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《过程设备设计基础》

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《过程设备设计基础》3.2内压薄壁容器设计35

《过程设备设计基础》3.2内压薄壁容器设计35
t
pDi
C2
式中 δ -圆筒计算厚度，mm；δ d-圆筒设计厚度，mm； Di-圆筒内径，mm； p-容器设计压力，Mpa； φ -焊接接头系数。 筒体设计厚度δ d+ C1（厚度负偏差）后向上圆整，即：筒体名义厚度δ n 。 对于已有的圆筒，测量厚度为δ n，则其最大许可承压的计算公式为：
n d C1
[σ] 一试验温度下的材料许用应力， MPa； [σ]T 一设计温度下的材料许用应力， MPa
29
三、液压试验要求和步骤：
1）液压试验时水温不能过低(碳素钢、16MnR,T≥5℃，其它低合 金钢,T≥15℃)，试验过程外壳应保持干燥。 2）试验步骤： 设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力， 稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持30min以检查有 无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。 3）对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊接夹套，然 后进行夹套内的液压试验。 4）水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内 表面吹干。
无损检测的长度比例
焊接接头形式
100%
双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头
局部
0.85 0.8
1.0 0.9
单面焊对接接头或相当于单面焊的对接接头
符合《压力容器安全技术检察规程》才允许作局部无损探伤。抽验长度不应 小于每条焊缝长度的20％。
24
(5)厚度附加量
满足强度要求的计算厚度δ之外，额外增加的厚度量，包括由 钢板负偏差(或钢管负偏差) Cl、腐蚀裕量 C2，即 C＝ Cl十 C2
30
四、气压试验要求和步骤：
1）必须对容器焊缝进行100%的无损检测。 2）试验使用气体：干燥洁净的空气、氮气和其他惰性气体。 3）对高压及超高压容器不宜采用气压试验。 4）试验步骤： 压力缓慢升至规定试验压力的10%，且不超过0.05MPa时，保压 5min，进行检查。 继续缓慢升至规定试验压力的50%，保压5min，进行检查。其后 按照每级为规定试验压力的10%的级差逐级增至规定试验压力，保 压10min，进行检查。 将压力降至规定试验压力的87%，保压较长时间，进行检查。

《过程设备设计基础》讲稿

《过程设备设计基础》讲稿

0 引言《过 程 设 备 设 计》(化工出版社)参考资料: 1、《化工容器设计》；２、《化工设备设计》； ３、《GB150-1998》、《GB151-1998》；４、《化工设备机械基础》； ４、《化工设备设计全书》13册绪 论一、过程装备与控制工程专业的来历:二、过程装备的概念和范围:过程装备——完成一系列物理或化学的加工处理过程的设备。

化工过程设备的范畴——化工生产过程中的静设备。

三、过程设备的特点a 、功能原理多种多样;ｂ、化机电一体化;ｃ、外壳一般为压力容器; ｄ、单件生产,成本高。

1979年9月7日国内某电化厂415升液氯钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液氯外泄，波及7公里范围，59人死亡，779人严重中毒。

1979年12月18日国内某液化气站400M3储罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡，54 人1986年4月28日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，31人死亡，20个国家4亿人受害。

1984年12月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，2,580人死亡，125,000人中毒，5万人失明。

四、过程设备的基本要求a、安全可靠①材料的强度高、韧性好;②材料与介质相容;③结构有足够的刚度和抗失稳能力;④密封性能好。

b、满足过程要求①功能要求;②寿命要求c、综合经济性好①生产效率高;②结构合理;③易于运输、安装d、操作简单、易于维护和控制①简单操作; ②可维护性; ③便于控制e、优良的环境性能跑、冒、滴、漏、噪音1、压力容器导言1.1压力容器总体结构一、基本组成①筒体（Cylinder）;②封头(Formed head);③密封装置(Seal Units);④开孔与接管;⑤支座(support);⑥安全附件(Safe attachment)压力容器零部件的连接——焊接、法兰连接和螺纹连接1.2压力容器的分类一、介质的危害性毒性毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。

