过程设备设计第1章课后习题试题

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过程设备设计_南京工程学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

过程设备设计_南京工程学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于气液分流型支承装置，以下说法中正确的是。

参考答案:避免了栅板式支承中气液从同一孔槽中逆流通过_是高通量低压降的支承装置_为气体及液体提供了不同的通道_既避免了液体在板上的积聚，又有利于液体的均匀再分配2.机械搅拌反应器中，搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间，其筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆应用最广。

参考答案:正确3.以下选项中，减小轴端挠度、提高搅拌轴临界转速的措施有。

参考答案:设置稳定器_设置底轴承或中间轴承4.对于反应器的搅拌功率计算，以下说法中正确的是。

参考答案:用于选择减速器_设计或校核搅拌器的强度和刚度_用于选择电动机_设计或校核搅拌轴的强度和刚度5.生活中常见的电风扇就是一种搅拌器，以下选项中，不是电风扇流型的是。

参考答案:径向流_切向流_紊乱流6.在搅拌反应设备中，应用最为广泛的搅拌器有，约占搅拌器总数的75%～80%。

参考答案:锚式搅拌器_涡轮式搅拌器_桨式搅拌器_推进式搅拌器7.对于反应器中的搅拌器，以下说法中正确的是。

参考答案:搅拌器对流体产生剪切作用和循环作用_搅拌器从电动机获得机械能，从而推动罐内流体运动8.对于反应器中搅拌器的流型，有。

参考答案:径向流_轴向流_切向流9.对于反应器中的换热元件，以下说法中正确的是。

参考答案:内盘管分为螺旋形盘管和竖式蛇管两类_换热元件分为夹套和内盘管两类_夹套分为整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套四类10.固定管板式换热器与其它类型换热器相比，在相同壳体直径下，排管数目最少。

参考答案:错误11.关于填料塔，以下描述中错误的是。

参考答案:气液两相组分的浓度或温度沿塔高呈阶梯式变化12.关于填料支承装置，以下说法正确的是。

参考答案:栅板型支承为气液混流型支承装置_气液分流型支承有波纹式、驼峰式和孔管式三种_填料支承装置分为栅板型支承和气液分流型支承13.对填料塔中的液体分布器，以下说法中正确的是。

热工过程与设备(第一章)习题解答

热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
8.解将该气体视为不可压缩的流体。 8.解：将该气体视为不可压缩的流体。据连续性方程：该气体通过Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ两连续性方程：该气体通过Ⅰ 截面时体积流量相等。截面时体积流量相等。又因气体在水平管道中流动，且不计阻力损失，故有：中流动，且不计阻力损失，故有： P1+ρu12/2= P1+ρu22/2 138+1.2× 92+1.2× 即：1/2 (1) 即：46= 0.6(u22-u12) 又据： (2) 又据：u1F1= u2F2，得：u1= 0.8u2
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
0(Pa)， (3)当零压面处于窑顶时，有：hs1= 0(Pa)，又 (3)当零压面处于窑顶时，当零压面处于窑顶时 0(Pa)，据柏努利方程，因hg1= 0(Pa)，据柏努利方程，有： hs2= 0+0-13.6= -13.6(Pa)，hg2= 13.6(Pa) 0+013.6(Pa)， hs3= hs1+ hg1- hg3= 0+0-27.2= -27.2(Pa) ， 0+027.2(Pa) hg3= 27.2(Pa)。 27.2(Pa)。此时，各截面的能量总和为0(Pa)。此时，各截面的能量总和为0(Pa)。上述三种情况下的能量分布，见下图。上述三种情况下的能量分布，见下图。
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
19.解 19.解： (1)计算烟囱的直径 (1)计算烟囱的直径取烟气的标态流速3m/s，取烟气的标态流速3m/s，据： uF= qvn 计算出烟囱顶部直径为d 1.6m。计算出烟囱顶部直径为d2= 1.6m。 1.25，故烟囱的底部直径为2m，设：d1/d2= 1.25，故烟囱的底部直径为2m，由此烟囱的平均直径为d 1.8m。由此烟囱的平均直径为dm= 1.8m。 (2)计算烟气的温度与密度和空气的密度 (2)计算烟气的温度与密度和空气的密度

