化工设备机械基础PowerPointPresenta
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化工设备机械基础课件
安全性 足够的强度 足够的刚度(或稳定性) 可靠的密封性能 一定的使用寿命
2.2 基本要求
经济性 经济可靠的材料 经济的制造方法 低的操作和维护费用 长周期的安全运行
安、稳、长、满、优 原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济
20
2.压力容器设计
14
1.概述
1.3 压力容器的安全特征
危害性大
a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰ ，而且 这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即 118起是各种制造裂纹所引起。
18
2.压力容器设计
定
2.1 质量保证体系
义
确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退 出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有 计划、系统的措施。 内 容
材料—设计—制造与制造过程中的检验—在役 检验与监控。
19
2.压力容器设计
5
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
6
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮
2.2 基本要求
按规则设计 - GB150《钢制压力容器》 基于经济方法的设计，其典型过程是确定 设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对 材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚 度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造 检验要求进行制造。
2.2 基本要求
经济性 经济可靠的材料 经济的制造方法 低的操作和维护费用 长周期的安全运行
安、稳、长、满、优 原则：充分保证安全的前提下尽可能做到经济
20
2.压力容器设计
14
1.概述
1.3 压力容器的安全特征
危害性大
a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率＝发生事故数/（设备台数×运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32‰ ，而且 这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即 118起是各种制造裂纹所引起。
18
2.压力容器设计
定
2.1 质量保证体系
义
确保容器从设计、选材、制造、投入运行到退 出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有 计划、系统的措施。 内 容
材料—设计—制造与制造过程中的检验—在役 检验与监控。
19
2.压力容器设计
5
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
6
1.概述
1.2 压力容器的特点
应用的广泛性
锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 核反应堆 = 圆筒安全壳 + 核反应零部件 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 透平机、泵 = 蜗壳 + 叶轮
2.2 基本要求
按规则设计 - GB150《钢制压力容器》 基于经济方法的设计，其典型过程是确定 设计载荷，选用设计公式、曲线或图表，并对 材料取一个安全应力，最终给出容器的基本厚 度，然后根据规范许可的构造细则及有关制造 检验要求进行制造。
化工机械基础PPT课件
D
2240 2500
B
9000 10000
E
称长度，它主
2800 Z
C
要用于带传动 630 的几何尺寸计 710
800
算，其长度系
A
3150 3550
11200 12500 14000 D
列见表3－2。
16000
•14
2、带传动的特点：
1、由于带具有弹性与挠性，故可缓和冲击与振动，运转 平稳，噪音小。
❖ 掌握一种最简单的带传动的设计，包括选取型 号及根数，带轮中心距，带长、大小带轮直径等。
•8
第一节 概述
9
（一）带传动的工作过程：
带传动是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形 传动带3所组成（图3－2）。由于张紧，静止时带已受 到预拉力，并使带与带轮的接触面间产生压力。当主动 轮回转时靠带与带轮接触面间的摩擦力带动从动轮回转。 观看带传动动画
带与带轮接触面间的极限摩擦力时，带就会沿着轮
面发生全面滑动，这种现象称为打滑。打滑将使传
动失效。 •21
注：
弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。 打滑是由过载引起的带在带轮上的全面滑动， 造成传动失效，应当避免。 弹性滑动是由带的拉力差引起的，只要传递圆 周力，必然会发生弹性滑动，它是不可避免的。
再由式（3－15）计算实际中心距，得：
•42
(6)小带轮包角a1
由式（3－16）得：