《过程设备设计基础》1.4剪切5

《过程设备设计基础》1.4剪切5

（注：强度校核、截面选择和求许可载荷）
3
三、挤压的概念和强度条件
（一）挤压的概念、挤压应力
jy
P A jy
t A jy d 2
（二）挤压强度条件
jy
P jy A jy
4
塑性材料：[σ]jy=(1.7-2.0)[σ];脆性材料：[σ]jy=(2.0-2.5)[σ]
第四节 剪 切
一 、剪切变形的概念
受力特点与变形特点
1
二、剪力、剪应力与剪切强度
（一）剪力
F
（二）剪应力
x
0
PQ 0
Q P
Q 受力和变形复杂，假定剪应力均匀分布： A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
（三）剪切强度条件
Q A
塑性材料：[τ] =（0.6～0.8）[σ] 脆性材料：[τ] =（0.8～1.0）[σ]
四、剪切变形和剪切虎克定律
（一）剪切变形、剪应变
（γ为剪应变或角应变，弧度 由剪应力τ决定）
（二）剪切虎克定律
G
E 2(1 )
5
剪切弹性模量： G
（低碳钢剪切弹性模量G=8.0×104 Mpa）

《过程设备设计基础》3.1概 述19

《过程设备设计基础》3.1概 述19

19
美国ASME规范
美国机械工程师协会（ASME）制定的《锅炉及压力容器规范》。 该规范规模大、内容完善，依据其可完成选材、设计、制造、 检验、试验、安装及运行等全部工作。 与压力容器密切相关有：第Ⅱ卷材料技术条件、第Ⅴ卷无损 检验、第Ⅷ卷压力容器及第Ⅸ卷焊接及钎焊评定。 每年增补一次，每三年出一新版，技术先进，修订及时，能 迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就，为世界上影响 最大的一部规范。
3
2.按承压性质 内压：内部介质压力大于外界压力; 外压：内部介质压力小于外界压力; 真空：内部压力小于一个绝压的外压容器.
表4-1 内压容器的分类
容器分类 低压容器
中压容器 高压容器 超高压容器
设计压力 p（MPa） 0.1≤p＜1.6
1.6≤p＜10 10≤p＜100 p≥100
4
3.按管理 GB150-2010《钢制压力容器标准》和《压力容器安全技术监察 规程》规定属于安全监察范围的压力容器必须具备的条件
急性中毒 慢性中毒 慢性中毒后果 致癌性 最高容许浓度
易中毒后果严 重
患病率高 继续进展不能 治愈 人体致癌 ＜0.1 光气、汞、氰 化氢
可中毒，愈后 良好
较高 可基本治愈 可疑致癌 0.1甲醛,苯胺、氟 化氢、
无中毒但有影 响
有影响 可恢复无不良 后果 无致癌性 ＞10
常见化学介质
7
名 称
说 明 （1） 高压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （3） 中度危害介质，且pV大于等于10MPa〃m3中压储存容器； （4） 中度危害介质，且pV大于等于0.5MPa〃m3中压反应容器； （5） 毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPa〃m3的低压 容器； （6） 高压、中压管壳式余热锅炉； （7） 中压搪玻璃压力容器； （8） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器； （9） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； （10） 容积大于等于50 m3的球形储罐； （11） 容积大于5 m3的低温液体储存容器。 （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5） 中压容器； 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器； 低压管壳式余热锅炉； 低压搪玻璃压力容器。

《过程设备设计基础》1.3直梁的弯曲8

《过程设备设计基础》1.3直梁的弯曲8
第三节 直梁的弯曲
一、梁的弯曲实例与概念
1
梁的基本形式
a.简支梁:一端固定铰链，另一端活动铰链. b.外伸梁：简支梁一端或两端伸出支座以外. c.悬臂梁：一端固定，另一端自由.
二、梁横截面上的内力
（方法：外力—内力—应力—强度条件和刚度条件） (一)剪力和弯矩 (二)弯矩方程与弯矩图
2
三、弯曲时横截面上的正应力及其分布规律
max
M max WZ
材料远离中性轴
bh2 1 A h 6 6 hb2 1 Ab 6 6
WZ A
矩形0.167h,圆形0.125h,环形0.205h,工字钢和槽钢(0.27～0.31)h 7
W z1 Wz 2
六、梁的弯曲变形
（一）梁的挠度和转角 变形后梁的轴线称为弹性曲线或挠曲线，
挠度 ：f = f(x)； 转角：

df f ( x) dx
（二）梁的刚度条件
f max
f
或
f max l
f l
max
（注：吊车梁挠度一般规定≤L/250～L/750，架空管道的挠度≤L/500 ）8
梁纯弯曲时横截面上的最大正应力 m来自xM WZ3
4
四、梁弯曲时的强度条件
max
M max WZ
（注：利用强度条件，可对梁进行强度校核、选择截面尺寸及确定许可荷载）
5
五、提高梁弯曲强度的措施
1.支撑和荷载的合理布置.
max
M max WZ
6
2.选择合理的截面形状.