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。

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。

《过程设备设计基础》

《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。

本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。

本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。

各章中包含思考题和习题。

目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构，1.2压力容器分类，1.3压力容器规范标准。

第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题1.2.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？思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》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？思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同？为什么？思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV＞0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器？思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析，2.2回转薄壳应力分析，2.3 厚壁圆筒应力分析，2.4 平板应力分析，2.5 壳体的稳定性分析，2.6 典型局部应力。

过程设备设计_南昌大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

过程设备设计_南昌大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.（单选题）根据《固定式压力容器安全技术监察规程》的有关规定，下列容器中，_____是反应容器。

答案:聚合釜；2.根据厚壁圆筒的筒壁应力分布特征，工程上有多种方法提高圆筒的屈服承载能力，下面哪些说法是正确的。

（）答案:通过对圆筒进行超工作压力下的自增强处理，可显著提高圆筒的屈服承载能力；_目前工程上尚未充分考虑多层结构中的预应力对筒壁应力分布的有利影响，是因为其预应力影响因素太多，难以精确计算，因此设计时仅将其作为前度储备之用。

_采用多层结构的高压厚壁圆筒，既可实现高压条件下所需较大的筒壁厚度，又可以有效地改善厚壁圆筒筒壁中的预应力分布；3.（多选题）下列有关热应力的说法正确的有（）。

答案:热应力与零外载相平衡，它是由热变形受约束引起的自平衡应力。

_热应力随约束程度的增大而增大，同样条件下，三维约束与一维约束所产生的约束要大得多；_热应力具有自限性，屈服流动和高温蠕变可使热应力降低。

4.（多选题）对于受内压作用下的厚壁圆筒，其筒壁弹性应力分布规律，下面（）描述是正确的。

答案:__5.超高压容器的自增强处理可以提高筒体的弹性承载能力，这是＿＿作出的贡献。

答案:残余压应力6.从受力分析角度来说，半球形封头的应力强度最高，最为省材。

所以，在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封头。

答案:错误7.椭球壳的长、短轴之比a/b越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。

答案:正确8.凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是其真实的应力。

答案:错误9.由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开孔一般宜在锥顶部分。

答案:正确10.卧式圆筒形容器，容器其内无介质压力，仅充满液体。

由于圆筒内液体静载荷沿轴线不是对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式对其应力进行求解。

答案:正确11.弹性模量E和泊松比μ是材料的重要力学性能，一般材料的E和μ都不随温度的变化而变化，所以可以取为定值。

过程设备机械设计基础

A 屈服强度 B 泊松比 C 延伸率 D 断面收缩率
。
10 直杆拉伸时，下面有关直杆横截面上的应力的说法哪些是正确的？
A 正应力不等于零； C 正应力等于零； B 剪应力不等于零； D 剪应力等于零。
力矩是用来描述一个外力使物体绕某一点转动的效果。由于选择点不同，力矩的大小也不相同。力偶矩是用来描述力偶（两个力）使物体转动效果的物理量。由于这两个力大小相等，方向相反，所以这一对力使物体的转动效果（力偶矩）等于两个力分别对平面上任意一点的力矩之代数和。因此，力偶矩的大小与矩心无关，事实上，在讨论力偶矩时，一般不涉及矩心。
判断题
（）1、力偶无合力，因此它是平衡力系。（）2、二力杆件所受力的方向沿着杆线。
（）3、二力杆件是指受到一对平衡力作用的直杆。
（）4、梁的一端为固定端约束，在该约束处的挠度等于零、但是转角不等于零。
（）5、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必然为0。
（√）6、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈大，能承受的弯矩愈大。
d） GPa
b） KPa
b）0.3
c） MPa
c）0.4
14. 钢材的泊松比约为
。
d）0.5
钢材主要力学性能：弹性模量200GPa。泊松比0.3，屈服强度150~600MPa，
铝材主要力学性能：弹性模量71GPa。泊松比0.33，屈服强度100~400MPa，学习时注意单位和数量级。泊松比通常小于0.5,橡胶的泊松比较大，通常在0.45 以上。正确理解和把握材料的拉伸曲线和应力应变曲线
a）增加 b）减小 c）不变 d）不确定
欧拉公式
E cr 2

