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名词解释：1.机械密封/端面密封：是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并做相对运动达到密封的装置。
2.临界压力：壳体失稳时所能承受的相应外压力，称为临界压力，用P cr表示。
3.自紧密封：依靠容器内部的介质压力压紧密封元件实现密封的形式。
4.等面积补强：壳体因开孔削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。
5.应力集中系数：受内压壳体与接管连接处最大应力与壳体不开孔时环向薄膜应力之比，用K t表示。
6.自增强：通过超工作压力处理，由筒体自身外层材料的弹性收缩引起的残余应力，使工作时应力分布趋于均匀，提高屈服承载能力的措施。
7.焊接接头系数：焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度的受消弱程度。
8.一次应力：求得的薄膜应力与相应的载荷同时存在，平衡外加载荷引起的应力，随外载荷的增大而增大。
9.二次应力：在两壳体连接边缘处切开后，自由边界上受到的边缘力和边缘力矩作用时的有力矩理论的解，求得的应力称二次应力。
10.预紧密封比压：预紧时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，单位面积上所需的最小压紧力。
称为预紧密封比压。
11.第一曲率半径：回转壳体经线上某一点的曲率半径，称为第一曲率半径。
第二曲率半径：壳体中面上所考察的任意一点到该点法线与回转轴交点之间的长度。
12.分析设计：对容器在不同部位、由不同载荷引起的、对容器失效形式有不同影响的应力加以不同的限制的设计方法，称做分析设计方法。
13.设计压力：是指设定的容器顶部的最高压力与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。
14.工作压力：指容器在正常工作过程中顶部可能产生的最高压力。
15.计算压力：是指在相应设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。
16.临界转速：当搅拌轴的转速达到轴自振频率时会发生强烈震动，并出现很大弯曲。
17.无力矩理论：当薄壳的抗弯刚度非常小，或者中面的曲率、扭转改变非常小时，弯曲内力很小。
![过程设备设计第1章ppt(建材装备设计)[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/5820336127d3240c8447ef5f.png)
1试画图说明耳式、腿式、支撑式和裙式支座？（1）耳式支座 结构：由筋板和支脚板组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上。
特点：简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。
因此，当容器较大或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同。
（2）支承式支座 结构：在容器封头底部焊上数根支柱，直接支承在基础地面上。
特点：简单方便，但它对容器封头会产生较大的局部应力，因此当容器较大或壳体较薄时，必须在支座和封头间加垫板，以改善壳体局部受力情况。
（3）腿式支座（支腿）特点：结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间，但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接时不宜选用腿式支座。
P167（4）裙式支座应用：高大的立式容器，特别是塔器形式：圆筒形裙座和圆锥形裙座P168 2何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，βRt 的物理意义答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。
不连续应力有两个特征：局部性和自限性。
局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 的函数随着距连接处距离的增大，很快衰减至0。
自限性：连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。
β的物理意义：()Rt 4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。
该值越大，边缘效应影响范围越小。
Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。
反映边缘效应影响范围的大小。
3常见的局部开孔补强结构有哪几种？画图说明。
（1）补强圈补强 补强圈贴焊在壳体与接管连接处优点结构简单，制造方便，使用经验丰富；缺点1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。