过程设备设计基础

过程设备设计基础

《过程设备设计基础》教案4—压力容器设计课程名称：过程设备设计基础专业：过程装备与控制工程任课教师：第4章压力容器设计本章主要介绍压力容器设计准则、常规设计方法和分析设计方法，重点是常规设计的基本原理和设计方法。

§4-1 概述4.1概述教学重点:压力容器设计的基本概念、设计要求教学难点：无压力容器发展趋势越来越大型化、高参数、选用高强度材料，本章着重介绍压力容器设计思想、常规设计方法和分析设计方法。

什么是压力容器的设计？压力容器设计是指根据给定的工艺设计条件，遵循现行规范标准的规定，在确保安全的前提下，经济正确地选取材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。

结构设计--------确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配和维修等要求。

强（刚）度设计---------确定结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性要求，以确保容器安全、可靠地运行。

密封设计--------选择合适的密封结构和材料保证密封性能良好。

4.1.1设计要求设计的基本要求是安全性和经济性的统一，安全是前提，经济是目标，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济，经济性包括材料的节约、经济的制造过程和经济的安装维修。

4.1.2设计文件压力容器的设计文件包括：设计图样技术条件设计计算书必要时包括设计或安装使用说明书.分析设计还应提供应力分析报告强度计算书包括：★设计条件、所用的规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。

★装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全泄放量安全阀排量和爆破片泄放面积。

★当采用计算机软件进行计算时，软件必须经“压力容器标准化技术委员会”评审鉴定，并在国家质量技术监督局认证备案，打印结果中应有软件程序编号、输入数据和计算结果等内容。

设计图样包括：总图和零部件图总图包括压力容器名称、类别、设计条件；主要受压元件设计材料牌号及材料要求；主要受压元件材料牌号及材料要求；主要特性参数（如容积、换热器换热面积和程数）制造要求；热处理要求；防腐蚀要求；无损检测要求；耐压试验和气密性试验要求；安全附件的规格；压力容器铭牌位置；包装、运输、现场组焊和安装要求；以及其他特殊要求。

《过程设备设计基础》3.5(3)容器的开孔与附件22

《过程设备设计基础》3.5(3)容器的开孔与附件22

壳体开孔满足全部条件，可不另行补强：
(1) 设计压力小于或等于2.5MPa； (2) 两相邻开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小 于两孔直径之和的两倍； (3) 接管公称外径小于或等于89mm； (4) 接管最小壁厚满足表3-31的要求。
接管公称外径 最小壁厚 25 32 3.5 38 45 48 57 65 76 89
用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。
8
Hale Waihona Puke 方便焊接，外面单面补强。 检验紧密性，M10螺孔通入压缩空气。
9
10
应用
中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在静载、常温、 中低压。GB150用补强圈结构补强时，规定： ① 钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa； ② 补强圈厚度小于或等于1.5 δ n； ③ 壳体名义厚度δn≤38mm。
3）设备直径大，可同时用几组液面计接管。 4）现有标准中有反射式玻璃板液面计、反射式防霜液面计、透光式板式液 面计和磁性液面计。
22
开孔的形状：应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集中程 度最低。
5
容器开孔的连接结构：
（1）平齐接管（连接）
（2）插入式接管
（3）螺纹式连接
（4）对称连接（此种连接结构复杂，一般 用在要求较高的场合）
6
3.开孔补强的设计与补强结构
在开孔附近区域增加补强金属，提高器壁强度，满足强度设计要求。
补强圈补强
手孔标准（HG21515～21527-95）；人孔标准（HG21528～21535-95） 设计时根据设备的公称压力，工作温度以及所用材料等按标准直接选用。 20
四、视镜与液面计
（1） 视镜
观察内部，也可用作物料液面指示镜。分为不带颈视镜和带颈视镜。

《过程设备设计》课件

《过程设备设计》课件

03
混合器操作
需要考虑混合效率、均匀度、能 耗等多方面因素，以确保混合器 能够高效、安全地运行。
需要严格控制混合速度、温度等 操作参数，以及密切监视混合过 程，及时调整操作条件。
分离设备
分离器类型
包括离心机、过滤器、萃取塔等，每种类型都有 其特定的应用场景和优缺点。
分离设计
需要考虑分离效率、处理能力、能耗等多方面因 素，以确保分离器能够高效、安全地运行。
设备材料选择
总结词
设备材料选择是过程设备设计的重要 环节，它决定了设备的性能和使用寿 命。
详细描述
设备材料选择需要考虑材料的物理、 化学和机械性能，以及耐腐蚀、耐高 温等特殊性能，以确保设备能够满足 生产工艺要求和安全运行。
结构设计
总结词
结构设计是过程设备设计的关键环节，它决定了设备的稳定性和可靠性。
《过程设备设计》ppt 课件
目录
• 过程设备设计概述 • 过程设备的主要类型 • 过程设备设计的基本要素 • 过程设备的制造与安装 • 过程设备的运行与维护 • 过程设备设计的发展趋势
01
过程设备设计概述
定义与目的
定义
过程设备设计是一门涉及工艺、机械 、材料、控制等多个领域的综合性学 科，旨在为工业生产过程中的各类设 备进行合理的设计和优化。
安全可靠
过程设备设计应遵循安全可靠的原则 ，确保设备在正常操作和异常情况下 均能安全稳定运行，同时要充分考虑 设备的维修和保养需求。
环保节能
过程设备设计应遵循环保节能的原则 ，通过优化设备结构和运行方式，降 低能耗和资源消耗，减少对环境的负 面影响。
02
过程设备的主要类型
反应设备
反应器类型
包括釜式反应器、管式反应器、 塔式反应器等，每种类型都有其 特定的应用场景和优缺点。

