第三版过程设备设计思考题及答案（5-8）
5.储存设备
5.1 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定？试说明理由。
5.2 双鞍座卧式容器受力分析与外伸梁承受均布载荷有何相同何不同，试用剪力图和弯距图比较。
5.3 “扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？
5.4 双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？
5.5 鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？
5.6 在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？
5.7 球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各种罐体型式有何特点？
5.8 球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？
5.9 液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？
6.换热设备
6.1换热设备有哪几种主要形式？
6.2间壁式换热器有哪几种主要形式？各有什么特点？
6.3管壳式换热器主要有哪几种形式？
6.4换热器流体诱导震动的主要原因有哪些？相应采取哪些防震措施？
6.5换热管与管板有哪几种连接方式？各有什么特点？
6.6换热设备传热强化可采用哪些途径来实现？
7.塔设备
7.1塔设备由那几部分组成？各部分的作用是什么？
7.2填料塔中液体分布器的作用是什么？
7.3试分析塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷？
7.4简述塔设备设计的基本步骤。
7.5塔设备振动的原因有哪些？如何预防振动？
7.6塔设备设计中，哪些危险界面需要校核轴向强度和稳定性？
8.反应设备
8.1反应设备有哪几种分类方法？简述几种常见的反应设备的特点。
8.2机械搅拌反应器主要由哪些零部件组成？
8.3搅拌容器的传热元件有哪几种？各有什么特点？
8.4 搅拌器在容器内的安装方法有哪几种？对于搅拌机顶插式中心安装的情况，其流型有什么特点？
8.5常见的搅拌器有哪几种？简述各自特点。
8.6涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围？
8.7 生物反应容器中选用的搅拌器时应考虑的因素？
8.8搅拌轴的设计需要考虑哪些因素？
8.9搅拌轴的密封装置有几种？各有什么特点？
思考题答案：
5.储存设备
思考题5.1
根据JB4731规定，取A小于等于0.2L，最大不得超过0.25L，否则容器外伸端将使支座界面的应力过大。因为当A＝0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯距和支座截面处的弯距绝对值相等，使两个截面保持等强度。考虑到除弯距以外的载荷，所以常取外圆筒的弯距较小。所以取A小于等于0.2L。
当A满足小于等于0.2L时，最好使A小于等于0.5Rm（Rm为圆筒的平均半径）。这是因为支座靠近封头可充分利用封头对支座处圆筒的加强作用。
思考题5.2
（图见课本）
外伸梁的剪力和弯矩图与此图类似，只是在两端没有剪力和弯矩作用，两端的剪力和弯矩均为零。
思考题5.3
由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯距，在周向弯距的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌”现象。
可以设置加强圈，或者使支座靠近封头布置，利用加强圈或封头的加强作用。
思考题5.4
①圆筒上的轴向应力。由轴向弯矩引起。
②支座截面处圆筒和封头上的切向切应力和封头的附加拉伸应力。由横向剪力引起。
③支座截面处圆筒的周向弯曲应力。由截面上切向切应力引起。
④支座截面处圆筒的周向压缩应力。通过鞍座作用于圆筒上的载荷所导致的。
思考题5.5
鞍座包角的大小不仅影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，而且也影响卧式储罐的稳定性和储罐－支座系统的重心高低。包角小，鞍座重量轻，但重心高，且鞍座处圆筒上的应力较大。
思考题5.6
如卧式储罐支座因结构原因不能设置在靠近封头处（A>0.5Ri），且圆筒不足以承受周向弯距时，就需在支座截面处的圆筒上设置加强圈，以便与圆筒一起承载。
思考题5.7
球形储罐应力分布均匀。
设计时要考虑压力载荷、重量载荷、风载荷、雪载荷、地震载荷和环境温度变化引起的载荷。
纯桔瓣式的特点是球壳拼装焊缝较规则，施焊组装比较容易，加快组装进度并可对其实施自动焊。但是球瓣在各带位置尺寸大小不一，只能在本带内或上，下对称的带间互换；下料成型复杂，板材利用率低，板材较小，不易设计人孔和接管。且不易错开焊缝。
足球瓣式，由于每块的尺寸相同，下料规格化，材料利用率好，互换性好，组装焊缝短。但是焊缝排布比较困难，组装困难，且此类罐的适用容积较小。
混合式罐体基本结合了前面两种的有点，现在的应用比较广泛。
思考题5.8
支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线和球壳相切或相割而焊接起来。若相割，支柱中心线和球壳交点同球心连线与赤道平面的夹角为10°～20°。为了能承受风载荷和地震载荷，保证稳定性，还必须在支柱间设置连接拉杆。
思考题5.9
不仅要考虑环境温度、风载荷、雪载荷和地震载荷，还要注意液化气体的膨胀性和压缩性。
6.换热设备
思考题6.1
按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：
1.直接接触式换热器利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。
2.蓄热式换热器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。
3.间壁式换热器利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。
4.中间载热体式换热器载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体。
思考题6.2
管式换热器按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器。
在换热效率、结构紧凑性和单位传热面积的金属消耗量等方面不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高的操作压力和温度等优点。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。
板面式换热器按传热板面的结构形式可分为：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板式换热器。
传热性能要比管式换热器优越，由于其结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面式换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。
其他一些为满足工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器，如回转式换热器、热管换热器、聚四氟乙烯换热器和石墨换热器等。
思考题6.3
1.固定管板式：结构简单，承压高，管程易清洁，可能产生较大热应力；适用壳侧介质清洁；管、壳温差不大或大但壳侧压力不高。
2.浮头式：结构复杂，无热应力、管间和管内清洗方便，密封要求高。适用壳侧结垢及大温差。
3.U形管式：结构比较简单，内层管不能更换；适用管内清洁、高温高压。