过程设备设计的流程一、过程设备设计的流程1.需求分析过程设备设计的第一步是进行需求分析，了解客户的需求和要求。
这包括产品的种类和规格、生产能力、工艺流程等方面的要求。
通过与客户的沟通和交流，明确设备设计的目标和范围。
2.工艺流程设计在需求分析的基础上，进行工艺流程设计。
根据产品的生产工艺，确定生产线的流程和设备配置。
关键是要考虑到产品的特性和工艺要求，保证设备的连续性和高效性。
3.设备选型在确定了工艺流程后，需要进行设备选型。
根据生产线的要求和工艺流程，选择适合的设备和材料。
要考虑设备的性能、质量、价格等因素，保证设备的稳定性和可靠性。
4.设备布局设计设备布局设计是过程设备设计的重要环节。
根据生产线的工艺流程和设备尺寸，进行合理的设备布局。
要考虑到设备之间的空间、通道和操作空间，保证生产线的顺畅运行。
5.管道设计在设备布局设计的基础上，进行管道设计。
根据工艺流程和设备之间的连接需求，设计合适的管道布局。
管道设计要考虑到流体的流速、压力损失、材料选择等因素，保证管道的稳定性和安全性。
6.控制系统设计控制系统设计是过程设备设计的重要组成部分。
根据生产线的需要，设计合适的控制系统，包括自动化控制、仪表调节等。
控制系统设计要考虑到设备之间的协调和配合，保证生产线的正常运行。
7.安全评估在设备设计完成后，需要进行安全评估。
对生产线的设备、管道和控制系统进行安全评估，识别潜在的安全风险并提出改进措施。
安全评估是保证生产线安全运行的重要环节。
8.施工和调试最后是设备的施工和调试。
根据设计图纸和规范，进行设备的安装和调试工作。
要注意施工过程中的安全和质量，保证设备的有效运行。
以上就是过程设备设计的流程，每个环节都是相互关联的，缺一不可。
只有严格按照流程进行，才能设计出高效稳定的过程设备。
二、过程设备设计的方法1.模块化设计模块化设计是一种常用的过程设备设计方法。
通过将设备划分为独立的功能模块，实现设备的模块化组装和调试。
《过程设备设计》教案-贺华一、教学目标1. 了解过程设备设计的基本概念和重要性。
2. 掌握过程设备设计的基本原理和方法。
3. 熟悉常见的过程设备类型及其设计要求。
4. 能够运用过程设备设计的基本原理和方法解决实际问题。
二、教学内容1. 过程设备设计的基本概念和重要性定义和特点在化工生产中的应用2. 过程设备设计的基本原理和方法设计原则设计流程设计方法3. 常见的过程设备类型及其设计要求反应器换热器分离器泵和压缩机4. 过程设备设计中的关键参数和计算方法容积计算压力和温度计算材料选择5. 过程设备设计软件的应用CAD软件工艺模拟软件三、教学方法1. 讲授：讲解过程设备设计的基本概念、原理和方法，以及常见设备类型和设计要求。
2. 案例分析：分析实际案例，让学生更好地理解过程设备设计的方法和应用。
3. 软件演示：介绍并演示过程设备设计软件的应用，让学生了解实际设计过程中的工具使用。
四、教学评估1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况，评估学生对过程设备设计的理解和兴趣。
2. 练习题：布置相关的练习题，评估学生对过程设备设计方法和计算方法的掌握程度。
3. 项目作业：要求学生完成一个过程设备设计项目，评估学生的综合运用能力和解决问题的能力。
五、教学资源1. 教材：选用合适的教材，提供全面的过程设备设计知识。
2. 案例资料：收集相关的案例资料，用于分析和讨论。
3. 设计软件：准备相关的过程设备设计软件，供学生实际操作和练习。
六、教学内容（续）6. 过程设备设计中的强度计算和稳定性分析应力计算稳定性分析设计规范和标准7. 过程设备的材料选择和腐蚀控制材料种类和性能腐蚀类型和防护措施材料选择原则8. 过程设备的结构优化和节能措施结构设计优化流体动力学节能技术和应用9. 过程设备的制造、检验和安装制造工艺质量控制和检验设备安装和调试10. 过程设备设计的经济性和环境影响评价成本分析经济效益评估环境影响评价和可持续发展6. 讲解和演示：通过讲解和演示，让学生理解过程设备设计中的强度计算和稳定性分析的方法和重要性。
《过程设备设计》教案-贺华一、教学目标1. 了解过程设备设计的基本概念、目的和意义。
2. 掌握过程设备设计的主要参数、计算方法和设计原则。
3. 熟悉常见过程设备的结构、特点和应用范围。
4. 学会运用相关软件进行过程设备的设计和分析。
5. 提高学生的创新能力和实践能力。
二、教学内容1. 过程设备设计概述过程设备的概念过程设备设计的目的和意义过程设备设计的现状和发展趋势2. 过程设备设计参数设备的主要参数参数的计算方法参数的选取原则3. 过程设备设计原则设计原则概述结构设计原则材料选择原则强度计算原则4. 常见过程设备及应用反应器换热器塔设备容器泵和压缩机5. 过程设备设计软件应用CAD软件应用过程设备分析软件应用工程仿真软件应用三、教学方法1. 讲授法：讲解过程设备设计的基本概念、原理和方法。
2. 案例分析法：分析实际工程案例，让学生了解过程设备设计的具体应用。
3. 实践操作法：引导学生运用相关软件进行过程设备的设计和分析。
4. 小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作能力和创新思维。
