或等于89mm

5.5.1壳体接管的开孔补强

a 、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 由已知条件知壳体的计算厚度σ=0.336mm

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 17 -

接管的计算厚度：[]P D

P c

t

-20

c

?σ

σ

=

（直径180mm ，材料为20号钢）

式中，P c ——计算压力，取0.6MPa

[]MPa

D

13285.0mm 100t

===σ?，，查表得：

接管的计算厚度：[]mm

27.06

.0-85.013221006.0-20

c

=???=

=

P D

P c

t

?σ

σ

壁厚附加量：C=C C 21+=0.3+2=2.3mm 开孔直径：d=C

d 20+

=100+2×2.3=104.6mm

b 、确定壳体的实际厚度，开孔有效补强厚度B 及外侧有效厚度h 1，已知壳体的名义厚度为5mm ，接管名义厚度5mm

有效补强宽度范围：B=2d=2×104.6=209.2mm

B=d+2=

?+?+=+52526.1042δ

δnt

n

124.6mm

故取大值，则B=209.2mm 接管外侧有效补强厚度：h mm

87.2256.104d nt

1=?==δ

取C

h -1n

c

2

δ

δ

=

=厚度

，其中，筒体开孔有效

=5-2.3=2.7mm

c 、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积。 开孔削弱所需的面积：A=2

r

t

mm

15.35336.06.104-12=?=+）（f

d εδδδ

壳体多余截面：)

1(-)((2))(1f

A r

nt C d B

-

----=）（δδδ

δ

δ

ε

ε

（1r

=f

）

=（209.2-104.6）×（2.7-0.336） =247.27mm 2 接管多余截面：mm

nt

7.2=ε

[]6

.0-85.013221006.0-2t

i

???=

=

=P

P

D

t

?

σδδ=0.27mm

f C

h f

h A r

t

r

t t

)

(2)

(22

212-

+-=δ

δδ

εε

=2×22.87×（2.7-0.27）+2（2.7-2.3）

=111.95mm 2

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 18 -

焊缝金属截面积A 3,取焊角高度为8mm ，故焊缝截面积 A 3=2

2

mm

642

82=?

用来补强的金属面积 A A

A

A 3

2

1

+

+

=

ε=247.27+111.95+64=423.22 mm 2

由于A

A >ε

,故不需要另行补强。

5.5.2 确定补强圈的结构

根据设备的工艺条件，可选择B 型坡口补强圈，其孔为锥形部分深度。 S=0.7mm 5.357.0nt

=?=δ

内径：3

（+=

d

D i

～5）=100+4=104mm

5.6 支座选用

壳体质量m 1： DN=800mm ，mm

5n

=δ

的筒体

单位长度的筒体质量：q 1

=67Kg

则m =

?

