化工设备机械基础

简要介绍

绪

论

化学工业与过程工业、化工机械与过程机 械 化工机械是指用于化工生产的各种机械 处理介质：气、液、固 一定条件下使化工原料发生化学变化和物 理变化，进而得到所需物质的生产过程 过程：无论生产过程简单还是复杂均需要 在一定的设备装置中进行 作用：输送、贮运、反应等

简要介绍

化工生产对化工设备的基本要求

化工生产是以流程性物料(气体、液体、 粉体)为原料，以化学处理和物理处理为 手段，以获得设计规定的产品为目的的工 业生产。化工生产过程不仅取决于化学工 艺过程，而且与化工机械装备密切相关。 化工机械是化工生产得以进行的外部条件。 如介质的化学反应，由反应器提供符合反 应条件要求的空间；质量传递通常在塔设 备中完成；

简要介绍

热量传递一般在换热器中进行；能量转换 由泵、压缩机等装置承担。同时化工机械 技术的发展和进步，又能促进新工艺的诞 生和实施，如大型压缩机和超高压容器的 研制成功，使人造金刚石的构想变为现实， 使高压聚合反应得以实现。所以，先进的 化工机械，一方面为化学工艺过程服务， 另一方面又促进化学工艺过程的发展。

简要介绍

甲醛生产二甲醚空 气

压缩机

压缩机

反 应 器(

冷 却 塔(

吸 收 塔

离 子 交 换 塔离 子 交 换

化工设备机械基础（设备部分）教案

第一章 概述

第一节 绪言

一、本课程的任务

了解压力容器的基础知识；掌握压力容器的一般设计方法，重点掌握设计的基本原理与思路。 （说明： 由于工业生产中约10%~40%的设备为换热设备，而换热设备中最为常见、普遍的是管壳式换热器，故在本课程中我们将以管壳式换热器为例，学习压力容器的具体设计方法，包括选择材料、结构设计，受压元件的强度计算，以及设计、制造、检验中的相关要求等。） 二、本课程的要求

通过这门课程的学习，要求同学们掌握如下的内容： 1、掌握压力容器的类型与总体结构； 2、了解管壳式换热器的形式与总体结构； 3、掌握管壳式换热器的结构设计的相关知识；

4、了解管壳式换热器各元件的强度设计（掌握筒体及封头的设计）； 5、了解管壳式换热器中的振动与防振；

6、了解管壳式换热器的设计以、制造、检验中的相关要求。

第二节 化工容器概述

一、压力容器的概念

1．化工设备——工艺过程中静止设备的总称。 2．容器——化工设备外壳的总称。

3．压力容器——承受压力载荷作用的容器。

（由于化工容器几乎都承受压力载荷，通常直接称其为压力容器。化工容器的特点：为高温、高压，介质易燃易爆、有毒。） 二、化工容器的结构

《化工设备机械基础》习题解答

二、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。 3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米？ 规格 DN（mm） PN（Mpa） PN（Mpa） 0.25 0.1 Φ14×3 10 0.60 0.25 Φ25×3 20 1.0 0.40 1.6 0.60 Φ45×3.5 40 2.5 1.0 Φ57×3.5 50 4.0 1.6 6.4 2.5 Φ108×4 100 4.0 4、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级？ 5、管法兰标准中公称压力PN有哪些等级？ 第三章 内压薄壁容器的应力分析

一、名词解释 A组：

⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。

⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。 ⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。

⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。

⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。 ⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位

化工设备机械基础复习题

一、填空题

1、强度是指构件＿＿＿＿的能力。 2、刚度是指构件＿＿＿＿的能力。

3、稳定性是指构件＿＿＿＿平衡状态的能力。

4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于＿＿＿＿。

5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为＿＿ 6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要＿＿＿＿。

7、在轴向拉伸式压缩时，杆件不但有＿＿＿＿变形，同时＿＿＿＿也发生变形。

8、扭转是＿＿＿＿的又种变形方式。

9、η=Gr称为＿＿＿＿虎克定律。

10、弯曲是工程实际中最常见的一种＿＿＿＿变形形式。 11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为＿＿＿＿。 12、外伸梁是简支梁的一端或＿＿＿＿伸出支座之外。 13、悬臂梁是梁的一端固定，另一端＿＿＿＿。 14、最大拉应力理论又称＿＿＿＿强度理论。

15、最大伸长线应变理论又称＿＿＿＿强度理论。 16、最大剪应力理论又称＿＿＿＿强度理论。

17、形状改变比能理论，又称＿＿＿＿强度理论。

18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为＿＿＿＿应力。 19、硬度是用来＿＿＿＿固体材料软硬程度的力学性能指标。 20、裂纹

得分 评阅教师 试 题

一、判断题 (每题1分，共计10分，正确的填“T”，错误的填“F”)

题号 所选答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1、 材料的冲击韧度?k值越高，则其塑性指标?5也高，反之，当材料的?5高，则?k值 也一定高。

2、 在钢号表示方法中，含碳量以平均含量的万分之几表示。

3、 确定容器压力试验的试验压力时，式中P应为容器的设计压力或最大允许工作压力。 4、 随科学技术发展的趋势，安全系数逐渐变小。 5、 外压计算图表中，系数B与材料和温度都有关。

6、 一台卧式容器有三个鞍式支座，应选一个A型，两个B型的。 7、 当焊接接头结构形式一定时，焊接接头系数随着检测比率的增加而减小。

8、 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壳体法线方向均匀分布的。 9、 真空容器属于低压容器。

10、假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。

得分 评阅教师

二、选择题 (每题1.5分，共计15分)

题号 所选答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1、 外压圆

《化工设备机械基础》习题解答

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ζ=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。

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

《化工设备机械基础》习题解答

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ζ=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。

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

目 录

化工设备机械基础课后习题解答 .............................. 错误！未定义书签。 EXERCISE EXPLANATION AND DESIGNING OF THE BASIC OF CHEMICAL EQUIPMENT AND MECHANISM .. 错误！未定义书签。 第一章 刚体的受力分析及其平衡规律 .................................................. 2

第一部分 例题及其解析 .................................................................................................................... 2 第二部分 习题及其解答 .................................................................................................................. 10

第二章 金属的力学性能 ......................

1.

化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。设起吊重量G=10KN，求钢绳AB、BC及BD的受力大小。设BC、BD与水平夹角为60℃。

2.

桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。P＝20KN，试求BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)。

3.

起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P，设备重G=30KN，求水平力P及绳子拉力T。

4.

悬臂式壁架支承设备重P(KN)，壁架自重不计，求固定端的反力。

5.

化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。设 沿塔高受风压q(N／m)，塔高H(m)，侧塔与主塔中心相距为e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(KN)。试求地面基础处的支座反力。

6.

梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光

滑面上。在AC上作用有一垂直力P。如不计梯子自重，当P＝600N，?=75℃，h=3m，

a＝2m时，求绳的拉力的大小。

.7

试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。杆的横截面面积A为250mm2，

P=10KN。

8.

一根直径d=3mm，长

L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=2.2mm。

试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模

.

《化工设备机械基础》习题解答

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，