过程设备设计习题5
《过程设备设计》期末复习题及答案
《过程设备设计》期末复习题及答案第一章规程与标准1-1 压力容器设计必须遵循哪些主要法规和规程？答：1．国发[1982]22号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》（简称《条例》）；2．劳人锅[1982]6号：《锅炉压力容器安全监察暂行条例》实施细则；3．劳部发[1995]264号：关于修改《〈锅炉压力容器安全监察暂行条例〉实施细则》"压力容器部分"有关条款的通知；4．质技监局锅发[1999]154号：《压力容器安全技术监察规程》（简称《容规》）；5．劳部发[1993]370号：《超高压容器安全监察规程》；6．劳部发[1998]51号：《压力容器设计单位资格管理与监督规则》；7．劳部发[1995]145号：关于压力容器设计单位实施《钢制压力容器-分析设计标准》的规定；8．劳部发[1994]262号：《液化气体汽车罐车安全监察规程》；9．化生字[1987]1174号：《液化气体铁路槽车安全管理规定》；10．质技监局锅发[1999]218号：《医用氧舱安全管理规定》。
1-2 压力容器设计单位的职责是什么？答：1．设计单位应对设计文件的正确性和完整性负责；2．容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样；3．容器设计总图应盖有压力容器设计单位批准书标志。
1-3 GB150-1998《钢制压力容器》的适用与不适用范围是什么？答：适用范围：1．设计压力不大于35MPa的钢制容器；2．设计温度范围按钢材允许的使用温度确定。
不适用范围：1．直接用火焰加热的容器；2．核能装置中的容器；3．旋转或往复运动的机械设备（如泵、压缩机、涡轮机、液压缸等）中自成整体或作为部件的受压器室；4．经常搬运的容器；5．设计压力低于0.1MPa的容器；6．真空度低于0.02MPa的容器；7．内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或对角线，如矩形为对角线、椭圆为长轴）小于150mm的容器；8．要求作废劳分析的容器；9．已有其他行业标准的容器，诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些专用容器和搪玻璃容器。
过程设备-5
32 d 其中： D
D 1 32
4 4
W
I D/2
D 3 1 4
16
5-5 圆轴扭转时的应力和变形
5.5.3 圆轴扭转变形
T
d T dx GI T d dx GI T 扭转角： d L GI l
平面假设： 变形前为圆形截面，变形后仍保持为同样大小的圆 形平面，且半径仍为直线。
5-5 圆轴扭转时的应力和变形
5.5.2 圆轴扭转的剪应力
AA dx R d
d R dx
m
A
剪应变与半径成正比
d
G max min
（
A’
dx
d R G GR dx 0 0
ρ
I
A
2 dA 2 2 d
4 0
D
D
32
W
I R
I D/2
D 3
16
5-5 圆轴扭转时的应力和变形
空心圆轴的极惯性矩和抗扭截面模量
I
dρ
D 2
A
2 dA 2 2 d
d 2
D ρ d
D4 d 4
5 剪切和扭转
5-1 剪切构件的特点和实例
5.1.1 剪切的概念
5-1 剪切构件的特点和实例
P P
受力特点：大小相等、方向相反、作用 线距离很小。 变形特点：两相邻截面间发生错动。
5-1 剪切构件的特点和实例
P
{
}P
Q Q’
过程设备设计复习题及答案——
过程设备设计复习题及答案换热设备6.1根据结构来分，下面各项中那个不属于管壳式换热器：（B ）A.固定管板式换热器B.蓄热式换热器C.浮头式换热器D.U形管式换热器6.2常见的管壳式换热器和板式换热器属于以下哪种类型的换热器：（C ）A.直接接触式换热器B.蓄热式换热器C.间壁式换热器D.中间载热体式换热器6.3下面那种类型的换热器不是利用管程和壳程来进行传热的：（B ）A.蛇管式换热器B.套管式换热器C.管壳式换热器D.缠绕管式换热器6.4下列关于管式换热器的描述中，错误的是：（C ）A.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。
B.蛇管式换热器是管式换热器的一种，它由金属或者非金属的管子组成，按需要弯曲成所需的形状。
C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为容易。
D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。
6.5下列措施中，不能起到换热器的防振效果的有：（A）A.增加壳程数量或降低横流速度。
B.改变管子的固有频率。
C.在壳程插入平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板。
D.在管子的外边面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条。
6.1??按照换热设备热传递原理或传递方式进行分类可以分为以下几种主要形式：（ABC）A. 直接接触式换热器B. 蓄热式换热器C. 间壁式换热器D. 管式换热器6.2 下面属于管壳式换热器结构的有：（ABCD）A. 换热管B. 管板C. 管箱D. 壳体6.3 引起流体诱导振动的原因有：（ACD）A. 卡曼漩涡B. 流体密度过大C. 流体弹性扰动D. 流体流速过快6.4 传热强化的措施有：（BCD）A. 提高流量B. 增加平均传热温差C. 扩大传热面积D. 提高传热系数6.5 下列关于管壳式换热器的描述中，错误的是：（CD）A.管壳式换热器结构简单、紧凑、能承受较高的压力。
B.管壳式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗的场合。
过程设备设计第章课后习题试题
第一章压力容器导言单选题1.1高温容器所谓高温容器是指下列哪一种：（）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150GB150适用下列哪种类型容器：（）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3设计准则一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（）A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效1.4《容规》有关《容规》适用的压力说法正确的是：（）A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)1.5压力容器分类毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器：（）A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围1.6材料性质影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是：（）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力1.7介质毒性毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（）A.