=L q 1

167×8=536Kg

封头质量m 2： DN=800mm ，mm

5n

=δ，直边h=25mm 的标准椭圆形封头，其质量m=30Kg,

所以g

482242K m =?=

水的质量

13

==?ρ?，式中装填系数

v m

储罐体积

V=V

V

管

封

+=2×0.08+4.5×0.503=2.42m 3

则 m 3 =1×2.42×1000=2420Kg 附件质量m 4=300Kg 管子质量4500

5.225

??φ 单重7.82Kg

化工11级6班 雷静 110706028

- - - 19 -

有375×7.82=2932.5Kg

法兰质量：PN=0.6MPa ，DN=800mm ，法兰质量44.3Kg 则m 法=4×44.3=177.2Kg 设备总质量：

m 总=m m m m m 法++++4321=536+48+2420+300+177.2=3481.2 支座计算 Q=

2

8

.92.34812

?=

mg =17057.88N=17.06KN

每个支座承受17.06KN ，小于鞍座的允许载荷。选用重型B Ⅰ焊制，120°包角，带垫板，双筋的鞍座。

鞍座的标记为JB/T4712-92鞍座B Ⅰ800-F

第六章 汇总

化工设备基础总复习

《化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 力的合成与分解法则有和两种。 2. 作用在梁上的载荷一般可分为集中力、和；根据梁的约束及支 承情况可以分为简支梁、和三种。 3. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加，含有杂质磷会造成性增加。 4. 两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是、和。 5. 材料破坏的主要形式有和。 6. 平面力偶系平衡的充要条件是。 7. 设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现，但它是和确 定时不可缺少的参数。 8. 压力容器制造完成之后必须进行压力试验，按照压力试验的介质种类可以分为和 两种方法。 9. GB 150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的标准。 10. 在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是厚度，用来承担外载荷强度 的厚度是厚度。 11. 法兰联接结构，一般是由、和三部分组成。 12. 为使薄壁回转壳体应力分析过程简化除假定壳体是的之外，还作 了、和。 13. 塔设备的裙座与筒体搭接结构焊缝受应力作用；对接结构焊缝承受应力作用。 14. 内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在工况时设备侧。 二、判断题 1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。 2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封， 所以预紧密封比压越大越好。 4. 使梁变成凹形的弯矩为负弯矩，使梁变成凸形的弯矩为正弯矩。 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。

化工设备设计大赛说明书

华东理工大学 第一届化工设备计算机辅助概念设计 比赛说明书 设计者： 高一聪（过程0１2) 杜鼎（机设015） 孙英策（机设011) ２0０3年1１月6日

目录 一.设计要求???? (3) 二.设计思路概述?? (3) 三.设计尺寸??? (4) 四.设计建模过程???………………４ 塔体???? (4) 裙座??? (4) 接管??? (6) 法兰??? (6) 人孔??? (6) 吊柱????………………７ 操作平台??? (7) 梯子??? (8) 五.椭圆形封头钣金展开???………………９ 六.心得体会????? (13) 七.参考书目???………………１4

一.设计要求 1塔设备三维造型 2设计平台、扶梯、并与塔组装。 ａ除了图中已注尺寸,其余部分形状大小由设计而定。 b塔筒体内零件忽略不作,只作塔设备外形。 c接管、人孔、支座等方位由设计而定。 d平台与扶手形状、大小自行设计。 e支座数量为4个。 f 支座与法兰大小应由有关系列标准而定。 3画出塔设备椭圆封头的展开图。展开方法合理，所用材料最省。 二．设计思路概述 塔设备是化工,炼油生产中最重要的设备之一。它主要分为板式塔和填料塔两大类。我们设计的塔设备就是以板式塔为模板的。我们通过查看实物图片,查阅相关塔设备资料和设计标准手册研究除了一套较合理的方案。我们的设计主要分为以下几部分: １、塔体：塔设备的外壳。它由等直径、等厚度的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头组成。 2、塔体支座：塔体安放在基础上的连接部分。它用以确定塔体的位置。本题中塔 设备采用的是最常用的支座形式——裙座。 3、除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。对于回收物料，减少污染非常重要。 4、接管：用以连接工艺管道,把塔设备与其他设备连成系统。安用途可分为进液 管、除液管、进气管、出气管等。 5、人孔：为安装、检修、检查的需要而设置的。

化工设备机械基础考试试卷(终审稿)

化工设备机械基础考试 试卷 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

《化工设备机械基础》试卷适用专业: 应用化工技术年级: 2010级考试方式：闭卷 班级：姓名：学号：考试时间： 120 分钟 一、选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内。（共8分，每小题1分） 1.设计压力为 2.5MPa的容器属于。（） A．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2.钢材的强度随温度的升高而，韧性和塑性随温度的降低而。 （） A．下降，升高 B．下降，下降 C．升高，下降 D．升高，升高3.不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于。（） A．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三 4.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的。（） A．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温脆性 5.从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种 凸形封头中，的受力情况最好。（） A．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 6.低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。（） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段

C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段 7.无缝钢管的公称直径指的是管子的。（） A．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他 8.设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压 力外，还应考虑法兰的：（） A．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度二、填空题。（每空1分，共20分） 1．过载时带会在轮上，可防止其他零件的损坏，起到过载安全保护作用。 2．齿轮传动的失效形式 有、、、 、。 3．材料的化学性能有、抗氧化性。 4．碳钢是含碳量小于 %的铁碳合金。 5．工程上，伸长率δ≥5%的材料称为材料，δ<5%的材料称为 材料。 6．45钢，表示平均含碳量为 %的优质碳素结构钢。 7．对碳素结构钢、低合钢制容器，规定壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度为 mm。

