第一章 化工设备常用材料及其选择(1)PPT课件
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1）内压薄壁圆筒与封头的应力分析及强度设计； 2）外压圆筒与封头的强度设计； 3）容器的零部件（法兰 开孔补强 ）。 3、典型化工设备的机械设计（第7-8章） 1）换热器； 2）塔设备；
2020/11/8
❖ 要求： ❖ 了解材料的各种性能，影响材料性能的因
素，化工设备常用材料，学会根据工艺条件 选用化工设备材料； ❖ 掌握薄壁容器筒体与各种封头的强度、稳 定设计原则，掌握中、低压容器的强度、稳 定设计方法； ❖ 掌握容器零部件的设计计算和选用标准； ❖ 掌握列管式换热器、塔设备结构设计与机 械设计方法。
2020/11/8
第1章 化工设备材料及其选择
本章重点：材料的力学性能及化工设备材料 的选择
本章难点：材料的性能 计划学时： 8学时
2020/11/8
1.1 概 述
1.1.1 化工设备选材的重要性和复杂性
1、操作条件的限制 压力：从高真空到几千大气压,故有强度要求 温度：-250℃～2000℃，材料受冷、热 介质：酸碱（腐蚀）、易燃、易爆、毒性以及核反 应堆中子照射（变脆)
拉伸试验
试样按标准制备，然后将试件装在材料试验机上， 启动加力机构，缓慢增加拉力P直至断裂为止。
在加力过程中随时记录载荷P和相应的变形量Δl 的 数值。同时还要注意观察试件变形和破坏的现象。
2020/11/8
l0=10d0
1.2 材料的性能
2020/11/8
1.2 材料的性能
低碳钢单向拉伸实验结果如图所示
❖ 屈服点（σs）
❖
发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性
变形时的应力，称为“屈服点”，用σs (MPa)
表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
❖ 注：应力不是力，是压强。
2020/11/8
1.2 材料的性能
s
Ps F0
载荷不再增加，甚至有所降低时， 试件还在继续伸长的最小载荷， N
试件的原始横截面积， m2
当载荷加到上述最大值
后，我们会发现在试件
的某个部位直接突然变
细，出现所谓的“颈缩”
现象。
d
f
f点为断裂点
2020/11/8
1.2 材料的性能
将从材料开始出现颈缩时的最高名义压力表示为
P b ，其反应的是材料抵抗断裂能力的大小
抗拉强度（ σb ） 金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断
2020/11/8
1.2 材料的性能
（3）强化阶段(cd段) 材料过了屈服点后，曲线又开始 上升，曲线陡度变得十分平缓，这
说明材料又具备较弱的抵抗形变
的能力，称强化阶段 特点：（1）大比例的塑性变 形，少量的弹性变形；
（2）所加拉力达到最大值
d
b
c
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1.2 材料的性能
（4）颈缩阶段（df段）
1.2 材料的性能
（2）屈服阶段（bc段）
在此阶段，曲线上升
坡度变缓，在C点附近， 应力几乎不变的情况
下，试件的应变量在 增加，此时我们认为
b c s
材料对外力“屈服”
2020/11/8
源自文库
o
1.2 材料的性能
❖ 屈服
❖
金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加
或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，
这种现象，习惯上称为“屈服”。
e P
b
a
相同，如何理解弹性模量？
o
(1)式称为虎克定律，该定律也可用于受压杆件，但符号为负
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1.2 材料的性能
横向线应变：
' d1 d d
dd
d
ε' 为横向线应变
研究表明在弹性阶段杆件的横向
应变ε'和轴向应变ε之比的绝对
值是一个常数
d1
拉伸
'
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，称为横向变形系数或者泊桑比
选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的 原则。
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1.2 材料的性能
❖ 材料的性能：力学性能、物理性能、化学性能、 工艺性能
❖ 物理性能：密度、熔点、线膨胀系数、电阻率、 弹性模数、泊桑比等；
❖ 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性
❖ 工艺性能：
❖
指在保证加工质量的前提下加工过程的难
易程度。主要有：铸造性能、锻造性能、焊接
2、制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使
它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要 求材料的加工性能要好。
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1.1 概 述
1.1.2 选用材料的一般要求
（1）材料品种应符合我国资源和供应情况； （2）材质可靠，能保证使用寿命； （3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介 质能耐腐蚀； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，经济上合算。