四、教学资源1. 教材：过程设备设计相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解和展示。
3. 案例资料：收集实际工程案例，供学生分析和学习。
4. 软件资源：提供相关设计软件，让学生动手实践。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现和作业完成情况。
2. 实践成果：评估学生在实践操作中的表现和设计成果。
3. 期末考试：设置过程设备设计相关的题目，检验学生的综合运用能力。
4. 小组评价：对小组讨论和合作情况进行评价，培养学生的团队合作精神。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括16次课，每次课2小时。
2. 授课方式：理论课与实践课相结合，各占一半课时。
3. 实践环节：安排4次实践课，让学生动手操作，提高实际设计能力。
七、教学进度计划1. 第1-4课时：过程设备设计概述及设计参数讲解。
2. 第5-8课时：过程设备设计原则和常见过程设备及应用讲解。
1.3 压力容器的结构组成（图见p9）(1)筒体(2)封头(3)密封装置(4)开孔与接管(5)支座(6)安全附件1.4 压力容器的分类（根据文献[3]）（1）按设计压力大小分为四个等级低压容器：0.1 MPa ≤p < 1.6 MPa中压容器：1.6 MPa ≤p < 10 MPa高压容器：10 MPa ≤p < 100 MPa超高压容器：p ≥100MPa（2）按容器在生产中的作用原理可分为反应容器、换热容器、分离容器、贮运容器。
SI～工程单位换算关系：2 -61Pa(帕) = 1N/m = 1×10 MPa(兆帕)21kgf/cm = 98100Pa = 0.0981MPa ≈0.1MPa1.4 压力容器的分类（根据文献[3]）（3）按照压力容器安全技术管理进行分类，分为第Ⅰ类压力容器、第Ⅱ类压力容器和第Ⅲ类压力容器，详细的分类方法见p13。
压力容器的综合分类法使得压力容器在设计、制造、运行管理三个方面，能够做到有法可依。
压力容器应力分析2.1 概述（1）压力容器应力分析的目的确定整个容器中最容易发生强度破坏的危险部位及其应力状态，选用合适的强度理论进行壁厚设计和强度校核，是容器设计的重要理论基础。
（2）应力分析的研究方法解析方法：即以弹性、塑性等板壳理论为基础的精确数学解；实验方法：采用电测法、光弹性法等；数值方法：基于应力分析理论基础上的有限元法、差分法等。
本章的应力分析是采用解析方法。
2.1 概述（3）压力容器的结构特点基本上是由球形、圆筒形壳体和椭球形、锥形、平板等封头组成，因此化工容器多数是旋转壳体，由旋转曲面组成，在垂直于对称轴的截面上的投影都是正圆形。
（4）本章讨论的对象承受压力：中低内压力(0.1MPa～10MPa)；壁厚：薄壁(径比K≤1.2)；结构：回转壳体。
可称为：中低(内)压薄壁容器应力分析2.2 回转薄壳应力分析2.2.1 引言2.2.1 引言（1）板壳理论分析对象在已经学过的理论力学中，研究了物体机械运动的一般规律，包括静力学、运动学和动力学。
过程设备设计
一塔设备部分
1简述塔设备的作用及其常见的分类方式
2简述塔设备的振动原因及防振措施
3写出斯特罗哈数的表达式，说明各物理量的含义
4设备塔设备（板式塔）通道板的作用及应考虑的因素有哪些？
5画出塔盘板上下可拆的连接结构，并说明装拆过程
6画出裙座支座的结构简图，说明各零部件的名称及作用
二换热设备部分
1按传热方式或热传递原理进行分类，换热设备有哪几种主要形式，各有什么特点？
2根据结构特点，管壳式换热器有哪几种主要类型？如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用何种类型的换热器，说明选型的理由。
3试画出6管程管壳式换热器的管束分程布置图（指出流程顺序，画出管箱隔板，介质返回侧隔板示意图），指出管束分程的原则。
4绘图说明管壳式换热器壳程防止短路的三种结构。
5当管板应力超过许用应力时，应如何调整，为什么？
6如何校核固定管板式换热器设计计算的各应力?
三机械搅拌反应设备部分（6分×5＝30分）
1简述筒体长径比（H/D）必须考虑的因素
2绘出“圆盘式开式涡轮”搅拌桨的结构示意图。
指出该桨属于何种流型和应用条件。
3写出湍流状态下搅拌功率表达式，说明各参数含义。
4搅拌轴轴径确定的依据。
5请绘出一种机械密封结构简图指出该结构可能存在的泄漏点。
过程设备设计答案
一 塔设备部分
1简述塔设备的作用及其常见的分类方式
作用：可使气液或液液两相之间充分接触。
达到相互传热及传质的目的。
在塔设备中可进行的单元操作：精馏、吸收、解吸、气体增湿、离子交换、冷却等。
分类方式：1按操作压力分有加压塔，常压塔和减压塔
2按单元操作分有精溜塔，吸收塔，解析塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等 3按内件结构分有填料塔，板式塔 2简述塔设备的振动原因及防振措施
原因：由于风载荷作用产生沿着风力方向的振动和垂直风力方向的振动（诱发振动），
主要是诱发振动。