《程序设计基础》试卷B及答案

黄淮学院计算机科学系2007-2008学年度第一学期 期末考试《程序设计基础》B 卷 注意事项：本试卷适用于计科系06级本科计算机科学与技术专业学生。 1．__ ____函数是程序启动时惟一的入口。 2．算法的复杂性包含两方面： 和 。 3．已知 char c= 'a' ; int x=2,k; 执行语句k=c&&x++ ; 则x 为 ，k 为 。 4．数值0x34对应的十进制为 。 5．已知int a ; 则表达式”(a=2*3 , 3*8), a*10”的结果为_ _ ____，变量a 的值为___ ___。 6．面向对象程序开发步骤为： 、 和面向对象实现。 1．下列程序设计语言中（ ）是面向对象语言。 A. FORTRAN B. C 语言 C. C++ D. 汇编语言 2．下列关于注释的说法哪个是错误的（ ）。 A. 注释不是程序中的可执行语句 B. 注释对于程序的执行有很重要的意义 C. 注释将在程序的编译阶段被编译器剔除 D. 编程时在程序中添加适当的注释是一个良好的编程风格 3．算法设计应该遵守（ ）的设计原则。 A. 自底向上，逐步求精 B. 自顶向下，逐步求精 C. 自底向上，同步扩展 D. 自顶向下，同步扩展 4．下列语句执行后a 的值为（ ）。 int a=4, &z=a, k=3; a=k; z+=2; k++; A. 0 B. 4 C. 1 D. 5 5．以下程序执行后，屏幕输出为（ ）。 #include “iostream.h ” void fun(int d) {d++;} void main() { int d=3; fun(d); d++; cout<=’a ’)&&(d<=’z ’) B. ‘a ’<=d<=’z ’ C. (d>=’a ’)||(d<=’z ’) D. ‘A ’<=d<=’Z ’ 8．已知：int k=7, x=12; 则执行语句（ ）后x 的值为0。 A. x+=k-x%5; B. x+=(x-k%5); C. x%=(k-=5); D. (x-=k)-(k+=5); 9．运行下列程序，其输出结果为（ ）。 #include “iostream.h ” void main() { int x(5),y(5),z(5); y--&&++x&&z--||y++; cout<

化工设备设计

Yi b i n U n i v e r s i t y 设计说明书 题目用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 系别化学与化工学院 专业应用化工技术 学生姓名雷静 学号110706028 年级2011级6班2013 年 6 月13 日

化工11级6班 雷静 110706028 - - - 1 - 化工设备设计基础课程设计 设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 一、 设计任务及条件 (1) 使煤油从140℃冷却到40℃，压力1bar ； 处理量为21万吨/年 (2) 冷却剂为水，水压力为3bar 。 二、 设计内容 1. 主体设备和零部件材料选择； 2. 主体设备尺寸和零部件尺寸计算及选择规格； 3. 设备壁厚以及封头壁厚的计算和强度校核； 4. 各种接管以及零部件的设计选型； 5. 设备支座的设计选型； 6. 法兰的设计选型； 7. 设备开孔及开孔补强计算； 8. 设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。 三、 设计成果 （1） 设计说明书一份； （2） A 1设计图纸包括：换热器的设备尺寸图及机械设计。