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化工生产自身的特点： 1、生产的连续性强 2、生产的条件苛刻
介质的腐蚀性强 ；温度和压力变化大 介质大多易燃易爆有毒性 生产原理的多样性
2020/11/8
本课程主要内容： 1、化工设备材料及其选择（第1章） 2、化工容器的设计（第2-6章）
1.2 材料的性能
1、 低碳钢在外力作用下
的变形和破坏过程
d
b
f
e P
b a c s
o
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比例极限σp 弹性极限σe 屈服强度σs 强度极限σb
……
1.2 材料的性能
（1）弹性变形阶段与虎克定律（Ob段） 在弹性阶段内，应力与应变成直线关系
tan E
E ……(1)
E为弹性模量，其单位和应力
ε=Δl / l0 σ=P / Fo
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应力-应变关系曲线
1.2 材料的性能
金属材料的变形和破坏过程： （1）弹性变形阶段 （2）弹－塑性变形阶段 （3）断裂
断裂的两种形式： 脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶段的。
（更危险） 韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生断裂的。
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性能、切削加工性能、热处理性能。
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1.2 材料的性能
1.2.1、力学性能
材料的力学性能：材料抵抗外力而不产生超过允许的 变形或不被破坏的能力。 主要特征指标：强度、塑性、弹性、韧性、硬度等 一、强度
强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形 和断裂的特性。
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1.2 材料的性能
化工设备机械基础
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化工生产和化工机械
化工生产是以流体（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。
化工生产过程的决定因素：化学工艺过程
化工机械装备
化工机械通常分为：化工设备（静设备）
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化工机器（动设备）
化工设备：
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❖ 要求： ❖ 了解材料的各种性能，影响材料性能的因
素，化工设备常用材料，学会根据工艺条件 选用化工设备材料； ❖ 掌握薄壁容器筒体与各种封头的强度、稳 定设计原则，掌握中、低压容器的强度、稳 定设计方法； ❖ 掌握容器零部件的设计计算和选用标准； ❖ 掌握列管式换热器、塔设备结构设计与机 械设计方法。
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第1章 化工设备材料及其选择
本章重点：材料的力学性能及化工设备材料 的选择
本章难点：材料的性能 计划学时： 8学时
2020/11/8
1.1 概 述
1.1.1 化工设备选材的重要性和复杂性
1、操作条件的限制 压力：从高真空到几千大气压,故有强度要求 温度：-250℃～2000℃，材料受冷、热 介质：酸碱（腐蚀）、易燃、易爆、毒性以及核反 应堆中子照射（变脆)
拉伸试验
试样按标准制备，然后将试件装在材料试验机上， 启动加力机构，缓慢增加拉力P直至断裂为止。
在加力过程中随时记录载荷P和相应的变形量Δl 的 数值。同时还要注意观察试件变形和破坏的现象。
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l0=10d0
1.2 材料的性能
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1.2 材料的性能
低碳钢单向拉伸实验结果如图所示
❖ 屈服点（σs）
❖
发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性
变形时的应力，称为“屈服点”，用σs (MPa)
表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
❖ 注：应力不是力，是压强。
2020/11/8
1.2 材料的性能
s
Ps F0
载荷不再增加，甚至有所降低时， 试件还在继续伸长的最小载荷， N
试件的原始横截面积， m2
当载荷加到上述最大值
后，我们会发现在试件
的某个部位直接突然变
细，出现所谓的“颈缩”
现象。
d
f
f点为断裂点
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1.2 材料的性能
将从材料开始出现颈缩时的最高名义压力表示为
P b ，其反应的是材料抵抗断裂能力的大小