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(I)_北京化工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

过程设备设计(I)_北京化工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在分析设计中,压力在圆筒壁厚中引起的平均应力和弯曲应力分别为一次整体薄膜应力和二次应力。

参考答案:正确2.如果承受以下载荷，不能应用无力矩理论：参考答案:气压_支座反力3.在非对称循环的交变应力作用下，平均应力增加将会使疲劳寿命 (上升/下降)。

参考答案:下降4.在气体作用下锥壳中周向应力和经向应力有以下特点：参考答案:与到锥顶的距离呈线性关系_锥顶处应力为零，离锥顶越远应力越大_周向应力是经向应力的两倍5.采用高强度钢可以显著提高筒体的稳定性。

参考答案:错误6.周向受均布外压的无限长圆筒发生屈曲时的临界压力和长度间的关系是：参考答案:无关7.球壳上开孔接管越大，应力集中系数参考答案:越大8.受横向压力载荷作用的圆平板，板中的弯曲应力沿着厚度的分布是：参考答案:线性9.所谓高温容器是指下列哪一种：参考答案:工作温度在材料蠕变温度以上10.内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：参考答案:高压容器11.厚壁圆筒全屈服压力指的是：参考答案:外壁面发生屈服时的压力12.实际壳体存在的形状缺陷使得壳体失稳临界压力参考答案:减小13.受内压p作用的厚壁圆筒，如果内加热，那么：参考答案:内壁应力得到改善14.一般高压容器的平盖制造用的钢材是：参考答案:锻件15.流体在密封口泄漏的途径有______泄露、界面泄露。

参考答案:渗透16.下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：参考答案:裂纹17.下列金属会产生低温变脆的是：参考答案:碳素钢18.设计厚度为______与______之和。

参考答案:计算厚度_腐蚀裕量19.下列有关圆筒设计的叙述，正确的是：参考答案:对单层厚壁圆筒常采用塑性失效设计准则或爆破失效设计准则设计。

20.下列有关压力容器设计技术参数的叙述，正确的是参考答案:设计压力不得低于最高工作压力。

最高工作压力不包括液柱静压力。

过程设备设计课后习题答案

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。

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 。

过程设备设计课后习题答案

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 。

过程设备设计试卷

过程设备设计试卷过程设备设计试卷目录单选题 (2)多选题 (22)判断题 (45)思考题 (56)单选题答案 (69)多选题答案 (72)判断题答案 (75)思考题参考答案 (80)单选题第1章压力容器导言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：（）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）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/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.合成塔第2章压力容器应力分析2.1热应力在厚壁圆筒中，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：（）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2.2圆平板应力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.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2.3稳定性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.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2.4厚壁圆筒下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（）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2.5不连续应力下列有关不连续应力的叙述，错误的为：（）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2.6局部载荷下列关于局部载荷说法正确的是：（）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2.7稳定性失稳外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个2.8薄壳应力下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：（）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2.9平板应力关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：（）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）的平方成正比第3章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1焊接方法在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是：（）A.熔焊B.压焊C.钎焊D.点焊3.2材料一般高压容器的平盖制造用的钢材是：（）A.钢板B.钢管C.锻件D.铸件3.3焊接接头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：（）A.过热区B.正火区C.融合区D.焊缝3.4压力容器焊接下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（）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3.5焊接接头下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：（）A.裂纹B.夹渣C.气孔D.未熔透3.6压力容器材料下列金属会产生低温变脆的是：（）A.铜B.碳素钢C.铝D.奥氏体不锈钢3.7压力容器检测磁粉检测属于：（）A.破坏性检验B.外观检查C.密封性检查D.无损检测3.8钢材化学成分下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（）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

