过程设备设计1

过程设备设计

一塔设备部分

1简述塔设备的作用及其常见的分类方式

2简述塔设备的振动原因及防振措施

3写出斯特罗哈数的表达式，说明各物理量的含义

4设备塔设备（板式塔）通道板的作用及应考虑的因素有哪些？

5画出塔盘板上下可拆的连接结构，并说明装拆过程

6画出裙座支座的结构简图，说明各零部件的名称及作用

二换热设备部分

1按传热方式或热传递原理进行分类，换热设备有哪几种主要形式，各有什么特点？

2根据结构特点，管壳式换热器有哪几种主要类型？如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用何种类型的换热器，说明选型的理由。

3试画出6管程管壳式换热器的管束分程布置图（指出流程顺序，画出管箱隔板，介质返回侧隔板示意图），指出管束分程的原则。

4绘图说明管壳式换热器壳程防止短路的三种结构。

5当管板应力超过许用应力时，应如何调整，为什么？

6如何校核固定管板式换热器设计计算的各应力?

三机械搅拌反应设备部分（6分×5＝30分）

1简述筒体长径比（H/D）必须考虑的因素

2绘出“圆盘式开式涡轮”搅拌桨的结构示意图。指出该桨属于何种流型和应用条件。

3写出湍流状态下搅拌功率表达式，说明各参数含义。

4搅拌轴轴径确定的依据。

5请绘出一种机械密封结构简图指出该结构可能存在的泄漏点。

过程设备设计答案

一 塔设备部分

1简述塔设备的作用及其常见的分类方式

作用：可使气液或液液两相之间充分接触。达到相互传热及传质的目的。

在塔设备中可进行的单元操作：精馏、吸收、解吸、气体增湿、离子交换、冷却等。 分类方式：1按操作压力分有加压塔，常压塔和减压塔

2按单元操作分有精溜塔，吸收塔，解析塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等 3按内件结构分有填料塔，板式塔 2简述塔设备的振动原因及防振措施

原因：由于风载荷作用产生沿着风力方向的振动和垂直风力方向的振动（诱发振动），

主要是诱发振动。当塔的固有频率与卡曼涡街的频率相等时，塔体即产生振动。

防振措施：塔在操作时激振力的频率不得在塔体第一振型固有频率的0.85～1.3倍范

围内，即不得在如下范围内：113.185.0c c f fv f <<

如在范围内，应采取如下措施：1 增大塔的自振频率；2 塔的阻尼加大 3 采取扰流装置 3写出斯特罗哈数的表达式，说明各物理量的含义 表达式：v

Df S v

r =

r S －斯特罗哈数 D －塔体的外直径 v f －激振频率 v －风速

4设备塔设备（板式塔）通道板的作用及应考虑的因素有哪些？

作用：为进行塔内清洗和维修，使人能进入各层塔板，在塔盘板接近中央处设置一

块通道板。

考虑因素：1各层塔盘板上的通道板最好开在同一垂直位置，以利于采光和拆卸； 2有时叶可以用一块塔盘板代替通道板； 3通道板因为上下均可拆卸的连接结构 5画出塔盘板上下可拆的连接结构，并说明装拆过程

检修需拆开时，可从上方或下方松开螺母， 将椭圆垫片旋转900，塔盘板I 即可移开

1－椭圆垫片 2－螺栓 3－螺母 4－垫圈

塔盘板塔盘板

6画出裙座支座的结构简图，说明各零部件的名称及作用

1 塔体

2 保温支承圈支承保温层

3 无保温时排气孔排放裙座内可能存在

的有害气体

4 裙座筒体

5 人孔检修安装出入

6 螺栓座

7 基础环

8 有保温时排气孔

9 引出管通道

10 排液孔

二换热设备部分

1按传热方式或热传递原理进行分类，换热设备有哪几种主要形式，各有什么特点？

(1)直接接触式换热器：它是利用冷热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器；

(2)蓄热式换热器：它是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的换热器；

(3)间壁式换热器：它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热

量通过间壁由热流体传递给冷流体；

(4)中间载热体式换热器：它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来

的换热器。

2根据结构特点，管壳式换热器有哪几种主要类型？如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用何种类型的换热器，说明选型的理由。

管壳式换热器可分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式、釜式重沸器

如果管程压力较高，壳程需要清洗，而管壁温差较大，应选用U型管式换热器。

因为U型管式换热器能够很好的清除由于管壳壁温差所引起的应力，且U型管式换热器便于清洗壳程。U型管式换热器只有一个固定的管板，管子受热时可以自由膨胀，不影响壳程，故能很好的清除管壳壁温差引起的热应力，同时也便于清洗壳程，也能承受较高的管程压力。

3试画出6管程管壳式换热器的管束分程布置图（指出流程顺序，画出管箱隔板，介质返回侧隔板示意图），指出管束分程的原则。

流动顺序 管箱隔板 介质返回侧隔板

管束分程原则：（1）各程管数相近；（2）分程形状简单；（3）密封长度最短；（4）各程的温差不大于20 0

C

4绘图说明管壳式换热器壳程防止短路的三种结构。

（1）旁路挡管结构 （2）挡管结构 （3）中间挡板结构

5当管板应力超过许用应力时，应如何调整，为什么？

（1）增加管板厚度 可以大大提高管板的抗弯截面模量，有效的降低管板应力； （2）降低壳体轴向刚度 由于管束和壳程是刚性连接当管束与壳壁的温差过大时，

在换热管和壳体上将产生很大的轴向热应力，从而使管板产生较大变形，出现挠曲现象，使管板应力增高

6如何校核固定管板式换热器设计计算的各应力? 管板校核时应考虑下列危险工况：

（1）只有壳程压力s P ，而管程压力0=t P ，不计热膨胀差； （2）只有壳程压力s P ，而管程压力0=t P ，同时考虑热膨胀差； （3）只有管程压力t P ，而管程压力0=s P ，不计热膨胀差； （4）只有管程压力t P ，而管程压力0=s P ，同时考虑热膨胀差。

在不同的危险工况组合下，计算出相应的管板布管区应力，环板的应力，壳体法兰应力，换热管轴向应力，换热管与管板连接拉脱力，再进行危险工况下的应力校核。

三 机械搅拌反应设备部分

1简述筒体长径比（H/D ）必须考虑的因素 （1）搅拌的工艺生产要求 （2） 传热要求

旁路挡板

挡管

中间挡板