过程设备基础课程设计

过程设备基础课程设计

过程设备基础课程设计过程设备机械设计基础课程设计设计任务书目录一、设计目的 (3)二、设计内容 (4)1.确定筒体的直径和高度 (4)2.确定夹套的直径和高度 (4)3.确定夹套的材料和壁厚 (5)4.确定内筒的材料和壁厚 (6)5.水压试验及其强度校核 (8)6.选择釜体法兰 (9)7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 (10)8.选择搅拌传动装置和密封装置 (10)9.校核L1/B和L1/d (11)10.容器支座的选用计算 (12)11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 (13)三、总结 (14)四、致谢 (15)五、参考文献 (16)一设计目的1 机械是一门与工程实践紧密相关的课程，仅通过书本知识的学习很难做到真正体会知识的内涵。

因此，进行此次课程设计训练对领会所学知识具有重要意义。

2 通过设计能提高综合运用所学知识的能力，加强对课本知识内容的理解，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。

3通过全面考虑设计内容及过程的参与，初步掌握过程设备机械设计的一般方法和步骤，掌握识图、制图、设计计算、编写设计说明书等设计基本技能，培养一定的工程设计能力，树立正确的设计理念，为今后的工作实践打下基础。

4课程设计中很多问题需要同学们之间的相互探讨和交流，在设计过程中不仅能够做到取长补短，相互学习，而且有助于增强同学之间沟通交流的能力。

4.设计中需要查阅许多资料，可以学到有关标准、手册、图册、规范及相关资料的查阅方法，并且在课程设计中需要正确选用设计标准，培养利用设计资料的能力。

5通过设计培养积极思考、深入钻研、独立工作的能力，踏实细致、积极主动的学习精神，及高质量高要求按时完成任务的工作习惯。

二设计内容现在以设计任务书所示的设备设计条件C 为例来进行搅拌釜反应器的设计。

1. 确定筒体的直径和高度由表中V=2.43m ，对于液-液相类型选取i D H =1.1，由式估算筒体的内径为m D HV i 406.11.14.244D 33i =??=??=ππ 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径i D =1400mm ，查附录，DN=1400mm 时标准椭圆封头曲面高度h1=350mm ，直边高度h2=25mm ，容积h V =0.39773m ，表面积h F =2.23462m 。

《过程设备设计基础》反应设备

《过程设备设计基础》反应设备

《过程设备设计基础》反应设备反应设备是化学工程中一个重要的领域，负责实现化学反应过程的设计和操作。

反应设备的设计基础涉及反应器、换热器、泵和控制设备等多个部件，需要考虑流体力学、传热传质和反应动力学等多个方面。

本文将介绍反应设备设计的基本原理和方法。

反应器是反应设备中最为核心的组件，它是化学反应过程发生和进行的地方。

反应器的设计需要考虑反应物种类和数量、反应速率、温度和压力条件等多个方面。

根据反应物和反应条件的不同，反应器可以分为批量、连续和间歇反应器。

批量反应器适用于反应物种类较少，反应速率较快的情况；连续反应器适用于反应物种类较多，反应速率较慢的情况；间歇反应器适用于反应物种类较多，反应速率较快的情况。

换热器是反应设备中实现传热的主要设备，它可以通过热交换将反应器中产生的热量传递给其他部件或外界。

换热器设计需要考虑传热效率、阻力和节能等因素。

常见的换热器包括管壳式换热器和板式换热器，其中管壳式换热器适用于高压、高温和腐蚀性介质的换热，而板式换热器适用于低压、低温和清洁介质的换热。

泵是反应设备中实现流体输送的关键设备，它可以通过增加压力将反应物输送到反应器中或将产物输送出反应器。

泵的设计需要考虑流体的性质、输送量和压力等因素。

常见的泵包括离心泵、往复泵和齿轮泵等，其中离心泵适用于输送大量流体，往复泵适用于高压、低流量和粘性较大的流体，齿轮泵适用于高压、高流量和粘性较小的流体。

反应设备的控制是反应过程中实现反应物的混合、温度和压力的控制，以确保反应过程的稳定性和安全性。

反应设备的控制需要考虑控制系统的准确性、稳定性和灵敏度等因素。

常见的控制设备包括温度控制器、压力控制器和流量控制器等，其中温度控制器用于控制反应器中的温度，压力控制器用于控制反应器中的压力，流量控制器用于控制反应器中的流量。