化工11级6班 雷静 110706028 - - - 2 - 目 录 设计任务........................................................................................................................................... 1 第1章 绪论 . (4) 1．1 概述 ................................................................................................................................. 4 1.2 换热器设计依据 .............................................................................................................. 4 1.3 几种管式换热器的介绍 . (4) 1.3.1 固定管板式换热器 ............................................................................................... 4 1.3.2 浮头式换热器 ........................................................................................................ 4 1.3.3 U 形管式换热器 ..................................................................................................... 4 1.3.4 外填料函式换热器 ............................................................................................... 5 1.3本文研究的主要内容 ....................................................................................................... 5 第2章 确定设计方案 . (5) 2.1 换热器类型的选择 .......................................................................................................... 5 2.2 管程安排 ........................................................................................................................... 5 2.3 流向的选择 ..................................................................................................................... 6 第3章 确定物性参数 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第4章 工艺计算 (6) 4.1 估算传热面积 ................................................................................................................... 6 4.1.1 热流量 ..................................................................................................................... 6 4.1.2 平均传热温差 ........................................................................................................ 6 4.1.3 冷却水用量 ............................................................................................................ 7 4.1.4 总传热系数 ............................................................................................................ 7 4.2 主体构件的工艺结构尺寸 (7) 4.2.1 管径和管内流速 ................................................................................................... 7 4.2.2 管程数和传热管数 ............................................................................................... 8 4.2.3 传热管的排列和分程方法 .................................................................................. 8 4.2.4 壳体内径 ................................................................................................................ 8 4.2.5 折流板 ..................................................................................................................... 8 4.2.6 接管 ......................................................................................................................... 9 4.2.7 换热管的结构基本参数 ...................................................................................... 9 4.3 换热器主要传热参数核算 . (9) 4.3.1 热流量核算 ............................................................................................................ 9 4.3.2 壁温核算 .............................................................................................................. 11 4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降） . (12) 第5章 结构设计 (14) 5.1 壳体直径、长度、厚度设计....................................................................................... 14 5.2 换热器封头尺寸 ............................................................................................................ 14 5.3 法兰及各连接材料的选择 . (15) 5.3.1 选定法兰结构 ...................................................................................................... 15 5.3.2 选定垫片结构 ...................................................................................................... 15 5.4 管箱 .................................................................................................................................. 16 5.5 开孔补强 . (16) 5.5.1 壳体接管的开孔补强 (16)

《化工设备设计机械基础》课程试卷

2006级《化工设备设计基础》课程试题（B卷）合分人： 一、力学部分计算题：（共50分） 1、图示三角形支架ABC，A、B、C三处为铰链链接。在两杆的连接处B悬挂有重物G=30kN。杆AB和BC材料相同，许用应力[σ]=120MPa。AB、BC两杆直径d分别为25mm、30 mm。试校核此支架是否安全。(已知A、B、C三处均为铰接)。(AB和BC两杆的重量不计)（本题15分） 2、图示简支梁受均布载荷q=2kN/m作用，若梁长l=2m，截面为圆截面D=40mm，[σ] = 120MPa。试写出剪力方程和弯矩方程，画出剪力图和弯矩图，并校核强度是否满足要求。 3、已知：P＝7.5kW, n=100r/min,最大切应力不得超过40MPa, 空心圆轴的内外直径之比 = 0.5。二轴长度相同。求: 实心轴的直径d1和空心轴的外直径D2；确定二轴的重量之比。 4、校核如图的矩形截面横梁AB的安全性。（已知α = 30°b= 60mm， h = 80mm，l1 = 1250mm，P = 15kN，[σ] = 160MPa） 二、是非题：在题后括号内，正确划 “√”，错误划“×”（共 10分，每小题1分） 1.《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危 害程度分为三类，其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因

而在设计、制造和使用方面对其要求最高。 （ ） 2. 容器法兰与管法兰的PN 、DN 相同时可以相互代用。 （ ） 3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。 （ ） 4. 内压容器的有效厚度δe 一般都大于计算厚度δ，因此容器最高 允许工作压力[p w ]总是大于设计压力p 。 （ ） 5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（ ） 6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。 （ ） 7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是φmax σσ=K 。（φσ为圆筒经 向薄膜应力） （ ） 8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A 应该≤0.2L 和0.25D 0（式中L 为筒体长度，D 0 为筒体外径）。 （ ） 9. 圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向垂直于圆筒的轴线。 （ ）

