化工设备设计基础第二章容器设计基础

《化工设备机械基础》习题解答
第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
二、指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类
三、填空题
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。

2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。

6．目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是（①最高工作压力p w≥0.1MPa；②内直径Di≥150mm，且容积V≥0.025m3；③介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。

）
7．我国现有与压力容器相关的标准与规定有近（300）个。

8．我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有（《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》）三个。

9．GB150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的（核心）标准。

10．容器机械设计的基本要求主要有（强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理）等八条。

第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。

αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。

B 点处坐标x=600mm 。

25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。

【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。

化工设备机械基础试题库一、填空力学基础部分1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。

2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。

3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。

4．碳钢和铸铁都是铁塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。

和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的5．碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。

一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。

6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳 2.11% 时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于2.11% 时为铸铁。

,如果组成的合金中碳含量小于7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。

其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。

8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。

应力不同,圆筒形容器是球形容器9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。

10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。

11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。

12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。

13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为_______,第二主曲率半径为________。

锥顶处B点的第一主曲率半径为__________,第二主曲率半径为_________。

《化工设备机械基础》习题解答第一篇: 化工设备材料第一章化工设备材料及其选择一.名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。

或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。

2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。

3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。

4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。

5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。

冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。

6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。

对于钢材，μ=0.3 。

7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。

8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。

9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。

它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。

10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。

B组：1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。

把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。

钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。

钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。

2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。

其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。

沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。

3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。

4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。

5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。

化工设备设计基础–内压薄壁容器设计引言内压薄壁容器是化工设备中常见的一种结构，广泛应用于石油、化工、医药等行业。

其设计合理与否直接影响到化工设备的使用效果和安全性。

本文将介绍内压薄壁容器设计的基础知识和设计要点，以帮助读者更好地理解和掌握该方面的知识。

1. 薄壁容器的定义与分类薄壁容器是指在工作条件下，容器壁厚度相对较小，其内压应力主要由壁板引起的容器。

根据容器的形态可分为圆筒形、球形、圆锥形、矩形等多种类型。

根据容器的用途可分为储存容器、反应容器、传热容器等。

2. 内压薄壁容器的设计计算内压薄壁容器的设计计算主要包括以下几个方面：2.1 材料选择内压薄壁容器的材料选择至关重要，直接影响容器的强度和耐腐蚀性。

常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。

在选择材料时，要充分考虑工作介质的性质和工艺条件。

2.2 壁厚计算壁厚是内压薄壁容器设计中的一个关键参数。

根据ASME（美国机械工程师协会）等标准，可以通过以下公式计算容器的最小壁厚：t = (P * r) / (S * F)其中，t为壁厚，P为设计压力，r为容器的内部半径，S为材料的允许应力，F为安全系数。

2.3 结构设计内压薄壁容器的结构设计需要考虑容器的强度和稳定性。

常用的结构形式有圆筒形、球形、圆锥形等。

在设计过程中，要合理选择结构形式，同时考虑容器的受力特点，确保容器在工作条件下能够承受住内压力的影响。

2.4 衬里设计针对一些特殊介质，内压薄壁容器常需要进行衬里设计。

衬里材料一般为耐腐蚀的塑料或橡胶材料，用于保护容器壁免受介质的侵蚀。

3. 内压薄壁容器的安全考虑内压薄壁容器的安全性是设计过程中必须考虑的重要因素。

下面介绍几个与安全相关的要点：3.1 压力容器的安全阀内压薄壁容器常常需要配备安全阀，用于控制容器内部的压力，一旦超过设计压力，安全阀就会自动打开释放压力，避免容器爆炸等事故的发生。

3.2 检漏装置为了及时发现容器的泄漏情况，常常需要在容器上设置检漏装置。

第二篇化工容器及设备第8章化工设备常用材料1.金属材料2.非金属材料3.复合材料8-1 化工设备常用金属材料的基本性能⏹金属材料的基本性能包括⏹机械性能、⏹化学性能（耐蚀性能）、⏹物理性能和⏹加工工艺性能。

一.机械性能1.强度：定义：材料抵抗外载荷的能力大小指标。

屈服极限：[]elelRn σ=elR强度极限：高温要考虑蠕变极限和持久极限屈强比＝[]m mm R R n σ=⎧⎨⎩小：低强钢，屈服后强度裕量较大。

大：高强钢，屈服后强度裕量较小。

e R l mR n σD σ2.塑性：定义：材料破坏前的变形能力大小，是设计的主要依据。

主要参数有：①弹性模量E,②延伸率,③截面收缩率。

δϕ化工设备要求材料塑性要好，一般要求，另外对冷弯成型材料要求冷弯后不开裂。

15%~20%A 1803.韧性：定义：材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。

用冲击韧性表示，好，材料在缺口或裂纹引起应力集中，能防止其快速扩展。

材料的冷脆性：低温（前提下）材料由塑性变为脆性，破坏时应力较低，又无可见变形，危险性极大。

()k J α()k J α4.硬度：定义：材料对局部塑性变形的抵抗能力。

说明材料的耐磨性及切削加工性能。

常用硬度指标有布氏硬度指标HB 和洛氏硬度指标HR。

非金属材料以摩氏硬度表示。

举例：管子与管板硬度选择，管板硬度大于管子硬度；螺栓硬度大于螺母硬度。

5.高温下材料的极限性能材料的蠕变：金属材料在高温和应力共同作用下会产生不可回复的变形，应变随时间延长而增加。

蠕变极限或持久极限，参见图13-1，随温度上升而下降。

t n σt b σe R ,,l mR E二.耐蚀性能（金属腐蚀的评定方法）化工材料的选择对耐蚀性起决定性作用。

（1）根据重量的变化评定金属的腐蚀：材料的腐蚀速度用重量损失率()2g K⋅m hr⏹根据金属重量损失或增加来评定金属的腐蚀速度的方法应用极为广泛。

它是通过试验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀而引起的重量变化。