反应设备的设计基础还包括反应动力学研究和反应过程优化。

反应动力学研究是根据反应物的物理性质和反应条件的变化来研究反应速率的变化。

过程设备机械设计基础1

过程设备机械设计基础1

过程设备机械设计基础引言概述：过程设备机械设计是指为了满足化工、石油、食品等行业中的生产流程需求而设计的机械设备。

过程设备机械设计的基础包括材料力学、气体动力学、流体力学等多个领域的知识。

本文将从材料选择、强度分析、气体动力学和流体力学设计、传动装置设计和设备安装调试等五个大点展开阐述过程设备机械设计的基础知识。

正文内容：1.材料选择1.1材料强度和硬度要求1.1.1根据设备所需承受载荷的大小选择材料的抗拉强度、屈服强度和硬度。

1.1.2考虑材料的疲劳强度和耐蚀性，选择能在设备运行环境中保持长期使用性能的材料。

1.2材料的可塑性与韧性要求1.2.1针对设备所需的成形性能和抗冲击性能，选择具有适当可塑性和韧性的材料。

1.2.2根据设备所需的耐磨性能和耐蚀性能，选择材料的硬度和耐蚀性。

1.3典型应用材料1.3.1不锈钢：具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能，适用于化工行业。

1.3.2碳钢：适用于一般工业设备，具有良好的强度和可加工性。

1.3.3合金钢：具有较高的强度和硬度，适用于高温高压设备。

1.3.4铝合金：具有轻质、强度高、导热性能好的特点，适用于食品行业。

2.强度分析2.1设备结构强度计算2.1.1考虑设备所需承受的静态和动态载荷，进行应力和变形的强度计算。

2.1.2根据材料力学性能和设备结构形式，采用适当的计算方法和公式进行强度分析。

2.2设备连接和固定件设计2.2.1考虑设备连接和固定件所需的抗剪、抗拉、抗扭等强度要求。

2.2.2选择合适的连接和固定方式，如焊接、螺栓连接、键槽连接等。

3.气体动力学和流体力学设计3.1设备内部流场分析3.1.1运用数值模拟方法，分析气体或流体在设备内部的流动特性。

3.1.2通过调整流道形状、增加流动引导装置等措施，提高设备内部流动效果。

3.2设备流量计算和调整3.2.1根据设备所需流量和压力降的要求，计算出合适的流量和压力降。

3.2.2根据实际情况对设备进行流量和压力的调整和控制，以确保流体的正常运行。

《过程设备设计基础》1.6压杆稳定8

《过程设备设计基础》1.6压杆稳定8
6 Nhomakorabea7
Pcr n nst P
一般：nst 1.8 ~ 8
钢杆：nst 1.8 ~ 3
铸铁杆：nst 5 ~ 5.5
中国设计规范：
P [ cr ] A
[ cr ] []
稳定系数或折减系数： P []
A
8
2）圆（实心）截面压杆的柔度：
l
Jz A 4 l 4 d d / 64 d 2 / 4
5
l
2E 细长杆： cr 2 , ( P )
粗短杆： cr s或 b , ( s )
cr a b 中长压杆： ( s P )
第六节 压杆稳定
一、压杆稳定的基本概念
1
二、临界力和欧拉公式
1）临界力Pcr：压杆保持直线稳定形状时所能承受的最大压力。
2）Pcr计算公式： P EJ cr 2
2
(l )
Pcr E
Pcr J z
1 Pcr 2 l
Pcr
1

2
2
长度系数μ反应支座形式
3
提高稳定性方法：
2 EJ Pcr (l ) 2
1)合理选材，钢材E值大。 2)合理选择截面形状，Jz对称均匀。 3)减少压杆长度或在中部设支座。 4)改善支座形式。
4
三、压杆的稳定计算
1）临界应力：
Pcr
EJ (l ) 2
2
cr
Jz A
Pcr 2 EJ A ( l ) 2 A
令：
l
则 cr
2E 2