机械设计基础试卷及答案.doc

机械设计基础期末考试试题 一、填空题（30分） 1.两构件通过____________或____________接触组成的运动副称为高副； 2.曲柄摇杆机构的__________不等于00，机构就具有急回特性； 3.机构从动件所受力方向与该力作用点速度方向所夹的锐角，称为 _________角，用它来衡量机构的__________性能； 4.重合度的大小表明同时参与啮合的_________的对数的多少，重合度越大， 传动越 _________ ，承载能力越_________； 5.从切制原理上讲，加工齿轮的方法有__________、_________两种； 6.V带传动的主要失效形式是__________和__________； 7.凸轮机构从动件的形式有________从动件，________从动件和________从动件； 8.设计键连接时，键的截面尺寸b×h通常根据__________由标准中选择； 9.在链传动中，当两链轮的轴线在同一平面时，应将_______边布置在上面， _______边布置在下面； 10.牙嵌离合器只能在___________或___________时进行接合； 11.对齿轮材料性能的要求是齿面要__________，齿芯要__________； 12.按防松原理，螺纹联接常用的防松方法有__________、_________、__________三种； 13.在平键联接工作时，是靠__________和__________侧面的挤压传递转矩的； 14.按齿轮的啮合方式不同，圆柱齿轮可以分为________齿轮传动、________ 齿轮传动和________传动。 二、判断题（对的打“√”，错的打“×”，10分） 1.四杆机构中的最短杆是曲柄。（） 2.在摆动导杆机构中，当导杆为主动件时，机构有死点位置。（） 3.斜齿圆柱齿轮的标准模数是大端模数。（） 4.当一对渐开线齿轮制成后，即使两轮的中心距稍有改变，其角速度比仍保 持不变。（） 5.螺纹联接件具有自锁性，不需要防松。（） 6.间歇运动机构的主动件，在何时也不能变成从动件。（） 7.球轴承的旋转精度比滚子轴承的大。（）

介绍一本设计工具书_化工设备设计手册_(1)

67 方方面面 Department 2004.3 介绍一本设计工具书—— 由朱有庭、曲文海、于浦义主编，化工出版社出版的“化工设备设计手册”将于２００４年下半年出版。这本书是一本化载作者实用的工具书。该书的编写宗旨是为从事化工、石油、轻工、医药等行业的化工设备和化工机械专业设计人员进行工程设计而用。本手册具有下列特点。 （１）　压力容器等化工设备的设计准则和强度计算方法、公式均以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ、ＨＧ）及国际通用的标准规范（ＡＳＭＥ、ＴＥＭＡ）为依据，并汇集了作者多年的工程设计经验，以满足压力容器等化工设备的工程设计、制造。 （２）　对泵、压缩机和通风机的类型、结构、技术性能和适用范围等作了简明扼要的介绍；对这些化工机械的选型和选用设计亦以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ）及通用的国际标准规范如ＡＰＩ等为依据，并汇集了大量的选型计算用工程数据、图表等资料，能满足泵、压缩机和通风机的选型、询价、采购和现场安装、调试等的需要。 全书共分１５章和一个附录（腐蚀与防腐蚀），各章的主要内容如下所述。 （１）　第１章“常用资料”的主要内容 ①　工程计量单位及不同计量单位制的单位换算。②　常用物料、材料的物理性质，包括密度、线膨胀系数、导热系数、弹性模量、泊桑系数、磨擦系数、不同黏度单位制的黏度单位换算表和公式及常用液体的黏度等。 ③　平面几何图形的力学参数如面积、惯性矩、断面模数等计算公式。 ④　立体几何图形的体积计算公式及诺谟图。⑤　常用力学、材料力学公式。⑥　常用流体力学准数。 （２）　第２章“化工设备用材料”的主要内容 ①　压力容器用钢材（钢板等）的品种、牌号、规格及物理、力学性能。 ②　化工设备常用结构材料（碳素钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐蚀合金、有色金属、铸钢和铸铁的物理、力学性能。 ③　常用结构钢（角钢、槽钢等）的品种、规格、材料和力学性能。 （３）　第３章“焊接”的主要内容①　常用焊接方法简介。 ②　焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的品种、规格、力学性能、焊接特性和适用范围。 ③　各种金属焊接用焊接材料的选用。④　焊接结构设计（焊缝坡口型式、尺寸）。 ⑤　各种金属材料的焊接如低碳钢、不锈钢、复合钢板、镍和镍合金、金属钛及异种金属材料的焊接方法、焊条（丝）选择等。 ⑥　焊接缺陷和质量检验及评定。⑦　焊接工艺评定。 （４）　第４章“紧固件”的主要内容①　专用紧固件 ?　管法兰用紧固件（螺、栓、螺母、垫片）规格系列、螺栓和螺母的材料匹配（ＨＧ标准）。 ?　设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）规格系列（ＪＢ标准）。 ②　通用紧固件（ＧＢ标准）（５）　第５章“压力容器”的主要内容①　压力容器受力分析基础知识。 ②　内压容器（圆筒体、锥体、封头等）强度计算（ＧＢ　１５０）。③　外压容器（圆筒体、锥体、封头）稳定计算（ＧＢ　１５０）。④　压力容器开孔补强计算（ＧＢ　１５０）。⑤　法兰计算（ＧＢ　１５０）。 ⑥　设备法兰标准规格压力系列（ＪＢ　４７００～４７０７）。⑦　设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）双头螺柱和螺母的材料匹配力学性能和许用应力。 ⑧　压力容器用钢板的力学性能和许用应力。⑨　低温压力容器设计准则。 （６）　第６章“球形容器（球罐）设计”的主要内容①　球罐设计用标准规范。 ②　球罐用材料（碳素钢、不锈钢等）。 ③　球罐结构设计（球壳瓣结构类型、瓣片下料尺寸计算、球罐容积系列及其各构件参数、支柱及拉杆、球罐附件等）。 ④　球罐强度计算及局部应力计算。⑤　球罐的制造、检验与验收。（７）　第７章“大型储罐设计”的主要内容 ①　大型储罐结构设计，包括容积系列（最大至１０万产方米），筒体、罐顶（拱顶、内外浮顶、网架顶结构）、罐底及防火、消防设施设计。 ②　大型储罐用材料。 ③　大型储罐构件的强度和稳定计算。④　大型储罐设计用标准规范。⑤　大型储罐的制造、检验和验收。 《化工设备设计手册 》 新书推荐