过程设备设计第二版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2.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;3.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；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,且还应尽量选用带颈对焊法兰等;易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求;如Q235-A·F不得用于易燃介质容器；Q235-A不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝包括角焊缝均应采用全焊透结构等;4.压力容器安全技术监察规程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大小进行分类答：因为pV乘积值越大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高;5.压力容器安全技术监察规程与GB150的适用范围是否相同为什么6.答：不相同;压力容器安全技术监察规程的适用范围：错误!最高工作压力≥不含液体静压力；错误!内直径非圆形截面指其最大尺寸≥0.15m,且容积≥0.025m3；错误!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;GB150的适用范围：错误!≤p≤35MPa,真空度不低于；错误!按钢材允许的使用温度确定最高为700℃,最低为-196℃；错误!对介质不限；错误!弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;GB150是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据；压力容器安全技术监察规程是政府对压力容实施安全技术监督和管理的依据,属技术法规范畴;7.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同它们的适用范围是什么8.答：JB/T4735钢制焊接常压容器与GB150钢制压力容器属于常规设计标准；JB4732钢制压力容器—分析设计标准是分析设计标准;JB/T4735与GB150及JB4732没有相互覆盖范围,但GB150与JB4732相互覆盖范围较广;GB150的适用范围：错误!设计压力为≤p≤35MPa,真空度不低于；错误!设计温度为按钢材允许的使用温度确定最高为700℃,最低为-196℃；错误!对介质不限；错误!采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!采用最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;JB4732的适用范围：错误!设计压力为≤p<100MPa,真空度不低于；错误!设计温度为低于以钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度最高为475℃；错误!对介质不限；错误!采用塑性失效设计准则、失稳失效设计准则和疲劳失效设计准则,局部应力用极限分析和安定性分析结果来评定；错误!应力分析方法是弹性有限元法、塑性分析、弹性理论和板壳理论公式、实验应力分析；错误!采用切应力理论；错误!适用疲劳分析容器,有免除条件;JB/T4735的适用范围：错误!设计压力为≤p<；错误!设计温度为大于-20～350℃奥氏体高合金钢制容器和设计温度低于-20℃,但满足低温低应力工况,且调整后的设计温度高于-20℃的容器不受此限制；错误!不适用于盛装高度毒性或极度危害的介质的容器；错误!采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；错误!应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数；错误!采用最大应力理论；错误!不适用疲劳分析容器;2.压力容器应力分析思考题1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么答：几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称;2. 推导无力矩理论的基本方程时,在微元截取时,能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面为什么3.答：不能;如果采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面,这两截面与壳体的两表面相交后得到的两壳体表面间的距离大于实际壳体厚度,不是实际壳体厚度;建立的平衡方程的内力与这两截面正交,而不是与正交壳体两表面的平面正交,在该截面上存在正应力和剪应力,而不是只有正应力,使问题复杂化;4. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2的原因;答：a/b=2时,椭圆形封头中的最大压应力和最大拉应力相等,使椭圆形封头在同样壁厚的情况下承受的内压力最大,因此GB150称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头 5. 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;xe β-Rt6. 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：错误!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;错误!轴向应力为一常量,沿壁厚均匀分布,且为周向应力与径向应力和的一半,即2θσσσ+=r z ;错误!除σz 外,其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K 值有关;不能用增加壁厚来提高承载能力;因内壁周向应力σθ有最大值,其值为：1122max -+=K K p i θσ,随K 值增加,分子和分母值都增加,当径比大到一定程度后,用增加壁厚的方法降低壁中应力的效果不明显;7. 单层厚壁圆筒同时承受内压p i 与外压p o 用时,能否用压差o i p p p -=∆代入仅受内压或仅受外压的厚壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力为什么8.答：不能;从Lam è公式()()220200222202020220200222202020220200211i i i z i i i i i i i i i i i i r R R R p R p rR R R R p p R R R p R p r R R R R p p R R R p R p --=--+--=-----=σσσθ 可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力成正比,并不是与o i p p p -=∆成正比;而径向应力与周向应力的第二项与o i p p p -=∆成正比;因而不能用o i p p p -=∆表示;9. 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综合应力沿壁厚如何分布筒壁屈服发生在何处为什思考题7图么答：单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综合应力沿壁厚分布情况题图;内压内加热时,综合应力的最大值为周向应力,在外壁,为拉伸应力；轴向应力的最大值也在外壁,也是拉伸应力,比周向应力值小；径向应力的最大值在外壁,等于0;内压外加热,综合应力的最大值为周向应力,在内壁,为拉伸应力；轴向应力的最大值也在内壁,也是拉伸应力,比周向应力值小；径向应力的最大值在内壁,是压应力;筒壁屈服发生在：内压内加热时,在外壁；内压外加热时,在内壁;是因为在上述两种情况下的应力值最大;10. 