<0.1mg/m3B.0.1~<1.0mg/m3C.1.0~<10mg/m3D.10mg/m31.8压力容器分类内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器1.9压力容器分类下列属于分离压力容器的是：（）A.蒸压釜B.蒸发器C.干燥塔D.合成塔单选题1.1 A单选题1.2 B单选题1.3 B单选题1.4 B单选题1.5 C单选题1.6 B单选题1.7 B 单选题1.8 C单选题1.9 C多选题1.1介质危害性介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（）A. 毒性B. 腐蚀性C. 氧化性D. 易燃性1.2压力容器分类下列属于第三类压力容器的是：（）A .毒性程度为极度和高度危险介质的低压容器；B .毒性程度为极度和高度危险介质且PV大于等于0.2MPa.m3的低压容器；C .易燃或毒性程度为为中度危险介PV大于等于10MPa.m3的中压储存容器；D. 中压管壳式余热锅炉；E .高压容器1.3《容规》《容规》适用于具备下列哪些条件的压力容器：（）A. 最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；B .内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；C .容积（V）大于等于0.025m3；D. 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
过程设备设计第三版课后答案及重点
过程设备设计题解1.压力容器导言习题1. 试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t ）。
若壳体材料由20R （MPa MPa s b 245,400==σσ）改为16MnR（MPa MPa s b 345,510==σσ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？解：○1求解圆柱壳中的应力 应力分量表示的微体和区域平衡方程式：δσσθφzp R R -=+21φσππφsin 220t r dr rp F k r z k=-=⎰圆筒壳体：R 1=∞，R 2=R ，p z =-p ，r k =R ，φ=π/2tpRpr tpR k 2sin 2===φδσσφθ○2壳体材料由20R 改为16MnR ，圆柱壳中的应力不变化。
因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。
2. 对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。
该封头中面处的长轴D=1000mm ，厚度t=10mm ，测得E 点（x=0）处的周向应力为50MPa 。
此时，压力表A 指示数为1MPa ，压力表B 的指示数为2MPa ，试问哪一个压力表已失灵，为什么？解：○1根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E 的内压力： 标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm 。
在x=0处的应力式为：MPa abt p btpa 15002501022222=⨯⨯⨯===θθσσ ○2从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A 的一致，压力表B 已失灵。
3. 有一球罐（如图所示），其内径为20m （可视为中面直径），厚度为20mm 。
内贮有液氨，球罐上部尚有3m 的气态氨。
设气态氨的压力p=0.4MPa ，液氨密度为640kg/m 3，球罐沿平行圆A-A 支承，其对应中心角为120°，试确定该球壳中的薄膜应力。
过程设备设计复习题及答案
过程设备设计复习题及答案一、单选题1.压力容器导言所谓高温容器是指下列哪一种: （A ）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温GB150适用下列哪种类型容器: （B ）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则: （B ）A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效有关《容规》适用的压力说法正确的是: （B ）A.最高工作压力大于(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)毒性为高度或极度危害介质PV>=的低压容器应定为几类容器: （C ）A.Ⅰ类B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围影响过程设备安全可靠性的因素主要有: 材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是: （ B ）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为: （B ）A.<m3m3内压容器中, 设计压力大小为50MPa的应划分为：（C ）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器2.下列属于分离压力容器的是: （ C ）3. A.蒸压釜 B.蒸发器4. C.干燥塔 D.合成塔5.压力容器应力分析在厚壁圆筒中, 如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在, 下列说法正确的是: （D ）A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善C.内加热情况下内壁应力有所恶化, 而外壁应力得到改善D.内加热情况下内壁应力得到改善, 而外壁应力有所恶化通过对最大挠度和最大应力的比较, 下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：（A）A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述, 错误的是：（A ）A.失稳临界压力与材料屈服点无关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（D）A.增加壁厚B.采用多层圆筒结构, 对内筒施加外压C.自增强处理D.采用分析设计的方法下列有关不连续应力的叙述, 错误的为：（C ）A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的B.具有局部性与自限性的特征C.