《过程设备设计基础》1.5圆轴的扭转5

《过程设备设计基础》1.5圆轴的扭转5

3
四、扭转的强度条件
max
MT ） （0.5 0.6） （一般条件下： W
J
1）实心圆轴： W
d 3
R 16 2）空心圆轴： W D 4 d 4 0.2 D 3 1 a 4 16 D
0.2d 3
第五节 圆轴的扭转
一、圆轴扭转的实例与概念
1
二、扭转时的力距
若已知圆周力P和轮子半径R，则外力偶矩：
M PR
若已知电机功率N(kW)和轴的m) n
2
三、扭转时横截面上的应力
应力分布规律：
R
R
（特点：无正应力；有剪应力，方向与半径垂直）
（注：可进行强度校核、设计截面与确定许可载荷）
4
五、圆轴的扭转变形与刚度条件
（一）圆轴的扭转变形
（二）扭转的刚度条件
M 180 G J
0
/m
1 ）要求精密度高、运转稳定的轴： [θ]=（ 0.250～ 0.500） /m ； 2）要求一般的轴：[θ]=（0.500～1.00）/m； 3）要求精密度低的轴：[θ]=（1.00～3.00）/m。
5

过程设备基础课程设计

过程设备基础课程设计

过程设备基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握过程设备的基本概念、分类及在工业中的应用。

2. 使学生了解过程设备的设计原理、流程及关键参数。

3. 引导学生理解过程设备的安全、环保和节能要求。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析、解决实际工程问题的能力。

2. 提高学生查阅相关资料、进行设备选型及工艺流程设计的能力。

3. 培养学生运用计算机软件进行过程设备模拟和优化的技能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程设备专业的兴趣，激发学生的求知欲和探索精神。

2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力。

3. 培养学生的安全意识、环保意识和职业道德，使其具备良好的职业素养。

本课程针对高年级学生，结合过程设备基础知识，注重理论与实践相结合，旨在培养学生的工程实践能力。

课程目标具体、可衡量，既符合学科特点，又充分考虑了学生的认知水平和教学要求。

通过本课程的学习，学生将能够掌握过程设备的基本知识，提高解决实际问题的能力，为将来从事相关工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 过程设备概述：介绍过程设备的概念、分类及其在工业生产中的应用。

教材章节：第一章 绪论2. 过程设备设计原理：讲解设备设计的基本原理、方法和步骤，以及设计过程中涉及的关键参数。

教材章节：第二章 过程设备设计原理3. 过程设备结构与性能：分析典型过程设备的结构特点、工作原理及性能指标。

教材章节：第三章 过程设备结构与性能4. 过程设备选型与应用：讨论过程设备选型的原则、方法和应用实例。

教材章节：第四章 过程设备选型与应用5. 过程设备工艺流程设计：介绍工艺流程设计的基本原则、方法和实践案例。

教材章节：第五章 过程设备工艺流程设计6. 过程设备安全、环保与节能：阐述过程设备在安全、环保和节能方面的要求及措施。

教材章节：第六章 过程设备安全、环保与节能7. 计算机辅助过程设备设计：介绍计算机软件在过程设备设计中的应用及操作方法。

教材章节：第七章 计算机辅助过程设备设计教学内容按照课程目标进行科学、系统地组织，确保学生能够逐步掌握过程设备基础知识。

《过程设备设计》教案贺华

《过程设备设计》教案贺华

《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. 掌握过程设备的主要参数、类型及选型依据。

3. 熟悉过程设备的设计步骤和方法。

4. 能够运用相关软件进行过程设备的设计和计算。

二、教学内容1. 过程设备设计的基本概念1.1 设备与工艺的关系1.2 设备设计的要求与标准2. 过程设备的主要参数2.1 设备的压力、温度参数2.2 设备的尺寸参数2.3 设备的材质参数3. 过程设备的类型及选型依据3.1 容器类设备3.2 反应器类设备3.3 换热器类设备3.4 泵、压缩机类设备3.5 选型依据及方法4. 过程设备的设计步骤和方法4.1 设计准备4.2 初步设计4.3 详细设计4.4 设计计算4.5 设计成果审查三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和方法。

2. 案例分析法：分析典型设备的设计案例，引导学生掌握设计步骤。

3. 软件操作法：利用相关软件进行设备设计实践，提高学生的动手能力。

四、教学资源1. 教材：《过程设备设计》2. 课件：设备设计相关图片、案例及视频资料3. 软件：过程设备设计软件（如CAD、SPC等）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. 实践成绩：评估学生在软件操作过程中的表现和设计成果。