为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程dr d r r r σσσθ=-,在弹塑性应力分析中同样适用11. 答：因平衡方程的建立与材料性质无关,只要弹性和弹塑性情况下的其它假定条件一致,建立的平衡方程完全相同;12. 一厚壁圆筒,两端封闭且能可靠地承受轴向力,试问轴向、环向、径向三应力之关系式2θσσσ+=r z ,对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段是否都成立,为什么13.答：对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段都成立; 在弹性阶段成立在教材中已经有推导过程,该式是成立的;由拉美公式可见,成立的原因是轴向、环向、径向三应力随内外压力变化,三个主应力方向始终不变,三个主应力的大小按同一比例变化,由式2θσσσ+=r z 可见,该式成立;对理想弹塑性材料,从弹性段进入塑性段,在保持加载的情况下,三个主应力方向保持不变,三个主应力的大小仍按同一比例变化,符合简单加载条件,根据塑性力学理论,可用全量理论求解,上式仍成立;14. 有两个厚壁圆筒,一个是单层,另一个是多层圆筒,二者径比K 和材料相同,试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同为什么15.答：从爆破压力计算公式看,理论上相同,但实际情况下一般不相同;爆破压力计算公式中没有考虑圆筒焊接的焊缝区材料性能下降的影响;单层圆筒在厚壁情况下,有较深的轴向焊缝和环向焊缝,这两焊缝的焊接热影响区的材料性能变劣,不易保证与母材一致,使承载能力下降;而多层圆筒,不管是采用层板包扎、还是绕板、绕带、热套等多层圆筒没有轴向深焊缝,而轴向深焊缝承受的是最大的周向应力,圆筒强度比单层有轴向深焊缝的圆筒要高,实际爆破时比单层圆筒的爆破压力要高;16. 预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么答：使圆筒内层材料在承受工作载荷前,预先受到压缩预应力作用,而外层材料处于拉伸状态;当圆筒承受工作压力时,筒壁内的应力分布按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成;内壁处的总应力有所下降,外壁处的总应力有所上升,均化沿筒壁厚度方向的应力分布;从而提高圆筒的初始屈服压力,更好地利用材料;17. 承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是什么其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么 18.答：承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是：错误!承受垂直于薄板中面的轴对称载荷；错误!板弯曲时其中面保持中性；错误!变形前位于中面法线上的各点,变形后仍位于弹性曲面的同一法线上,且法线上各点间的距离不变；错误!平行于中面的各层材料互不挤压;其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是：薄板内的应力分布是线性的弯曲应力,最大应力出现有板面,其值与()2t R p 成正比；而薄壁壳体内的应力分布是均匀分布,其值与()t R p 成正比;同样的()t R 情况下,按薄板和薄壳的定义,()()t R t R >>2,而薄板承受的压力p 就远小于薄壳承受的压力p 了; 19. 试比较承受均布载荷作用的圆形薄板,在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位置;答：错误!周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为：22max 43tpR =σ D pR w f '=644max 错误!周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为：()22max 833tpR μσ+= μμ++'=15644max D pR w s 错误!应力分布：周边简支的最大应力在板中心；周边固支的最大应力在板周边;两者的最大挠度位置均在圆形薄板的中心;错误!周边简支与周边固支的最大应力比值 ()()65.1233.0max max−−→−+==μμσσf r s r 周边简支与周边固支的最大挠度比值08.43.013.05153.0max max =++−−→−++==μμμf s w w其结果绘于下图20.试述承受均布外压的回转壳破坏的形式,并与承受均布内压的回转壳相比有何异同答：承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳,当壳体壁厚较大时也有可能出现强度失效；承受均布内压的回转壳的破坏形式主要是强度失效,某些回转壳体,如椭圆形壳体和碟形壳体,在其深度较小,出现在赤道上有较大压应力时,也会出现失稳失效;21.试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度材料是否正确,为什么22.答：影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松比、长度、直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷;提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度材料不正确,因为高强度材料的弹性模量与低强度材料的弹性模量相差较小,而价格相差往往较大,从经济角度不合适;但高强度材料的弹性模量比低强度材料的弹性模量还量要高一些,不计成本的话,是可以提高圆柱壳弹性失稳的临界压力的;23.求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法答：有：应力集中系数法、数值解法、实验测试法、经验公式法;24.圆柱壳除受到压力作用外,还有哪些从附件传递过来的外加载荷答：还有通过接管或附件传递过来的局部载荷,如设备自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等;25.组合载荷作用下,壳体上局部应力的求解的基本思路是什么试举例说明;答：组合载荷作用下,壳体上局部应力的求解的基本思路是：在弹性变形的前提下,壳体上局部应力的总应力为组合载荷的各分载荷引起的各应力分量的分别叠加,得到总应力分量;如同时承受内压和温度变化的厚壁圆筒内的综合应力计算;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2.解：错误!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： δσσθφz p R R -=+21 φσππφsin 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/2tpR pr t pRk 2sin 2===φδσσφθ 错误!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;3. 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4.解：错误!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 bt pa 15002501022222=⨯⨯⨯===θθσσ 错误!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;5. 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=,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;解：错误!球壳的气态氨部分壳体内应力分布：R 1=R 2=R,p z =-p MPa t pR t pR pr t pR k 100202100004.022sin 2=⨯⨯===⇒===+θφφθφσσφδσσσ 错误!