级化工设备设计基础课程试题(B卷)答案

2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B 卷）答案 一、力学部分计算题：（共50分） 1、（10分） 2sin 30 2306030 51.99tg300.577BC AB G S G KN G S KN = ==?==== （5分） 安全 （5分） 2、（15分） 解：0y F ∑= （5分） 0M ∑= （5分） 最大弯矩发生在梁的中点，其值为2 max 8 ql M = （3分） （3分） max 159120MPa MPa σ=不满足要求 （2分） 1 ()02 ql qx Q x --=1()2 Q x ql qx =-1()()2 M x qx l x =-211 ()022 qx qlx M x -+=0x l ()0x l ≤≤232 max max 331112102881590.043232 Z ql M MPa W D σππ???====?3 12 13 22 251.9910105.9[]120254 601084.88[]120304 AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ?===<=??===<=?

3、（15分） 解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩 （3分） 实心轴 （5分） 空心轴 （5分） d 2＝=23 mm 确定实心轴与空心轴的重量之比 （2分） 4、（10分） 横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。 （2分） （4分） （4分） （2分） 75 954995497162N m 100 x P M T n ==? =?=?..max13 11 1640MPa πx x P M M W d τ= ==3 16 167162 0045m=45mm π4010d ?= =??..() max234221640MPa π1x x P M M W D τα===-()3 246 167162 0046m=46mm π1-4010 D α?= =??..() 2231 132222245101 1.28461010.51A d A D α--???==? ??--?? ＝maxN cos N P A bh α σ= =126sin cos 148.7MPa []Pl P bh bh αασ= +=