其危害程度比总体薄膜应力大D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感下列关于局部载荷说法正确的是：（B ）A.对管道设备附件设置支架, 会增加附件对壳体的影响B.对接管附件加设热补偿元件, 无明显意义C.压力容器制造中出现的缺陷, 会造成较高的局部应力D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系外压的短圆筒, 失稳时, 出现的波形个数为：（C ）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个下列关于薄壳应力分析中应用的假设, 错误的是：（D ）A.假设壳体材料连续, 均匀, 各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压6.关于薄圆平板的应力特点, 下列表述错误的是：（B ）7. A.板内为二向应力, 切应力可予以忽略 B.正应力沿板厚分布均匀8. C.应力沿半径分布与周边支承方式有关 D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比9.压力容器材料及环境和时间对其性能的影响在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是: （A ）A.熔焊B.压焊C.钎焊D.点焊一般高压容器的平盖制造用的钢材是: （C ）A.钢板B.钢管C.锻件D.铸件在焊接中力学性能得到明显改善, 是焊接接头中组织和性能最好的区域是：（B ）A.过热区B.正火区C.融合区D.焊缝下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（D）A.尽量采用对接接头结构, 不允许产生未熔透缺陷B.尽量采用全熔透的结构, 不允许产生未熔透缺陷C.尽量减少焊缝处的应力集中D.尽量选用好的焊接材料下列焊接接头中可能出现的缺陷, 最危险的是：（A ）A.裂纹B.夹渣C.气孔D.未熔透下列金属会产生低温变脆的是: （B ）A.铜B.碳素钢C.铝D.奥氏体不锈钢磁粉检测属于: （D ）A.破坏性检验B.外观检查C.密封性检查D.无损检测下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（C ）A.硫元素不是钢材中的有害元素。
过程设备设计课后习题答案
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =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：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ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；内装混合液化石油气，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）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=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=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
过程设备设计5-8章思考题及答案
第三版过程设备设计思考题及答案（5-8）5.储存设备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。
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。
“扁塌”现象的原因是什么如何防止这一现象出现双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力如何产生的鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强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球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响6.换热设备换热设备有哪几种主要形式间壁式换热器有哪几种主要形式各有什么特点管壳式换热器主要有哪几种形式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换热管与管板有哪几种连接方式各有什么特点换热设备传热强化可采用哪些途径来实现7.塔设备塔设备由那几部分组成各部分的作用是什么填料塔中液体分布器的作用是什么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简述塔设备设计的基本步骤。
塔设备振动的原因有哪些如何预防振动塔设备设计中，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。
机械搅拌反应器主要由哪些零部件组成搅拌容器的传热元件有哪几种各有什么特点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，其流型有什么特点常见的搅拌器有哪几种简述各自特点。
涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围生物反应容器中选用的搅拌器时应考虑的因素搅拌轴的设计需要考虑哪些因素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。
【精品】过程设备设计第三版(郑津洋)课后习题答案
过程设备设计题解1。
压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用？答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用:与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用.密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。
支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
2.压力容器应力分析思考题1. 何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，其中β与两个参数的物理意义是什么？答:回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大,很快变小，对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应"。