支承以上部分,任一φ角处的应力：R 1=R 2=R,p z =-p+ ρg Rcosφ0-cos φ,r=Rsin φ,dr=Rcos φd φ7.0cos 105110710sin 0220==-=φφ由区域平衡方程和拉普拉斯方程：()[]()()()()()()()()()()()()()()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=--+=-=+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=-+-+=-+-+=-+=-+=⎰⎰⎰033022002220003302200222203322022003330220223002cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos cos cos cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin sin 3cos cos sin 2sin sin cos cos cos 32sin sin cos sin cos 2cos 2cos cos 2sin 2000φφφφφρφφφρφφσρφφσσσφφφφφρφφφφφφρφφφφρσφφρπφφφρπφφφρπφρπρφφπφσπφθφθφφφφg R p t R R tg R p R tg R p tR p g R p t R t g R t g R p R g R g R p R d g R rdr g R p rdr g R p t R zr r rr φ0h()()()(){()()()(){}()(){}[]MPa g R p t R 042.12cos 1.2sin 2.22sin 50.343cos 2.151.0sin 22.2sin 50.343cos 2092851.0sin 221974.4sin 5007.0cos 3151.0sin 35.081.94060151.0sin 102.0sin 02.010cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 32232232233226203302200222-+=-⨯+-⨯≈-⨯+-⨯=⎭⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=φφφφφφφφφφφφφφφφφφρφφφσφ ()()()()[]MPa g R p t R R tg R p 042.12cos 1.2sin 2.22sin 5cos 392.31974.221cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos 322033022002220-+-⨯-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=φφφφφφφφφρφφφρφφσθ 错误!支承以下部分,任一φ角处的应力 φ>120° ：R 1=R 2=R,p z =-p+ ρg Rcos φ0-cos φ,r=Rsin φ,dr=Rcos φd φ()[]()()()[]()()()()[]()()()()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+---+=--+=-=+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-+-+==--+-+-+=--+-+=--+-+=⎰⎰⎰R h h R t gg R p t R R tg R p R tg R p tRp R h h R t gg R p t R R h h R t gt g R t g R p R t R V h R h R g g R g R p R h R h R gd g R rdr g R p gh R h g R rdr g R p V zr r r r 34sin 6cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin cos cos cos cos 34sin 6cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 34sin 6sin 3cos cos sin 2sin sin cos sin 2343cos cos 32sin sin cos 343sin cos 2cos 233134cos cos 2222033022002220022203302200222222203322022022303330220223230230000φρφφφφφρφφφρφφσρφφσσσφρφφφφφρφφφφρφφφρφφφφρσφσππρφφρπφφφρππρφφφρπφρπρπρπρφφπφθφθφφφφ()()()(){()()()(){}()(){}[]()()()()()()(){}()[][]MPa g R p t R R h h R t gR t g R p MPa R h h R t g g R p t R 14.8cos 1.2sin 2.22sin 5cos 31.392-221.97414.8cos 1.2sin 2.22sin 5cos 7.0392.31200sin 19.6566240.343cos 2.151.0sin 22.2sin 5cos 7.0392.31200cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 34sin 6cos cos 14.8cos 1.2sin 2.22sin 5 3.90.343cos 2.151.0sin 22.2sin 539313.2480.343cos 2092851.0sin 221974.4sin 500sin 196566247.0cos 3151.0sin 35.081.94060151.0sin 102.0sin 02.01034sin 6cos cos 31sin sin 2cos sin sin 2sin 3223222322033022002222220322322322233226222203302200222-⨯+⨯-⨯=-⨯+⨯--⨯+=--⨯+-⨯--⨯+=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+--⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛----+=-⨯+⨯=+-⨯+-⨯≈+-⨯+-⨯=+⎭⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=φφφφφφφφφφφφφφφφφφρφφφφρρφφσφφφφφφφφφφφφφφφρφφφφφρφφφσθφ 6. 有一锥形底的圆筒形密闭容器,如图所示,试用无力矩理论求出锥形底壳中的最大薄膜应力σθ与σφ的值及相应位置;已知圆筒形容器中面半径R,厚度t ；锥形底的半锥角α,厚度t,内装有密度为ρ的液体,液面高度为H,液面上承受气体压力p c ;解：圆锥壳体：R 1=∞,R 2=r/cos αα半锥顶角,p z =-p c +ρgH+x,φ=π/2-α,αxtg R r -=()()()()()()ααρααραρρσασπρπρπφφcos 23cos 231cos 232222222222t xtg R g tg x xRtg R x g H p R rt gRr r R x g H p R t r g Rr r R x g H p R F c c c -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++=++++==++++=()[]()()()[]{}()αρααρρασσσααρσρααασαραρασααρσσσθφθθθθθθφcos 2210cos 2210cos 1cos max2221t g tg p Htg R g g p H tg R H p 。

