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化工设备设计基础复习资料

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化工设备设计基础

一、简答题

1、换热器管箱在什么情况下要进行热处理？为什么？

答：碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，应进行焊后热处理。设备法兰密封面热处理后精加工。因为热处理使得设备法兰较大变形得以恢复，充分保证了设备法兰的密封性。

2、构件在外力作用下，安全可靠地进行工作应满足哪些力学条件？ 答：（1）强度条件； （2）刚度条件； （3）稳定性条件 2、常见典型平面约束有几种？ 答：（1）柔索约束，如绳子、链条、皮带、钢丝等 （2）理想光滑面约束 （3）圆柱铰链约束

3、材料力学对变形固体作了哪些假设？ 答：（1）连续性假设 （2）均匀性假设 （3）各向同性假设 4、提高梁弯曲强度和刚度的措施？ 答：（1）合理安排梁的受力情况 （2）选择合理的截面形状

4、引构件产生交变应力的原因有哪些？

答：（1）载荷作周期性变化（2）载荷不变化，但构件作某些周期性运动 6、提高构件疲劳强度的措施？ 答：（1）减缓应力的集中 （2）降低表面粗糙度 （3）增加表面强度

7、化工容器零部件标准化的意义是什么？

答：标准化是组织现代化生产的重要手段，实现标准化，有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本，从而提高产品的竞争力，实现标准化，可以增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修，提高劳动生产率。标准化为组织专业生产提供了有利条件。有利于合理利用国家资源，节省材料等。标准化的基本参数公称直径、公称压力。

8、从容器的安全、制造、使用等方面说明对化工容器机械设计有哪些基本要求？

答（1）强度 （2）刚度 （3）稳定性 （4）耐久性 （5）密封性 （6）节省材料和便于制造 （7）方便操作和便于运输。

9、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围？

答：（1）回转壳体曲面在几何上是轴对称的壳体厚度无实变。曲率半径连续变化的、材料均匀、连续且各向同性。（2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的没有突变情况 （3）壳体边界应该是自由。（4）壳体在边界上无横向剪力和弯矩。

10、压力试验的种类？

答：（1）液压试验 （2）气压试验 （3）气密试验

11、在简体与锥形封头连接时，可采用哪两种方法来降低连接处的边缘应力？

答：（1）使联接处附近的封头及筒体厚度增大，即采用局部加强的方法（2）在封头与筒体间增加一个过渡圆弧，则整个封头由锥体过渡弧及

高度为h0的 直边三部分组成。

12、影响外压容器临界压力的因素有哪些？ 答：（1）筒体的几何尺寸的影响 （2）筒体材料性能的影响（3）筒体椭圆度和材料不均匀的影响

13、为安全，可拆连接、法兰必须满足哪些基本要求？ 答：（1）有足够的刚度 （2）有足够的强度 （3）能耐腐蚀 （4）成本廉价 14、带传动的优缺点？

答：优点 （1）适用于两轴中心距较大的传动（2）带具有良好的弹性，可以缓和冲击和吸收振动 （3）过载时，带在轮上打滑，可防止其他零件损坏 （4）结构简单，加工和维护方便，成本低廉

缺点 （1）传动的外廓尺寸较大（2）不能保证固定不变的传动比 （3）带的寿命短 （4）传动效率较低等 15、轮齿失效有哪几种形式？ 答：（1）轮齿的折断 （2）齿面的点蚀 （3）齿面磨损 （4）齿面胶合 （5）齿面 塑性变形

14、滚动轴承的主要失效形式是什么？

答：在正常使用情况下，只要选择，安装，润滑，维护等方面都考虑周到。绝大多数轴承因滚道或滚动表面疲劳点蚀而失效。当轴承不回转，缓慢摆动或低速转动时，一般不会产生疲劳损坏。但在很大的静载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，出现表面塑性变形不能正常工作。此外，由于使用维护和保养不当或密封润滑不良等因素，也能引起轴承长期磨损、胶合等不正常失效现象。

15、塔在水压试验时，其合成应力的计算为何不考虑地震载荷的作用？

答：因为人们不会在地震时进行水压试验时，也就是说，水压试验时没有地震载荷，因此其合成应力的计算可以不考虑地震载荷的作用。

16、为何要限定水压试验时的试验温度？

答：限定水压试验的试验温度是为了使水温高于材料的转脆温度而低于水的沸点温度，确保水压试验正常进行

17、标准法兰公称压力如何选取？

答：法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力和操作温度以及法兰材料三大因素有关。当法兰材 料一定时，法兰公称压力的选取满足法兰在最高操作温度下的最高允许压力大于等于法兰的最大操作压力。

二、计算题

1. 沿顶部支承的储罐如图。已知其中径D=2000mm，储水高H=5000mm，有效壁厚Se=10mm，顶部气压P=0.2MPa，A点离储罐底面之距离X=2000mm，求A点的两向薄膜应力？