不连续应力有两个特征：局部性和自限性.局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是的函数随着距连接处距离的增大,很快衰减至0.不自限性:连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性约束开始缓解,变形不会连续发展,不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自限性。
β的物理意义：()Rt 4213μβ-=反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。
该值越大,边缘效应影响范围越小。
Rt 的物理意义：该值与边缘效应影响范围的大小成正比。
反映边缘效应影响范围的大小.2. 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受内压很高时,能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么?答：应力分布的特征:周向应力σθ及轴向应力σz 均为拉应力（正值）,径向应力σr 为压应力(负值）。
在数xe β-值上有如下规律：内壁周向应力σθ有最大值，其值为：1122max -+=K K p i θσ,而在外壁处减至最小,其值为122min -=K p i θσ，内外壁σθ之差为p i ；径向应力内壁处为—p i ，随着r 增加，径向应力绝对值逐渐减小,在外壁处σr =0。
过程设备设计课后习题答案
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =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：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppD t1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppD t109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ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；内装混合液化石油气，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）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=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=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
过程设备设计第5章课后习题试题
第五章储存设备单选题5.1双鞍座设计卧式储存罐双鞍座支承时，两支座的状态应采用：（）A.两个都固定B.两者均可移动C.一个固定，一个移动D.以上均可5.2柱式支座低温球罐的支柱与球壳连接处最好采用：（）A.接连接结构形式B.加托板结构C.U型柱结构形式D.支柱翻边结构5.3扁塌现象卧式储罐发生扁塌现象的根本原因是：（）A.支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩B.圆筒上不设置加强圈C.支座的设置位置不适合D.设计压力过高5.4球罐随着石油业的发展，在大型球罐上最常采用的罐体组合方式是：（）A.纯桔瓣罐体B.足球瓣式罐体C.混合式罐体D.两个半球组成的罐体单选题5.1 C 单选题5.2 C 单选题5.3 A 单选题5.4 C无5.1 储罐的形式主要有卧式，立式和球形储罐，储存介质的性质是选择储罐形式和储存系统的一个重要因素。
5.2 鞍座包角越小，鞍角重量越轻，且储罐——支座系统的中心降低。
5.3 工程上可以将双鞍座卧式储存罐简化为均布载荷的外伸简支梁。
5.4 球罐支座中裙式支座用得最为广泛。
5.5 柱式支座的主要缺点是球罐的重心高，稳定性差。
5.6 需要开检查孔时，由于特殊原因而不能开设时，应相应缩短检查周期，或者对全部纵向环向焊缝作100%无损检测。
5.7 球罐接管除工艺特殊要求外，应尽量集中在上下极板上。
5.8 在用水压测试容器壁厚时，校合压力一般取1.25P.5.9 按形状改变比能屈服失效判剧计算出的内壁初始屈服压力和实际测量值最为接近。
判断题5.1 T判断题5.2 F判断题5.3 T判断题5.4 F判断题5.5 T判断题5.6T判断题5.7 T判断题5.8 T判断题5.9 T思考题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？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。
过程设备机械设计基础课后习题答案
M1 = 10.8x − 5.99
M 2 = 5.4x − 4.37
RA
M3 = 0 M = 5.99kNm
max
MA
M(KNm)
300 A
510 150 B
或： M 1 = 0 M 2 = − 5 .4 x + 0 .81
0
x
-2.75
M 3 = − 10 .8 x + 4 .374
-5.99
2)
l
C
A
B
l 题4-8
2
查表选28a工字钢：Wz=508 cm3、q = 43.492Kg/m
∴Mmax
=
MG
+
Mq
=
56×103
+
1 8
43.492×9.8×82
=
59410N
⋅
m
校核：σ max
=
M max
[Wz ]
=
59410×103 508×103
=116.95 MPa< [σ ] =125MPa
=
28 .66 MPa
4
4
2
φ 10 mm 1 φ 20 mm
F
Q
1m1
∆ L1
=
N 1 L1 EA 1
12 × 10 3 × 1000 =
2 × 10 5 × π 10 2
= 0 .76 mm
4
∆L2
=
N 2L2 EA 2
=
9 × 10 3 × 500 2 × 10 5 × π 20 2
= 0 .072
M A yA Iz
10.9×106 ×60 = 120×2003
= 8.175MPa
过程设备设计习题..
目录第一章压力容器导言 (1)第二章压力容器应力分析 (5)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第四章压力容器设计 (16)第五章储存设备 (23)第六章换热设备 (24)第七章塔设备 (26)第八章反应设备 (26)【概念题参考答案】 (27)第一章压力容器导言【教学基本内容和要求】1．了解压力容器基本组成和主要零部件；2．了解介质的毒性和易燃性，掌握压力容器几种不同分类方法；3．了解压力容器的质量保证体系的内容，了解常用压力容器标准和规范。
