过程设备设计课后习题答案
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. .word.资料. .. 习题
1. 一压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50℃；圆筒径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。试在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t=
170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
材料为Q235-A时：
mmCCppDt1412.524mm28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n21n取
材料为16MnR时：
mmCCppDt109.243mm28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n21n取
2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa（即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
解：○1p=pc=1.1×1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容积
3322m.689MPa57474.42782.1,42.474m86.244pVLDVi
○2中压储存容器，储存易燃介质，且pV=75.689MPa·m3>10MPa·m3，属三类压力容器。
○3圆筒的厚度
mmCCppDt18mm493.6128.0693.1313.693mm62.1117022600782.12n21n取
标准椭圆形封头的厚度
mmCCppDt18mm528.6128.0728.1313.728mm62.15.0117022600782.15.02n21n取 . . . .
. .word.资料. .. ○4水压试验压力
MPappT228.2782.125.125.1
应力校核
3. MPaDpseeiTT5.3103459.09.0191.667MPa8.21828.2182600228.223.今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔径Di=600mm，厚度δn=7mm，材料选用16MnR，计算压力pc=2.2MPa，工作温度t=-20~-3℃。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。
解：钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，φ=1.0
○1半球形封头壁厚
mmpDpctic73.747mm10.81.9471.947mm2.20.117046002.24n取
○2标准椭圆形封头壁厚
mmpDpctic75.695mm10.8895.33.895mm2.25.00.117026002.25.02n取
○3标准碟形封头壁厚
mmpRMprRMDRcticiii75mm44.610.8645.4mm645.42.25.00.117025402.2325.15.02325.1102540341341102mm60017.00.17Dr540mm,6009.09.0ni取
○4平盖封头厚度
mmmmmm，CmmKpDK，ntccp40285.391.18.0385.371.140~3424385.370.11702.23.06003.05841取时钢板厚度查表系数的结构形式序号取表 . . . .
. .word.资料. .. 从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。
4. 一多层包扎式氨合成塔，径Di=800mm，设计压力为31.4MPa，工作温度小于200℃，筒材料为16MnR，层板材料为16MnR，取C2=1.0mm，试确定圆筒的厚度。
解：钢板为6~16mm时，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，φi=1.0，φ0=0.9。为安全起见取φ=0.9，按中径公式计算：
mmmm，，mmpDpctic110106.079mm16.3191.4796.138.0171711661.479mm94.319.017028004.312n取层的总壁厚负偏差为共层内筒层层板取
5. 今需制造一台分馏塔，塔的径Di=2000mm，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）L1=6000mm，封头曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空条件下操作，现库存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。
解：计算长度
6333.333mm350026000321ihLL
查表4-2得：8mm、12mm、14mm钢板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三种厚度板各自对应的有效厚度分别为：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三种厚度板各自对应的外径分别为：2016mm、2024mm、2028mm
○18mm塔计算
钢板不能制造这台设备得查图得查图8mm0.1MPa0.0243MPa161.32531069.100007.02321069.1E：7-40.00007;A：6-43.1422016333.6333DL20,325.1612.6201650500eeDAEpMPaD
○212mm塔计算
钢板不能制造这台设备得查图得查图12mm0.1MPa0.057MPa647.19731069.10001.02321069.1E7-40.0001;A6-43.1292024333.6333DL20,431.9812.10202450500eeDAEpMPaD：：
○314mm塔计算
钢板能制造这台设备得查图得查图14mm0.1MPa0.149MPa23.16631069.100022.02321069.1E7-40.00022;A6-43.1232028333.6333DL20,23.6612.12202850500eeDAEpMPaD：：
6. 图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒反应液的最高工作压力pw=3.0MPa，工作温度Tw=50℃，反应液密度ρ=1000kg/m3，顶部设有爆破片，圆. . . .
. .word.资料. .. 筒径Di=1000mm，圆筒长度L=4000mm，材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2.0mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进行100%无损检测；夹套为冷却水，温度10℃，最高压力0.4MPa，夹套圆筒径Di=1100mm，腐蚀裕量C2=1.0mm，焊接接头系数φ=0.85，试进行如下设计：
○1确定各设计参数；
○2计算并确定为保证足够的强度和稳定性，筒和夹套的厚度；
○3确定水压试验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。
解：○1各设计参数：
◇1反应器圆筒各设计参数：
按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力
MPappws29.4343.143.1min
查GB150表B3爆破片的制造围，当设计爆破压力高于3.6MPa时，取精度等级0.5级，其制造围上限为3%设计爆破压力，下限为1.5%设计爆破压力，设计爆破压力为
MPappsb4.354015.129.4015.01min
按压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：
MPappb4.48503.1354.403.01
按外压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：
MPap5.025.14.0
按外压设计时的计算长度：
mmL399041000403004000
设计温度取工作温度
钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=2.0mm，φ=1.0
◇2夹套各设计参数：
设计压力（并取计算压力等于设计压力）：取最高工作压力。设计温度取10℃，C1=0。