设计基础模拟试题及答案

设计基础试题 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内，错选、多选或未选均无分。 1．英国“工艺美术运动”的倡导者是【 B】 A．费尔德 B．莫里斯 C．格罗佩斯 D．伊顿 2．“荣华饼屋”标志的设计这是【B或D，没查到b/d都是香港人】 A．陈绍华 B．陈幼坚 C．陈汉民 D．靳埭强 3．下列标志设计以中国传统文化为主要创意点是【A】 A．北京申奥标志 B．华人设计师协会标志 C．中国律师协会标志 D．中国农业银行标志 4．下列不属于空间环境系统设计范畴的是【C】 A．通风系统 B．照明系统 C．陈设系统 D．排水系统 5．西方园林设计的顶峰之作是【D】 A．魏玛园林 B．夏宫园林 C．波茨坦王宫园林 D．凡尔赛宫园林 6．下列设计作品不是丹麦设计的是【A】 A．斯塔克榨汁机 B．B&O音响 C．PH灯具 D．天鹅椅子 7．电脑三维动画制作主要用到的设计软件是【B】 A．CAD B．MAYA C．LNDESIGX D．DREAMWEAVER

8．下列不属于高科技建筑派建筑设计的是【D 】 A．巴黎蓬皮杜中心 B．迪拜伯瓷酒店 C．伦敦劳埃德大厦 D．香港汇丰银行大厦 9．中国明式家具设计强调的是【C 】 A．块 B．面 C．线条 D．突出 10．中国第一部手工业专著，被誉为“先秦百工技艺之书”是【B】 A．《天工开物》 B．《考工记》 C．《格古要论》 D．《长物志》 二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选、少选或未选均无分。 11．对现代设计的产生有重要影响的有【AB CE】 A．“工艺美术运动” B．“新艺术运动” C．德意志制造联盟 D．技术美学组织 E．包豪斯 12．按设计目的的不同，设计可分为【BCE】 A．包装设计 B．视觉传达设计 C．产品设计 D．展示设计 E．环境设计 13．设计艺术在视觉艺术方面因素有【ABCDE】 A．线条美 B．形状美 C．比例美 D．结构美 E．肌理美 14．企业形象设计包括【 ACD 】

化工设备课程设计计算书(板式塔)

《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2011年月日 目录 一.设计任务书 (2)

二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14) 一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计。

设计题目： 各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求

化工设计概论试卷

《化工设计概论》 一、填空 1．化工设计是一个将系统（如一个工厂、一个车间或一套装置）全部用工程制图的方式，描绘成图纸、表格及必要的文字说明，也就是把工艺流程、技术装备转化成工程语言的过程。 2．化工设计的特点是政策性强、技术性强、经济性强、综合性强。 3．化工设计的发展与石油化学工业等技术的发展有直接的关系。 4．完成初步设计的同时还应当做出总概算。 5．施工图设计的任务是根据初步设计审批意见，解决初步设计阶段待定的各种问题，并以其作为施工单位编制施工组织、施工设计、施工预算和进行施工的依据。 6．施工图设计详细容包括图纸总目录、工艺图纸目录、带控制点工艺流程图、首页图、设备布置图、设备图、设备表、管路安装图、综合材料表、设备管口方位图、设备及管路的保温与防腐设计等。 7．现场施工中设计代表的任务是参加基建的现场施工和安装、调试工作，作技术指导，使装置达到设计所规定的各项指标要求。 8．车间工艺设计包括的容有生产方法的选择、工艺流程的设计、工艺计算、车间布置设计、化工管路设计、提供设计条件及编制概算书和设计文件等。

9．设计人员接受任务后，首先要解决的问题是选择合适的生产方法。 10．工艺设计的中心环节是工艺计算。 11．工艺计算的主要容包括物料衡算、热量衡算、设备计算与选型等，并在此基础上绘制物料流程图、主要设备总图和必要部件图，以及带控制点的工艺流程图。 12．车间布置设计的任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。 13．化工管路设计的任务是确定装置的全部管线、阀件、管件及各种管架的位置，以满足生产工艺的要求。 14．提供设计条件的容包括总图、土建、运输、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、给排水等非工艺专业的设计条件。 15．设计中经常进行分析比较的技术经济指标有产品成本、基建投资、劳动生产率、投资回收率、消耗定额、劳动力需要量和工资总额等。 16．设计文件容包括设计说明书、附图（流程图、设备布置图、设备图等）和附表（设备一览表、材料汇总表等）。 17．选择生产方法就是选择工艺路线。 18．生产工艺流程图一般由物料流程、图例和设备一览表3个部分组成。 19．设备一览表只需列出序号、位号、设备名称和备注即可。