•18
传送带主、从动边的拉力差（F1－F2）称为有效 拉力。有效拉力就是传动带所传递的有效圆周力 Fe。它等于带轮作用在带上的总摩擦力Ff，即：
F1－F2＝Fe=Ff ----------（3-4）
带传动所能传递的功率P为： kW ----------（3-5）
化工设备机械基础-PPT
第四节 化工设备的腐蚀及防腐
一、金属的腐蚀
定义： 金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏现象。 类型（腐蚀过程有无电流产生） 化学腐蚀（如氢腐蚀） 电化学腐蚀（如晶间腐蚀，应力腐蚀）
二、常见腐蚀类型
氢腐蚀 氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是 在高温高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料 的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏，这种现 象常称为“氢腐蚀”。
持久强度σD
蠕变强度σn
屈服强度σs(σ0.2)
抗拉强度σb
疲劳极限σn
问题
判断正误并说出理由 韧性高的材料，塑性好；塑性较高的材料，韧性也好。
注意！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。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载菏下能够缓慢塑性变形的材料．在动载荷下不一定能迅速塑性变形。
2、钢的分类
钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000）
钢板 牌号
使用温度℃
设计压力MPa
壳体钢板厚度mm
其它限制
Q235-B
0~350
≤1.6
≤20
不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器
Q235-C
0~400
≤2.5
≤30
表1-2 压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表
耐腐蚀性 抗氧化性
化学性能
第三节 金属材料的分类及牌号
一、分类
1、金属的分类
铸造生铁
金属
黑色金属
有色金属
生铁
钢
炼钢生铁
化工设备机械基础幻灯片
三、直杆受拉伸（压）时的内力
1、轴力——直杆受拉伸（压）时 产生的内力。用符号S表示。 符号规定：拉为正；压为负。
2、轴力的计算 1-1截面：
截面法： （1）假想将杆截开 （2）取其中一半为研究对象画受 力图（设正） （3）列平衡方程求解内力。
S1=p-Q=100-200 =-100N 2-2截面： S2=-Q=-200N
（4）力的成对性（作用反作用 公理）
二物体间的相互作用力大小 相等、方向相反、作用于同一直 线上。
（5）二力平衡公理与作用反作 用公理的区别：
相同点：二力等值、反向、共线 不同点： 二力平衡公理中的二力作用在同 一物体上。 作用反作用公理中的二力分别作 用在两个物体上。 P24: 1-1
三、固定端约束的受力分析
例题：求塔机座对塔的约束反力
∑X=0 qh-XA=0 XA =qh ∑Y=0 YA-W=0 YA= W ∑M0(F)=0 qh.h/2-mA=0 mA= qh2/2
§1-6静力学问题求解方法小结
一、如何确定研究对象 在所选定的研究对象中应既 包括已知外力、又包括待求外力。 使未知力数目尽量少。一般情况 下可优先考虑整个构件作为选取 的研究对象之一
待定；作用线过 销钉中心。
画出指定物体的受力图
小结：刚体的受力分析要领
1、研究对象：单个零件、几个零 件，整个构件。当取几个零件或整 个构件为研究对象时，各零件之间 相互作用的力是内力，不能表示在 受力图上 2、画受力图，不是施力图。 3、除重力、电磁力外，只有直接与 研究对象接触的物体才有力的作用。
化工设备机械基础-PowerPointPresenta
布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使 用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材 料) 、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适合于测 定极薄试样的硬度) ，显微硬度。
小结
材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、 硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位， 但使用时要考虑温度的变化。
T
ss
T
ss
图1-2 应力腐蚀的裂纹扩展
三、金属腐蚀的破坏形式
1. 均匀腐蚀
2. 非均匀腐蚀 区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀
第五节 化工设备材料的选择
一、选材的一般原则 1. 遵循标准 2. 根据钢材的选用范围 3. 经济性
4. 综合考虑：压力、温度和介质
二、选材实例分析 选择浓硫酸贮罐材料
作业
一、2题A组前4题 3题选择材料，1，3 二、判断题和填空题
奥氏体不锈钢晶粒——阴极 晶粒边界析出的碳化铬 贫铬区——阳极 晶粒边界
图1-1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀
二、常见腐蚀类型
3. 应力腐蚀