解： 2,,:21RrrA 其两向薄膜应力为：

eeeSRHPRSRHPSrQ2)(2)(sin22221MPa45.121021000)105108.92.0(63

enSPrr2211 eeSRxPS)(Pr22

94MPa22101000103108920632.)..(

2.如图2所示的简易起重机横梁AB的A端以铰链固定，B端有拉杆BC，起重量W=10KN。AB梁重P=4KN。BC杆自重忽略不计，试求载荷W位于图示位置时 BC杆的拉力和铰链A的约束反力。 HXAP水

（ 图2）

解：取AB杆为研究对象

0AM

03230sin4aWaPaT

WPT5.1=19 kN

0Fx 030cosAXNT2319AXN=16.45 kN

0BM 024aWaPaNAYAYN=4.5 kN

3.某分馏塔，内径Di=800mm，实际壁厚n=8mm，塔高H=10m。设计压力P=0.9MPa，设计温度为200℃，材质16MnR，塔体t][=170MPa，s=345MPa，焊缝系数=0.85，壁厚附加量C=2.0mm，33N/m108.9水，t]/[][=1.0。

① 校核此塔在此设计压力下的强度。

② 校核此塔水压试验时的强度。

解：28Cne=6mm

① 62)6800(9.02)(eeicDp=60.45 MPa

17085.0][t=144.5 MPa

由于t][ 所以容器强度合格。

② 631010108.99.0'Hpp=0.998 mm

170170998.025.1][]['25.1tTpp=1.25 MPa

62)6800(25.12)(eeiTTDp=83.96 MPa

34585.09.09.0S=263.93 MPa

由于ST9.0 所以水压试验强度合格。

4.一台由圆筒和标准椭圆形封头组成的内压容器，内径Di=2000mm，设计压力为2.0MPa，设计温度为150℃，筒体及封头材料均为16MnR。筒体纵焊缝采用双面对接焊，100％无损探伤。试分别设计筒体和封头的壁厚。（16MnR当t≤150℃时，[σ]t=170MPa， 16MnR钢板的负偏差C1=0.25mm，腐蚀余量取C2=1mm，不考虑液柱静压力。

解：（1）设计筒体的壁厚

mm 11.8340.20.1170220000.22cticpDp

d11.834 0.25113.084 mm

经圆整，取筒体的名义厚度mm 14n。

（2）设计封头的壁厚

mm 11.7990.25.00.1170220000.25.02cticpDp

设计厚度为：d11.799 0.25113.049 mm经圆整，取封头的名义厚度mm 14n。

5、用三轴钻床在水平工件上钻孔时，每个钻头对工件施加一个力偶（如图）。已知三个力偶的矩分别为：M1=1kN²m；M2=1.4kN²m；M3=1kN²m，固定工件的两螺栓A和B与工件成光滑面接触，两螺栓的距离l=0.2m，求两螺栓受到的横向力。

解：据M=±Fd

M=M1+M2+M3=1+1.4+2=4.4kN²m F=M/d=4.4/0.2=22kN

答：两螺栓受到的横向力为22kN

6、如图所示，有一管道支架ABC。A、B、C处均为理想的

圆柱形铰链约束。以知该支架承受的两管道的重量均为G=4.5kN，图中尺寸均为mm。试求管架中梁AB和BC所受的力。 解：梁AB的受力图

∑Fx=0 Fx+FBcos45°=0

∑Fy=0 Fy1―FN1―FN2＋FBcos45°=0

∑MA=0 Fy1³0－FN1³0.4－FN2³1.12＋FBcos45°³1.12=0 ∴FB=9.67kN Fx=6.84 Fy=2.16 杆′B′FC=FBB

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化工设备设计基础知识

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1. 简介

化工设备设计是化工工程的重要组成部分，它主要涉及到对化工设备的功能要求、结构设计和工艺参数等方面的研究与设计。本文将介绍化工设备设计的基础知识，包括设备设计的流程、常见的化工设备类型和设计考虑的要点等内容。

2. 设备设计流程

化工设备设计的流程一般包括以下几个步骤： 1. 确定设备的功能要求：根据化工工艺过程的需要，确定设备的功能要求，包括物质转移、热量传递、反应等方面的要求。

2. 选择设备类型：根据功能要求和工艺特点，选择适合的设备类型，常见的化工设备类型有反应器、蒸馏塔、吸附塔、分离器等。

3. 进行结构设计：根据设备类型和功能要求，进行结构设计，包括设备的外形、尺寸、材料等方面的设计。 4. 设计工艺参数：根据设备的功能要求和工艺特点，设计出适当的工艺参数，如流量、温度、压力等。

5. 进行设备选型：根据功能要求、结构设计和工艺参数，选择合适的设备型号和规格。

6. 进行设备布置：根据工厂的场地条件和工艺要求，进行设备布置设计，包括设备的相对位置、连通管道的布置等。

7. 进行设计校核：对设计结果进行校核，包括结构强度、安全性和可靠性等方面的校核。 8. 编制设备设计报告：将设备设计的结果整理成设计报告，包括设计图纸、技术参数和设计校核等内容。