过程设备设计课后习题答案

过程设备设计课后习题答案习题 1. 一内压容器，设计压力为，设计温度为50℃；圆筒内径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≤/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=，Di=1000mm，φ=，C2=×20=2mm；钢板为~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=；钢板为6~16mm 时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=。

材料为Q235-A 时：??pDt2?????p?n???C1?C2???2? 取?n?14mm材料为16MnR 时：??1000??113????pDt2?????p?n ???C1?C2???2?取?n?10mm??1000??170??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MPa；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=，装量系数为。

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；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。

1p=pc=×解：○=，Di=2600mm，C2=2mm，φ=，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=。

容积V??4Di2L??43??8?,pV????m3 2中压储存容器，储存易燃介质，且pV=·m>10MPa·m，属三类压力容器。

○3圆筒的厚度○33??pDt2?????p?n???C1?C2???2? 取?n?18mm标准椭圆形封头的厚度??2600??170?1???pDt2??????n?? ?C1?C2???2?取?n?18mm??2600??170?1?? 4水压试验压力○pT???? 应力校核pT?Di??e???2600?18??3. ?T?????s???345 ??e2??18??3.今欲设计一台乙烯精馏塔。

过程装备控制技术课后习题及参考答案

过程装备控制技术课后习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。

主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：自动控制系统主要有被控对象,测量元件和变送器，调节器，执行器等环节组成。

自动控制系统常用的术语有：被控变量y；给定值y s；测量值y m；操纵变量m；干扰f；偏差信号（e）；控制信号u3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。

4.在自动控制系统中，什么是干扰作用？什么是控制作用？两者有什么关系？答：干扰作用是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用；控制作用是通过对被控变量的测量得到测量值，使其与给定值比较，得出偏差信号。

这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。

两者关系是控制作用的一部分职能就是减小或消除干扰对被控变量的影响。

5.什么是闭环控制？什么是开环控制？定值控制系统为什么必须是一个闭环负反馈系统？答：闭环控制是控制系统的输出信号的改变回返回影响操纵变量的控制方式。

开环控制是控制系统的输出信号不会影响操纵变量的控制方式。

过程设备设计课后习题答案解析

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。

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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1.4 过程设备过程设备在生产技术领域中应用十分广泛，是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必须的关键设备。