3. 期末考试：考察学生对过程设备设计知识的掌握程度。

六、教学重点与难点重点：1. 过程设备设计的基本概念和目的。

2. 过程设备的主要参数和选型依据。

3. 过程设备的设计步骤和方法。

难点：1. 理解并应用复杂的设备设计标准和规范。

2. 进行详细设计计算和分析。

3. 利用软件进行过程设备的设计实践。

七、教学进度安排1. 第一课时：介绍过程设备设计的基本概念和目的。

2. 第二课时：讲解过程设备的主要参数和选型依据。

3. 第三课时：讲解过程设备的类型及选型依据。

4. 第四课时：介绍过程设备的设计步骤和方法。

5. 第五课时：进行案例分析和软件操作实践。

《过程设备计基础》

《过程设备计基础》

《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。

本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。

本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。

各章中包含思考题和习题。

目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (6)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。

第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同？为什么？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。

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《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。

本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。

本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。

各章中包含思考题和习题。

目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。

第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同？为什么？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。

第二章思考题思考题2.1.一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么？思考题2.2.推导无力矩理论的基本方程时，在微元截取时，能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？思考题2.3.试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2的原因。

思考题2.4.何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些重要特征，其中β与Rt 两个参数的物理意义是什么？思考题2.5.对壳体进行应力分析有哪两种理论?它们分别考虑壳体中哪些应力?为什么工程实际中可以用无矩理论？思考题2.6.试用图(a)、(b)中所注尺寸符号写出各回转壳体中A和B点的第一曲率半径和第二曲率半径，以及平行圆半径。

思考题 2.7.试解释下列名词术语：母线，经线，平行圆，第一主曲率半径，第二主曲率半径，平行圆半径。

思考题 2.8.为什么推导一般回转壳体的应力时不能采用材料力学中的截面法?对一般回转壳体取壳单元的假想截面采用垂直于轴线的横载面为什么是不正确的?应该如何取才是正确的?思考题 2.9.实际的薄壁壳体，当承受均匀内压P，其沿器壁厚度的各点上有否弯曲应力?若有则为什么无矩理论中不予考虑?思考题 2.10.使用无矩理论有什么限制?为什么说壳体边界上的外力只能沿壳体经线的切线方向?思考题2.11.图2示出三个直径D，壁厚t和高度H均相同的薄壁容器，容器内充满液体，液体密度为ρ，分别悬挂在支座上，试问：σ是否相等?为什么?(1)三个容器分别在A-A和B-B横截面上的经向薄膜应力ϕσ是否相等?为什么?(2)三个容器在同一高度的对应点上环向薄膜应力θσ是否相等?为什么?(3)若将三个容器均直接置于平地上，则A—A横截面上的ϕ思考题 2.12.如将充满液体的卧式贮罐竖立，则器壁中的薄膜应力是否按卧式时一样计算?为什么?思考题2.13.圆柱壳轴对称弯曲问题中，为什么纵向截面的剪力θQ 等于零，且所有内力分量均与坐标θ无关?思考题2.14.壳体弯曲问题的解法与无矩理论的解法有什么根本区别?思考题 2.15.对于两端作用有边缘载荷的圆柱壳，在何种情况下可以只考虑一端的弯曲效应?思考题 2.16.如何理解对于圆柱壳弯曲时，在纵截面产生的环向力N θ?它与薄膜力有何异同?思考题 2.17.何谓边缘效应?使容器产生边缘效应有哪些因素?不连续应力有哪些重要特征?在何种情况下可以不作详细计算?对结构进行合理设计有哪些基本措施?思考题 2.18.变形连续的物理意义与连续条件是什么?变形协调方程式中各项的正负号如何确定?思考题 2.19.试以半球壳与圆柱壳相连接为例说明计算容器不连续应力的一般步骤。

思考题 2.20.为什么总的应力可以将薄膜应力与边缘载荷引起的附加应力叠加?最大应力是否一定在连接边缘上?为什么?思考题2.21.不连续分析中，β这两个参量的物理意义是什么?思考题 2.22.对于组合容器，当两个壳体在连接处无公切线时，在计算边缘载荷时与有公切线有何不同?试以部分球壳与圆柱壳相连接为例述之。