一．【思考题】1．介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？2．压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？3．《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？4．《容规》与GB150的适用范围是否相同？为什么？5．GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？6．过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？7．在我们做压力容器爆破实验时发现，容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方，而并非处于理论上应力集中的连接处的地方，请问原因何在？二．【判断题】1．压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。
（）2．易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10％或爆炸上限和下限之差小于等于20％的气体。
（）3．高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类压力容器。
（）4．压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。
（）5．压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150。
（）6．盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。
（）7．压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
过程设备设计(第三版,郑津洋_董其伍)化工工业出版社答案
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。
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。
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。
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零5.3 “扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？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。
5.4 双鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？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。
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？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。
5.6 在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？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。
过程设备设计课后习题答案
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =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：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppDt1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppDt109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ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；内装混合液化石油气，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）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=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=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
过程设备设计第三版课后答案及重点(郑津洋)
过程设备设计题解习题1. 试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力〔壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t 〕。
假设壳体材料由20R 〔MPa MPa s b 245,400==σσ〕改为16MnR〔MPa MPa s b 345,510==σσ〕时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？解：○1求解圆柱壳中的应力 应力分量表示的微体和区域平衡方程式：δσσθφzp R R -=+21φσππφsin 220t r dr rp F k r z k=-=⎰圆筒壳体：R 1=∞，R 2=R ，p z =-p ，r k =R ，φ=π/2tpRpr tpR k 2sin 2===φδσσφθ○2壳体材料由20R 改为16MnR ，圆柱壳中的应力不变化。
因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。
2. 对一标准椭圆形封头〔如下图〕进行应力测试。
该封头中面处的长轴D=1000mm ，厚度t=10mm ，测得E 点〔x=0〕处的周向应力为50MPa 。
此时，压力表A 指示数为1MPa ，压力表B 的指示数为2MPa ，试问哪一个压力表已失灵，为什么？解：○1根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E 的内压力： 标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm 。
在x=0处的应力式为：MPa abt p btpa 15002501022222=⨯⨯⨯===θθσσ ○2从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A 的一致，压力表B 已失灵。
3. 有一球罐〔如下图〕，其内径为20m 〔可视为中面直径〕，厚度为20mm 。
内贮有液氨，球罐上部尚有3m的气态氨。
设气态氨的压力p=0.4MPa ，液氨密度为640kg/m 3，球罐沿平行圆A-A 支承，其对应中心角为120°，试确定该球壳中的薄膜应力。
《过程设备设计》课后答案(第二版__郑津洋_董其伍__桑芝富)
思考题参考答案第1章压力容器导言思考题1.1我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A 、B 类焊接接头还应进行100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题1.2筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