3. 常见的化工设备类型

在化工领域中，常见的化工设备类型包括反应器、蒸馏塔、吸附塔、分离器等。下面分别介绍这些化工设备的基本原理和特点：

3.1 反应器

反应器是进行化学反应的设备，主要用于生产化学品、药品等。它的功能是将气体、液体或固体的底物转变为所需要的产品。根据反应方式的不同，反应器可以分为批式反应器、连续式反应器和循环式反应器等。

3.2 蒸馏塔

蒸馏塔是用于物质分离的设备，主要用于液体混合物的分离和纯化。它利用液体的汽化和凝结特性，将混合物中的成分按照沸点的高低进行分离。根据工艺的不同，蒸馏塔可以分为精馏塔、萃取塔和吸收塔等。 3.3 吸附塔

《化工设备设计基础》综合复习资料

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读书破万卷 下笔如有神

《化工设备设计基础》综合复习资料

一、填空题

1. 平面力系问题的各类约束中，光滑面约束存在 个约束反力，固定端约束存在 个约束反力。

2. 提高梁弯曲强度条件的主要途径有选用合理截面提高 ；合理安排受力情况减小

等措施。

3．压力容器按其用途可分为 反应器 、 分离器 、 热交换器

和 储存 等四类。

4．内压圆筒的设计采用_________强度理论。

5. 压力容器开孔进行补强设计的原则有 和 两种。

6．裙座与塔体的焊接有 和 2种型式。

7. 标准椭圆形封头的长、短半轴之比a/b= ，此时K= 。

8. 单元体的应力状态可以分为三类： 、 和 。

9. 法兰尺寸系列表中的法兰尺寸计算是在规定设计温度为 、材料是 的基础上，考虑多种因素，通过多种方案的比较计算和尺寸圆整得到的。

10. 求取构件内力的方法是 。

11．最高工作压力是指在正常工作情况下，____________可能达到的最高压力。

12．封头按形状分为_______蝶形________、____椭圆____________和平板封头三类。

13. 化工设备开孔区强度受到削弱通常采用的补强结构有 补强结构、 补强结构和

补强结构。

14. 法兰公称压力的确定与法兰的最大 、 和 三个因素有关。

化工静设备基础知识

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目录

1. 化工静设备基础知识概述..................................3

1.1 静设备的定义与分类...................................4

1.2 化工静设备的重要性...................................4

2. 化工静设备的常见类型....................................6

3. 化工静设备的材料选择与要求..............................7

3.1 材料的分类...........................................9

3.2 材料的选择原则......................................10

3.3 材料的化学稳定性与机械性能..........................11

3.4 材料的焊接与热处理要求..............................12

4. 化工静设备的设计与计算.................................13

4.1 设计基础............................................15

4.2 强度计算............................................16

4.3 疲劳与断裂计算......................................18 4.4 温度与热应力分析....................................19

4.5 振动与噪声控制......................................21

4.6 流体动力学分析......................................22

化工基础复习资料

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1. 化工过程：自然界的各种物质经过化学反应和物理方法处理，制造成生产资

料和生活资料的生产过程。

2. 气缚：由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口所形成

的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体。此现象成

为气缚。

3. 汽蚀：金属表面受到压力大，频率高的冲击而剥蚀以及气泡内夹带的少量氧

气等活泼气体对金属表面的电化学腐蚀等，使叶轮表面呈现海绵状、鱼鳞状

破坏。这种现象成为汽蚀。

4. 重力沉降：由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程。

5. 自由沉降：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒

在互不接触、互不碰撞的条件下沉降。

6. 过滤：是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔材料，分离出固体颗

粒的操作。

7. 深层过滤：由于悬浮液中地的颗粒尺寸比过滤介质孔道直径小，当颗粒随液

体进入床层内细长而弯曲的孔道时，靠静电及分子作用而附着在孔道壁上。

过滤介质床层上面没有滤饼形成。因此，这种过滤称为深层过滤。

8. 滤饼过滤：随着滤渣的逐渐堆积，过滤介质上面会形成滤饼层。此后，滤饼

层就成为有效的过滤介质而得到澄清的滤液。这种过滤称为滤饼过滤。

9. 吸收：利用气体混合物中各组分在液体中的溶解度不同来分离气体混合物的

单元操作。

10. 平衡溶解度：在气液相平衡状态下，液相中溶质的浓度称为溶质在液相中的

平衡溶解度，简称溶解度。

11. 分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，则因微观的分子热运动使组

分从浓度高处扩散到浓度低处，这种现象成为分子扩散。

12. 整体移动：界面附近的气相总压力比气相主体的总压力稍微低一点，将有A B

混合气体从主体向界面移动，称为整体移动。

13. 饱和蒸气压：在封闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平

衡状态时的压力就是饱和蒸气压。

14. 相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度。

15. 理想溶液:在全部浓度范围内符合拉乌尔定律的溶液。