思考题 2.23.单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受的内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？思考题 2.24.单层厚壁圆筒承受内压时承受内压i P 与外压0P 作用时，能否用压差p ∆=i P -0P 代入仅受内压或仅受外压的厚壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力？为什么？思考题 2.25.单层厚壁圆筒在内压于温度差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？筒壁屈服发生在何处？为什么？思考题2.26.为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程r r d rdr θσσσ-=，在弹塑性应力分布分析中同时适应？思考题 2.27.一厚壁圆筒，两端封闭且能可靠地承受轴向力，试问轴向、环向、径向三应力之关系式2r Z θσσσ+=，对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，为什么？思考题2.28.两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比K 和材料相同，试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同？为什么？思考题2.29.厚壁圆筒与薄壁圆筒受力后筒壁上的应力有何主要区别？思考题 2.30.单层厚壁圆筒受温差作用时，其热应力分布有哪些规律？加热方式对其有何影响？思考题2.31.为什么厚壁圆筒与薄壁圆筒在工程上一般规定K =1.2为其界限？思考题 2.32.预应力法增强厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？试以双层热套圆筒为例加以说明。

思考题 2.33.何谓自增强处理？确定自增强压力的原则是什么？对于理想塑性材料，当塑性层扩展到圆筒的整个壁厚时，增加自增强压力能否继续提高承载能力？思考题 2.34.承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特性是什么？其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？思考题 2.35.试比较承受横向均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和扰度的大小和位置。

思考题2.36.何谓板的中面、薄板、厚板、大挠度薄板、小挠度薄板?思考题2.37.在薄板小挠度弯曲理论中采用哪些基本假设?为什么在此基本假设下，能归结为求解中面挠度函数ω的问题?思考题2.38.简支与固支边界条件的含义是什么?试写出图2—8所示各题的边界条件。

思考题 2.39.薄板受横向载荷时的力学特征是什么?壳与板相比较在承载能力上有什么异同?思考题2.40.试比较固支与简支情况下，受横向均布载荷作用的圆板最大弯曲应力、剪应力和挠度的大小与位置。

思考题 2.41.受横向均布载荷圆板的小挠度弯曲问题中为什么无薄膜力和扭矩，又无横向剪力?思考题2.42.试述建立圆板轴对称弯曲问题的基本方程的步骤。

思考题2.43.当环形板中的计算应力超过材料的屈服点时，能不能用叠加法?思考题2.44.试用最简单载荷问题的解的叠加方法，分析求解图2—9所示各题的挠度和应力。

思考题2.45.在圆板结构设计中，为了提高其承载能力，主要可采取哪些方法?各有什么优缺点?思考题2.46.试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳相比有何异同？思考题 2.47.试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱的临界压力？提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料是否正确，为什么？思考题2.48.提高材料强度对钢制外压容器的稳定性有何影响？思考题 2.49.为什么轴向外压圆筒的临界载荷通常以临界应力表征，而不用临界压P？力cr思考题2.50.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？思考题2.51.圆柱壳除受到介质压力作用外，还有哪些从附件传递来的外加载荷？思考题 2.52.组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是什么？试举例说明。

思考题2.53.什么叫应力集中和应力集中系数？思考题2.54.为什么容器开孔接管处会产生较高的局部应力？这种应力有何特征？第二章 习题习题2.1.试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t ）。

若壳体材料由20R （b σ=400MPa ，s σ=245MPa ）改为16MnR （b σ=510MPa ，s σ=345MPa ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？习题2.2.试利用题2-1(a)~(d)图中所注尺寸，写出各回转壳中A 点的主曲率半径R 1、R 2和平行园半径r 。

并用无力矩理论计算各容器承受均匀气体内压力p 作用时，器壁中A 点的经向应力ϕσ和周向应力θσ。

己知：D =1000mm 、L =1000mm 、x=L /2、α=45。

、ϕ=30。

、a=200mm ，壁厚均为t =10mm 。

习题2.3.试求单叶双曲面壳的主曲率半径R 1、R 2。

曲线方程为12222=-by a x 。

习题2.4.一海底探测船的承压舱，系由三个连在一起的球形壳体组成，如图2-3图所示。

壳体由钢板制成，其外径为2.5m ，壁厚20mm ，试求当船在海平面下1000m 工作时，舱壁内的周向应力为多大？忽略各球连接处的不连续效应和壳体受深水压力作用的压缩变形。

海水密度为1020kg/m 3。

习题2.5.试确定图示中间支承的圆筒形贮液桶壳壁中任意高度h 处的薄膜应力。

液体密度为ρ。

习题2.6.一锥形容器盛满液体，锥壳半顶角为α，高度为H ，厚度为t ，液体密度为ρ，试确定(1)锥壳中的薄膜应力和最大簿膜应力及其位置；(2)若容器中盛部分液体，其离锥顶距离h (h ≤H )，薄膜应力又将如何变化？习题2.7.一钢质圆筒形水槽，其直径为D ，高度为H ，壁厚为t ，试计算水深为x 处壳体的位移ϖ以及转角θ(材料的弹性模量E 、泊松比为μ)。