下列属于过程设备在实际生产中应用的是：（）A . 加氢反应器B . 超高压食品杀菌釜C . 核反应堆D .压缩机1.5压力容器分类凡属于下列情况之一者为一类压力容器（）；凡属于下列情况之一者为二类压力容器（）；凡属于下列情况之一者为三类压力容器（）；A .压力0.1MPa≤p＜1.6MPa 的容器；B .压力 0.1MPa＜p≤1.6MPa的容器；C .压力 1.6MPa＜p≤10.0MPa的容器；D .压力1.6MPa≤p＜10.0MPa 的容器；E .高压容器；F .极度毒性和高度危险介质的中压容器；G .极度毒性和高度危险介质的低压容器；H .真空容器。

1.6压力容器分类下列关于压力容器的分类错误的是：（）A .内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。

B .低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。

C .真空容器属低压容器。

D .高压容器都是第三类压力容器。

1.7无力矩理论下列哪些是无力矩理论的应用条件：（）A .壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变；B.构成壳体的材料的物理性能相同；C.壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩的作用；D.壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与饶度。

1.8《压力容器安全技术监察规程》《压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备下类条件的压力容器：（）A .最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（含液体静压力）；B .最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；C .内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（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。

1.9设计标准下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有：（）A .当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为0.1MPa≤P≤35MPa .B .GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计准则。

C .GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强度理论。

D .需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用GB150.E .GB150的技术内容与ASME VIII—1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路与ASME VIII—2相同，为分析设计标准。

F .GB150中规定钢材许用应力时，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别为1.6与3.0。

1.10力容器分类下列属于第三类压力容器的是：（）A.中压搪玻璃压力容器.B.中压容器C.球形储罐D.低温液体储存容器（容积大于5m3）E.移动式压力容器.F.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）1.11安全附件下列哪些是压力容器的安全附件：（）A.爆破片装置B.压力表C.人孔D.测温仪1.12压力容器分类按承载方式分类，压力容器可分为：（）A. 内压容器B. 外压容器C. 反应压力容器D. 真空容器1.13压力容器分类下列压力容器分类正确的是：（）A. 蒸压釜属于反应压力容器B. 蒸发器属于分离压力容器C. 干燥塔属于分离压力容器D. 冷凝器属于换热压力容器1.1 AD1.2 BCDE1.3 ABCD1.4 ABC1.5 A；DG；EF1.6 AC1.7 ABCD1.8 BCD1.9 CEF1.10 ADE1.11 ABD1.12 AB1.13 CD判断题1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。

1.5 压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150.1.6 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。

1.7 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。

1.8 16MnR的含碳量约为0.016%.1.9 毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPa•m3的低压容器属于第三类压力容器。

1.10 所有毒性为高度危险的容器都属于第三类压力容器。

1.11 压力容器在生产工艺过程中的作用可分为：反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。

其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。

1.12 某化工容器严格按照国际最新标准生产制造出来，当然它是满足企业的标准的。

1.13 所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。

1.14 易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全焊透结构。

1.15 在过程装备设计中，为充分利用材料的强度，节省材料，减轻重量，应采用等强度设计。

1.16 Q235-B钢板可以用来制造毒性程度为高度危害介质的压力容器。

1.17 Q235－A钢板可以用来制造压力容器。

1.18 过程设备各零件的强度并不相同，整体强度往往取决于强度最弱的零部件的强度。

判断题1.1 F 判断题1.2 F判断题1.3 F判断题1.4 F判断题1.5 F判断题1.6 T 判断题1.7 F 判断题1.8 F判断题1.9 T判断题1.10 F判断题1.11F 判断题1.12 F判断题1.13 T判断题1.14 T判断题1.15 T判断题1.16 F 判断题1.17 F判断题1.18 T思考题1.1 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？1.2 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？1.3 《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？1.4 《容规》与GB150的适用范围是否相同？为什么？1.5 GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？1.6 过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？1.7 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？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。