华东《化工设备设计基础》2016年秋学期在线作业(二)

中石油华东《化工设备设计基础》2016年秋学期在线作业（二） 一、判断题（共20 道试题，共100 分。） 1. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 2. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 3. 由于容器的公称直径和管子的公称直径所代表的具体尺寸不同，所以，同样公称直径的容器法兰和管法兰，他们的尺寸亦不相同，二者不能互相代用。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 4. 受外压作用的长圆筒其临界压力与圆筒的长度、直径、壁厚及材料种类有关。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 6. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 7. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 8. 安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展总趋势，安全系数将逐渐变小。 A. 错误

B. 正确 正确答案： 9. 不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 10. 强度设计准则是保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 11. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 12. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 13. 当短圆筒的长度增加到某一值，封头对筒体能起到的支撑作用，开始完全消失，该短圆筒的临界压力将下降到与长圆筒的临界压力相等，这个长度值称为临界长度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 14. A. 错误 B. 正确 正确答案： 15. 对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 16. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 17. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 18. 法兰联接密封的原理是：借助螺栓的压紧力，压紧法兰间的垫片并使之填满法兰密封

化工设备机械基础试卷附答案

题号 -一一-二二-三四总分 总分10 20 10 60 100 得分 一、填空题（共4小题，每空1分，共计10分） 1.一阶梯杆如图所示， AB段横截面面积为：Ai=100mrH BC段横截面面积为 A=180mm贝U AB段杆横截面上的 正应力为 _80_Mpa , BC段杆横截面上的正应力为 _83.3_Mpa 。 2 ?当圆截面梁的直径增加一倍时，梁的强度是原梁的_8 _______ 倍。 3 ?低碳钢拉伸过程中可分为 _弹性阶段_、_屈服阶段_、—强化阶段_和局部变形阶段。 4 ?边缘应力的特性主要为 _局部性_、_自限性_。 5.如图所示回转薄壳，中心线为回转轴，A点的第一曲率半径是 _R _____________ ，第二曲率半径是 二、选择题（共10小题，每题2分，共计20分）题5图 1?直杆受扭转力偶作用，如图1所示，在截面1-1和2-2处的扭矩为（B ）。 A. T =25 kN m ; T2 =5kN m ; B. T1 =25 kN m ; T2 =- 5 kN m ; C. T1 =35kN m ; T2 =- 5kN m ； D. T1 =- 25 kN m ; T2 =5 kN m。 2 .简支梁受集中力偶Mo作用，如图2所示。以下结论错误的是（ C ）。 A. b =0时，弯矩图为三角形； B. a =0时，弯矩图为三角形； C.无论C在何处，最大弯矩必为Mo D .无论C在何处，最大弯矩总在 C处。 3 .截面上内力的大小：（C ）。 A.与截面的尺寸和形状有关； B.与截面的尺寸有关，但与截面的形状无关； C.与截面的尺寸和形状无关； D.与截面的尺寸无关，但与截面的形状有关。 4 .下列常用压力容器封头，根据受力情况，从好到差依次排列次序为（ B ）。 A.椭圆形、半球形、碟形、锥形、平盖； B .半球形、椭圆形、碟形、锥形、平盖； C.半球形、碟形、椭圆形、、锥形、平盖 D .碟形、半球形、椭圆形、、锥形、平盖 5.对于铁基合金，其屈服点随着温度的升高而（ C ）。 A.升高 B .不变 C .降低 D .未知数 6 .当焊接接头结构形式一定时，焊接接头系数随着检测比率的增加而（ A ）。 A.增大 B .减小 C .不变 D .不能确定 7 .工程上把3 /D i>( A ）的圆筒称为厚壁圆筒。 A. 0.1 B .0.2 C . 1.0 D .2 题2图