化工设备机械基础PPT课件
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《化工设备机械基础》课件
新型材料
高分子合成材料
如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等，具有优良的耐腐 蚀性和绝缘性，适用于制 造管道和储罐等。
纳米材料
具有优异的力学性能和耐 腐蚀性，可用于制造高效 能换热器和催化剂载体等 。
智能材料
如形状记忆合金和光纤传 感器等，具有自适应和自 诊断功能，可用于化工设 备的监测和维护。
03
CATALOGUE
气密封
利用气体在密封腔内的压力差，使气体被密封在腔室内，以达到密封的目的。原理是利用 气体在密封腔内的压力差和密封元件的配合，使气体被密封在腔室内。
密封材料的选择
耐腐蚀材料
对于腐蚀性较强的介质，应选择耐腐蚀性能 较好的材料，如不锈钢、钛合金等。
耐磨材料
对于磨损较大的介质，应选择耐磨性能较好 的材料，如碳化硅、碳石墨等。
详细描述
腐蚀的原理是金属原子与环境中的原子发生交换或结合，导致金属表面的原子被氧化或还原。腐蚀速率受多种因 素影响，如环境湿度、温度、酸碱度、氧气浓度、盐分等。此外，金属的种类、合金成分、表面状态、机械性能 等也会影响腐蚀速率。
防腐蚀的方法与措施
总结词
防腐蚀的方法包括材料选择、表面处理、涂层保护等，目的是减缓或阻止腐蚀的发生。
化工设备的腐蚀与防护
腐蚀的定义及分类
总结词
腐蚀是一种常见的化学反应，会导致材料损失和设备损坏。
详细描述
腐蚀是指金属与环境之间的化学或电化学反应，导致金属损 失和性能下降。根据腐蚀机理和环境条件的不同，腐蚀可以 分为多种类型，如化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等。
腐蚀的原理及影响因素
总结词
腐蚀的原理涉及到金属与环境之间的相互作用，影响因素包括环境因素和金属性质。
设备安装精度控制
化工设备机械基础课件
32
1.2.2 物理性能
——密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率， 磁导率，弹性模量，泊桑比等。
化工设备设计与制造主要考虑的物理性能：
Fk 断裂后试件的最小截面积。
如：纯铁的延伸率为50%，
20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。
23
（3）冷弯性能---是钢材塑性指标和冶 金质量的综合指标。
室温下对试板以一定的内半径（R=0.5～ 3板厚）进行弯曲，是否出现裂纹或起层。在试 样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前,金属材料 的变形越大,塑性越好
26
常用硬度指标：
布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 维氏硬度（HV)等。
硬度和强度间有一定关系：
如：低碳钢sb≈36HBS;
27
4. 冲击韧性及指标（Ak）
材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅 速塑性变形，抵抗断裂的能力。
28
冲击韧性值的试验确定
摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功（试件 所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳
9
学时：４８学时 期末成绩：平时1０％，期中３０％，期
末６０％。
10
第一篇 化工设备材料
第一章 化工设备材料及其选择
1.1 概述 1）.化工设备的使用环境： 压力：真空—低压—中压— 高压—超高
压 温度：低温—中温—高温 介质：腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。
11
1.2 金属材料的性能
！吸收功的高低取决于 ——材料能否迅速塑性变形的能
29
冲击韧性: σK=AK/F(J/cm2)
30
材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之， 材料塑性高，其冲击韧性不一定高。
1.2.2 物理性能
——密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率， 磁导率，弹性模量，泊桑比等。
化工设备设计与制造主要考虑的物理性能：
Fk 断裂后试件的最小截面积。
如：纯铁的延伸率为50%，
20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。
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（3）冷弯性能---是钢材塑性指标和冶 金质量的综合指标。
室温下对试板以一定的内半径（R=0.5～ 3板厚）进行弯曲，是否出现裂纹或起层。在试 样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前,金属材料 的变形越大,塑性越好
26
常用硬度指标：
布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 维氏硬度（HV)等。
硬度和强度间有一定关系：
如：低碳钢sb≈36HBS;
27
4. 冲击韧性及指标（Ak）
材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅 速塑性变形，抵抗断裂的能力。
28
冲击韧性值的试验确定
摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功（试件 所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳
9
学时：４８学时 期末成绩：平时1０％，期中３０％，期
末６０％。
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第一篇 化工设备材料
第一章 化工设备材料及其选择
1.1 概述 1）.化工设备的使用环境： 压力：真空—低压—中压— 高压—超高
压 温度：低温—中温—高温 介质：腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。
11
1.2 金属材料的性能
！吸收功的高低取决于 ——材料能否迅速塑性变形的能
29
冲击韧性: σK=AK/F(J/cm2)
30
材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之， 材料塑性高，其冲击韧性不一定高。
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。
化工设备机械基础培训讲座ppt(共80页)
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。 3、材料自身性能的限制
2019/8/9
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。
化工设备机械基础
Fundamental Chemical Process Equipment
主讲：谭志伟
2008年 春
2019/8/9
绪论化工Biblioteka 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 产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工 机械装备密切相关，化工机械是化工生产得以 进行的外部条件，所以先进的化工机械，一方 面为化学工艺服务，另一方面又促进化学工艺 过程的发展。
s
Ps F0
试件还在继续伸长的最小载荷，N 试件的原始横截面积，m2
2019/8/9
1.2 材料的性能
无明显屈服点的材料，工程中规定发生0.2％残余伸
长时的应力，作为“条件屈服点” 。
0.2
P0 .2 F0
（2）抗拉强度（ σb ） 金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所
能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。
1.2 材料的性能
（1）屈服点（σs）
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”。发生屈服现象时的应力．即
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。 3、材料自身性能的限制
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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。
化工设备机械基础
Fundamental Chemical Process Equipment
主讲：谭志伟
2008年 春
2019/8/9
绪论化工Biblioteka 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 产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工 机械装备密切相关，化工机械是化工生产得以 进行的外部条件，所以先进的化工机械，一方 面为化学工艺服务，另一方面又促进化学工艺 过程的发展。
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Ps F0
试件还在继续伸长的最小载荷，N 试件的原始横截面积，m2
2019/8/9
1.2 材料的性能
无明显屈服点的材料，工程中规定发生0.2％残余伸
长时的应力，作为“条件屈服点” 。
0.2
P0 .2 F0
（2）抗拉强度（ σb ） 金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所
能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。
1.2 材料的性能