当塔的固有频率与卡曼涡街的频率相等时，塔体即产生振动。
防振措施：塔在操作时激振力的频率不得在塔体第一振型固有频率的0.85～1.3倍范
围内，即不得在如下范围内：113.185.0c c f fv f <<
如在范围内，应采取如下措施：1 增大塔的自振频率；2 塔的阻尼加大 3 采取扰流装置 3写出斯特罗哈数的表达式，说明各物理量的含义 表达式：v
Df S v
r =
r S －斯特罗哈数 D －塔体的外直径 v f －激振频率 v －风速
4设备塔设备（板式塔）通道板的作用及应考虑的因素有哪些？
作用：为进行塔内清洗和维修，使人能进入各层塔板，在塔盘板接近中央处设置一
块通道板。
考虑因素：1各层塔盘板上的通道板最好开在同一垂直位置，以利于采光和拆卸； 2有时叶可以用一块塔盘板代替通道板； 3通道板因为上下均可拆卸的连接结构 5画出塔盘板上下可拆的连接结构，并说明装拆过程
检修需拆开时，可从上方或下方松开螺母， 将椭圆垫片旋转900，塔盘板I 即可移开
1－椭圆垫片 2－螺栓 3－螺母 4－垫圈
塔盘板塔盘板
6画出裙座支座的结构简图，说明各零部件的名称及作用
1 塔体
2 保温支承圈支承保温层
3 无保温时排气孔排放裙座内可能存在
的有害气体
4 裙座筒体
5 人孔检修安装出入
6 螺栓座
7 基础环
8 有保温时排气孔
9 引出管通道
10 排液孔
二换热设备部分
1按传热方式或热传递原理进行分类，换热设备有哪几种主要形式，各有什么特点？
(1)直接接触式换热器：它是利用冷热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器；
(2)蓄热式换热器：它是借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把
热量从热流体传递给冷流体的换热器；
(3)间壁式换热器：它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热
量通过间壁由热流体传递给冷流体；
(4)中间载热体式换热器：它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来
的换热器。
2根据结构特点，管壳式换热器有哪几种主要类型？如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用何种类型的换热器，说明选型的理由。
管壳式换热器可分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式、釜式重沸器
如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用U型管式换热器。
因为U型管式换热器能够很好的清除由于管壳壁温差所引起的应力，且U型管式换热器便于清洗壳程。
U型管式换热器只有一个固定的管板，管子受热时可以自由膨胀，不影响壳程，故能很好的清除管壳壁温差引起的热应力，同时也便于清洗壳程，也能承受较高的管程压力。
3试画出6管程管壳式换热器的管束分程布置图（指出流程顺序，画出管箱隔板，介质返回侧隔板示意图），指出管束分程的原则。
流动顺序 管箱隔板 介质返回侧隔板
管束分程原则：（1）各程管数相近；（2）分程形状简单；（3）密封长度最短；（4）各程的温差不大于20 0
C
4绘图说明管壳式换热器壳程防止短路的三种结构。
（1）旁路挡管结构 （2）挡管结构 （3）中间挡板结构
5当管板应力超过许用应力时，应如何调整，为什么？
（1）增加管板厚度 可以大大提高管板的抗弯截面模量，有效的降低管板应力； （2）降低壳体轴向刚度 由于管束和壳程是刚性连接当管束与壳壁的温差过大时，
在换热管和壳体上将产生很大的轴向热应力，从而使管板产生较大变形，出现挠曲现象，使管板应力增高
6如何校核固定管板式换热器设计计算的各应力? 管板校核时应考虑下列危险工况：
（1）只有壳程压力s P ，而管程压力0=t P ，不计热膨胀差； （2）只有壳程压力s P ，而管程压力0=t P ，同时考虑热膨胀差； （3）只有管程压力t P ，而管程压力0=s P ，不计热膨胀差； （4）只有管程压力t P ，而管程压力0=s P ，同时考虑热膨胀差。
在不同的危险工况组合下，计算出相应的管板布管区应力，环板的应力，壳体法兰应力，换热管轴向应力，换热管与管板连接拉脱力，再进行危险工况下的应力校核。
三 机械搅拌反应设备部分
1简述筒体长径比（H/D ）必须考虑的因素 （1）搅拌的工艺生产要求 （2） 传热要求
旁路挡板
挡管
中间挡板
（3） 搅拌轴的功率要求
2绘出“圆盘式开式涡轮”搅拌桨的结构示意图。
指出该桨属于何种流型和应用条件。
1紧固螺钉 2桨叶 3 圆盘 4轮毂
涡轮式搅拌器流型为径向流，适用于流体粘度不超过S Pa ⋅50的各种场合； 3写出湍流状态下搅拌功率表达式，说明各参数含义。
湍流状态 5
3
2d n K P ρ=
2K －常数；ρ－液体的密度；n －搅拌器转速；d －搅拌直径
4搅拌轴轴径确定的依据。
（1）扭转变形
（2）临界转速
（3）扭距和弯矩联合作用下的强度 （4）轴封处允许的径向位移
5请绘出一种机械密封结构简图指出该结构可能存在的泄漏点。
C。