思考题1.3《压力容器安全技术监察规程》依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制造、www.kh da w.c om课后答案网检验、使用和管理的要求也越高。
第2章过程设备设计课后习题课
s max
pR4 64D
5 1
5 0.3 2.915 4.077 2.915 11.884mm 1 0.3
板的最大应力： max
33 pR2
8t 2
33 0.3 3 5002
8 382
3 0.3 389.543 1.65 389.543
2
642.746MPa
简支时的最大挠度是固支时的4.077倍；简支时的最大应力是固支时的1.65倍。
10
10
cos0 0.7
(2)支承以上部分，任一φ角处的应力： R1=R2=R，pz=-[p+ ρg R（cosφ0-cosφ）]，r=Rsinφ，dr=Rcosφdφ
sin0
102 72 51
10
10
cos0 0.7
2R t sin2
2
r r0
p
cos0
cos
Rgrdr
2 p
12 1 2 12 1 0.32
p h g 0.815009.81 11772Pa 0.012MPa
周边简支圆平板中心挠度
ws max
pR4 64D
5 1
0.012 7504 64 7.50 107
5 0.3 1 0.3
3.22mm
挠度控制在1mm以下需要的塔板厚度：
塔板刚度需增加的倍数： 3.22 3.22 1
rd
w r
w r
物理方程
1 E
r
z
仅承受内压时的Lamè公式：
r
pi Ri2 R02 Ri2
1
R02 r2
K
pi 2
1
1
R02 r2
pi Ri2 R02 Ri2
过程设备设计课后习题答案解析
习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa ，设计温度为50℃；圆筒内径D i =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：p c =1.85MPa ，D i =1000mm ，φ=0.85，C 2=0.1×20=2mm ；钢板为4.5~16mm 时，Q235-A 的[σ]t =113 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm ；钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
材料为Q235-A 时：[]mmC C ppDt1412.524mm 28.0724.99.724mm85.185.01132100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ取材料为16MnR 时：[]mmC C ppDt109.243mm 28.0443.6mm443.685.185.01702100085.12n 21n ==++=++≥=-⨯⨯⨯=-=δδδφσδ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；内装混合液化石油气，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）；圆筒内径D i =2600mm ，筒长L=8000mm ；材料为16MnR ，腐蚀裕量C 2=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=p c =1.1×1.62=1.782MPa ，D i =2600mm ，C 2=2mm ，φ=1.0，钢板为6~16mm 时，16MnR 的[σ]t = 170 MPa ，σs =345 MPa ，查表4-2，C 1=0.8mm 。
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答：回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小，对应的边缘 应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应”。 不连续应力有两个特征：局部性和自限性。
局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 ex 的函数随着距连接处距离的增大，很快
值）。在数值上有如下规律：内壁周向应力 σθ 有最大值，其值为： max
pi
K2 K2
1
，而在外壁处减
1
2
至最小，其值为 min
pi
2 K 2 1 ，内外壁 σθ 之差为 pi；径向应力内壁处为-pi，随着 r 增加，径向
1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用? 答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。 筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。 封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。 密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。 开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。 支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。 安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和 工艺过程的正常进行。 2. 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？ 答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的 要求愈高。如 Q235-A 或 Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒 性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进 行焊后热处理，容器上的 A、B 类焊接接头还应进行 100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行 气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚 大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小 于 1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于 1.6MPa，且还应尽量选 用带颈对焊法兰等。