（1）屈服点（σs）
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”。发生屈服现象时的应力．即
化工设备基础知识培训完整ppt课件
启动拉袋按钮，进行拉袋操作，拉袋次数可根据实际情况控制；
拉袋结束后，必要时可以进行洗袋操作，或重复以上步骤，使离心机 进入下一工作循环。若不需要离心机继续工作，按下停止按钮，使液 压站油泵停止工作，关闭控制箱电源；
ppt精选版
22
离心机安全操作规程
日常维护主要内容
操作必须严格遵守操作规程：
离心机必须由专人专管操作保养，在使用6个月后必须进行全面保养一 次；
开车前的准备工作 操作人员接到开启反应釜搅拌系统指示后，必须穿戴好安全防护用品， 认真检查管线、阀门确保工艺正确； 检查视镜孔，确认容器内物料液位符合要求； 确认人孔、手孔、法兰口安装完好，密封垫压紧不外斜； 检查压力表、温度表、液位计、启动阀、DCS自控设备等仪器、仪表显 示正确； 各部位连接件紧固到位，无松动； 搅拌减速机内润滑油油位、油质正常； 盘动搅拌减速机无卡涩、抱死显现；
冬季泵使用后短期不开车的情况下，要放空泵内液体，做好设备防冻 防凝工作；
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15
离心泵的安全操作规程
日常维护主要内容
操作必须严格遵守操作规程；
定期检查离心泵各部位紧固件是否松动，发现异常情况应立即停车检 查，待排除后方能继续开车；
每班检查离心泵油箱游标液面，应保持在游标1/2~2/3刻度之间，润滑 油应定期更换，第一次换油不超过一个月，以后三个月更换一次，油 品使用46#机械油；
Page 9
ppt精选版
9
一、化工设备基础认识
1.3 化工设备的分类
⑴化工动设备： 指主要作用部件为运动的机械，如各种粉碎
机，过滤机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋 转干燥机以及流体输送机械等，又称“动设备”。
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拉袋结束后，必要时可以进行洗袋操作，或重复以上步骤，使离心机 进入下一工作循环。若不需要离心机继续工作，按下停止按钮，使液 压站油泵停止工作，关闭控制箱电源；
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22
离心机安全操作规程
日常维护主要内容
操作必须严格遵守操作规程：
离心机必须由专人专管操作保养，在使用6个月后必须进行全面保养一 次；
开车前的准备工作 操作人员接到开启反应釜搅拌系统指示后，必须穿戴好安全防护用品， 认真检查管线、阀门确保工艺正确； 检查视镜孔，确认容器内物料液位符合要求； 确认人孔、手孔、法兰口安装完好，密封垫压紧不外斜； 检查压力表、温度表、液位计、启动阀、DCS自控设备等仪器、仪表显 示正确； 各部位连接件紧固到位，无松动； 搅拌减速机内润滑油油位、油质正常； 盘动搅拌减速机无卡涩、抱死显现；
冬季泵使用后短期不开车的情况下，要放空泵内液体，做好设备防冻 防凝工作；
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离心泵的安全操作规程
日常维护主要内容
操作必须严格遵守操作规程；
定期检查离心泵各部位紧固件是否松动，发现异常情况应立即停车检 查，待排除后方能继续开车；
每班检查离心泵油箱游标液面，应保持在游标1/2~2/3刻度之间，润滑 油应定期更换，第一次换油不超过一个月，以后三个月更换一次，油 品使用46#机械油；
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一、化工设备基础认识
1.3 化工设备的分类
⑴化工动设备： 指主要作用部件为运动的机械，如各种粉碎
机，过滤机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋 转干燥机以及流体输送机械等，又称“动设备”。
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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
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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
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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）
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
教学重点：
化工设备材料的选择。
教学难点：
材料的性能。
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
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
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。
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
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
FK10 % 0FKF010 %0
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
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
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。
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
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
硫酸
盐酸 氢氧化钠 硫酸铵 硫化氢 尿素
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
（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。
适用、安全和经济的原则
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。
强
塑
韧
硬
度
性
性
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。
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0% 0lKl010% 0
l0
l0
断面收缩率Ψ
冲击功AkGH 1GH 2，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。
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。
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。
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）
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
教学重点：
化工设备材料的选择。
教学难点：
材料的性能。
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
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
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。
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
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
FK10 % 0FKF010 %0
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
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
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。
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
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
硫酸
盐酸 氢氧化钠 硫酸铵 硫化氢 尿素
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
（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。
适用、安全和经济的原则
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。
强
塑
韧
硬
度
性
性
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。
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0% 0lKl010% 0
l0
l0
断面收缩率Ψ
冲击功AkGH 1GH 2，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。
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。
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。