金属在腐蚀介质 和拉应力的共同 作用下产生的一 种破坏形式。腐 蚀与拉应力起互 相促进的作用。
腐蚀性介质
原始裂纹 保护膜
应力方向 金属本身
裂纹尖端 裂纹将扩展的区域
金属在拉伸条件下， 从开始加载到发生 断裂所能承受的最 大应力值，叫作抗 拉强度。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，在 一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
小结
材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、 硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位， 但使用时要考虑温度的变化。
T
ss
T
ss
图1-2 应力腐蚀的裂纹扩展
三、金属腐蚀的破坏形式
1. 均匀腐蚀
2. 非均匀腐蚀 区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀
第五节 化工设备材料的选择
一、选材的一般原则 1. 遵循标准 2. 根据钢材的选用范围 3. 经济性
4. 综合考虑：压力、温度和介质
二、选材实例分析 选择浓硫酸贮罐材料
作业
一、2题A组前4题 3题选择材料，1，3 二、判断题和填空题
奥氏体不锈钢晶粒——阴极 晶粒边界析出的碳化铬 贫铬区——阳极 晶粒边界
图1-1 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀
二、常见腐蚀类型
3. 应力腐蚀
金属在腐蚀介质 和拉应力的共同 作用下产生的一 种破坏形式。腐 蚀与拉应力起互 相促进的作用。
腐蚀性介质
原始裂纹 保护膜
应力方向 金属本身
裂纹尖端 裂纹将扩展的区域
金属在拉伸条件下， 从开始加载到发生 断裂所能承受的最 大应力值，叫作抗 拉强度。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，在 一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
化工设备机械基础 ppt课件
ppt课件
15
NAZ
NAy
NBZ
NBy
解：
M
X
0
(T1 t1 )r1 (T2 t2 )r2 0
得： T2
t2 2KN
∵
T2 2t2
T2 4KN
t2 2KN
M
Z
0
[(T1 t1 ) 500 (T2 t2 )sin 301500)] NBY 2000 0
T1 T2
ppt课件
2 P 2
13
以B节点为研究对象 ，受力如图 同理可得
T3 T4 2 P 2
以C节点为研究对象 ，受力如图
T5 T1 cos 45 T4' cos 45 0
T5 P
′
ppt课件
14
1-16 图1-48所示水平传动轴上装有两个皮带轮C和 D,半径分别为r1=200mm和r2=250mm，C轮上皮 带是水平的，两边张力为T1=2t1=5KN，D轮上皮 带与铅直线夹角 ，两张力为T2=2t2。当传 30 动轴均匀传动时，试求皮带张力 T2、t2和轴承A、B 的反力。
ppt课件
X 0
FAX－FFEsin45°=0
2 KN FAX= 3
ppt课件
12
1-14 求图1-46所示桁架中各杆所受的力
解：以节点A为研究对象，受力如图
X 0
P T1 sin 45 T2 sin 45 0
T1 cos 45 T2 cos 45 0
得
Y 0
XA=-6.11kN
∑Y=0, YA+SB′×sin45°－2G=0 , YA=2.89kN
ppt课件
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内压容器
外压容器的失稳
液位计
管口
人孔
封头
支座
筒体
（三）实践篇——典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）
换热器
塔设备
搅拌器
第一篇 化工设备材料
第一章 化工设备材料及其选择
第一节 概述
一、化工设备选材的重要性和复杂性 1.操作条件的限制 2.制造条件的限制 3.材料自身性能的限制 二、选材要遵循
适用、安全和经济的原则
金属在拉伸条件下， 从开始加载到发生 断裂所能承受的最 大应力值，叫作抗 拉强度。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，在 一定的应力下，抵 抗发生缓慢塑性变 形的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
材料在高温下，抵抗 发生断裂的能力。
疲劳极限σn
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
材料在交变载荷作用下， 会在远低于材料本身的屈 服点时就已经断裂了，这 种现象就是疲劳。我们把 经过106~108次循环试验 而不发生断裂的最大应力， 作为疲劳强度。
疲劳极限σn
常温拉应力下20号钢的拉抻试验
l0=10d0 l0= 5d0 或
开始出现塑性变形时的应
力，称为“屈服点”ss
从开始加载到发生断裂所 能达到的最大应力值，叫
做抗拉强度。sb
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD 疲劳极限σn
第二节 材料的性能
一、力学性能 材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力