抗拉强度（ σb ） 金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断
2020/11/8
1.2 材料的性能
（3）强化阶段(cd段) 材料过了屈服点后，曲线又开始 上升，曲线陡度变得十分平缓，这
说明材料又具备较弱的抵抗形变
的能力，称强化阶段 特点：（1）大比例的塑性变 形，少量的弹性变形；
（2）所加拉力达到最大值
d
b
c
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1.2 材料的性能
（4）颈缩阶段（df段）
1.2 材料的性能
（2）屈服阶段（bc段）
在此阶段，曲线上升
坡度变缓，在C点附近， 应力几乎不变的情况
下，试件的应变量在 增加，此时我们认为
b c s
材料对外力“屈服”
2020/11/8
源自文库
o
1.2 材料的性能
❖ 屈服
❖
金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加
或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，
这种现象，习惯上称为“屈服”。
e P
b
a
相同，如何理解弹性模量？
o
(1)式称为虎克定律，该定律也可用于受压杆件，但符号为负
2020/11/8
1.2 材料的性能
横向线应变：
' d1 d d
dd
d
ε' 为横向线应变
研究表明在弹性阶段杆件的横向
应变ε'和轴向应变ε之比的绝对
值是一个常数
d1
拉伸
'
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，称为横向变形系数或者泊桑比
选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的 原则。
2020/11/8
1.2 材料的性能
❖ 材料的性能：力学性能、物理性能、化学性能、 工艺性能
❖ 物理性能：密度、熔点、线膨胀系数、电阻率、 弹性模数、泊桑比等；
❖ 化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性
❖ 工艺性能：
❖
指在保证加工质量的前提下加工过程的难
易程度。主要有：铸造性能、锻造性能、焊接
2、制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使
它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要 求材料的加工性能要好。
2020/11/8
1.1 概 述
1.1.2 选用材料的一般要求
（1）材料品种应符合我国资源和供应情况； （2）材质可靠，能保证使用寿命； （3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介 质能耐腐蚀； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，经济上合算。
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化工生产自身的特点： 1、生产的连续性强 2、生产的条件苛刻
介质的腐蚀性强 ；温度和压力变化大 介质大多易燃易爆有毒性 生产原理的多样性
2020/11/8
本课程主要内容： 1、化工设备材料及其选择（第1章） 2、化工容器的设计（第2-6章）
1.2 材料的性能
1、 低碳钢在外力作用下
的变形和破坏过程
d
b
f
e P
b a c s
o
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比例极限σp 弹性极限σe 屈服强度σs 强度极限σb
……
1.2 材料的性能
（1）弹性变形阶段与虎克定律（Ob段） 在弹性阶段内，应力与应变成直线关系
tan E
E ……(1)
E为弹性模量，其单位和应力
ε=Δl / l0 σ=P / Fo
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应力-应变关系曲线
1.2 材料的性能
金属材料的变形和破坏过程： （1）弹性变形阶段 （2）弹－塑性变形阶段 （3）断裂
断裂的两种形式： 脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶段的。
（更危险） 韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生断裂的。
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性能、切削加工性能、热处理性能。
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1.2 材料的性能
1.2.1、力学性能
材料的力学性能：材料抵抗外力而不产生超过允许的 变形或不被破坏的能力。 主要特征指标：强度、塑性、弹性、韧性、硬度等 一、强度
强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形 和断裂的特性。
2020/11/8
1.2 材料的性能
化工设备机械基础
2020/11/8
化工生产和化工机械
化工生产是以流体（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。
化工生产过程的决定因素：化学工艺过程
化工机械装备
化工机械通常分为：化工设备（静设备）
2020/11/8
化工机器（动设备）
化工设备：