所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用 下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。
1、强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变 形和断裂的特性。
屈服强度σs(σ0.2) 抗拉强度σb 蠕变强度σn 持久强度σD
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 象就称为屈服。
化工设备机械基础
压力容器的常规设计方法
内压、外压（中、低压）
几类常用化工设备
换热设备、塔设备、搅拌设备
参考书目
《化工容器及设备》，余国琮主编，北京：化学工业出 版社，1980
《化工容器设计》，化工设备设计全书编委员会，上海： 上海科学技术出版社，1987
《过程设备设计》，郑津洋等主编，北京：化学工业出 版社，2005
性变形的应力也越 。对同一种材料，弹性模数E随温
度的升高而
。
3、泊桑比
泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸 长之比，以μ表示。对于各种钢材它近乎为一个常数， 即μ＝0.3。
=
其中 b b1 b
b
b
l l1 l
l
l
三、化学性能
1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液 侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。 2、抗氧化性 在现代工业生产中的许多高温化工设备，在高温工作 条件下，不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气 体介质如水蒸气，CO2、SO2等的氧化腐蚀作用，因此 锅炉给水中的含氧量和其他介质中的硫及其他杂质的 含量对钢的氧化是有一定影响的。
承受动载荷时抗裂纹的能力—— 冲击韧性
（1）冲击韧度
图1-1冲击试样的安放 1-摆锤 2-试样 3-机座
图1-2 冲击试验原理 1-摆锤 2-试样
冲击功Ak GH1 GH2，而冲击韧度k Ak / F（F为面积）
问题
判断正误并说出理由
韧性高的材料，塑性好；塑性较高 的材料，韧性也好。
注意！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。韧性高的材料，一般 都有较高的塑性指标；但塑性较高 的材料，却不一定都有高的韧性。 其所以如此，就是因为静载菏下能 够缓慢塑性变形的材料．在动载荷 下不一定能迅速塑性变形。
二、物理性能
相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、 弹性模数与泊桑比等。
1、线膨胀系数α
1 l
l t
2、弹性模量E
材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ＝Eε，这个 比例系数E称为弹性模量，表示金属材料在弹性变形阶段 的应力和应变关系。
对不同材料，材料的弹性模量越大．使它产生一定量的弹
GB150-98《钢制压力容器》，北京：学苑出版社，1998 GB151-99《钢制管壳式换热器》，北京：学苑出版社，
1999
绪论
一、问题的提出
（一）设备是工艺的基础 （二）材料是设备的基础
二、课程内容
（一）基础篇——材料
材料的性能
常用三类钢
碳钢
合金钢
特殊性能钢
（二）理论篇——中低压容器设计（内压和外压）
2、塑性： 金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的 能力。
主要有两个塑性指标：
延伸率δ
lK 100% lK l0 100%
l0
l0
断面收缩率Ψ
FK 100% FK F0 100%
F0
F0
3、韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量 的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。
承受静载荷抗裂纹扩展的能力—— 缺口敏感性
（2）缺口敏感性
指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件 下，抵抗裂纹扩展的能力。
10
55
10
8
R1
2
(a) U型缺口
55
10
8
R0.25 45°
(a) V型缺口
图1-3 冲击试验的标准试样
10
4、硬度： 金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的能力。
表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性介质 硝酸 Nhomakorabea硫酸
盐酸 氢氧化钠 硫酸铵 硫化氢 尿素
氨
材料
(%) (℃) (%) (℃) (%) (℃) (%) (℃) (%) (℃) (%) (℃) (%) (℃) (%) (℃)
布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使 用) 、 洛氏硬度HR (可以用于硬度很高的材 料) 、 维氏硬度HV ( 比洛氏硬度更适合于测 定极薄试样的硬度) ，显微硬度。
小结
材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、 硬度四个指标中，强度和塑性占主导地位， 但使用时要考虑温度的变化。
T
ss
T
ss