过程设备设计 填空题

过程产品分四类：1）硬件产品2）软件产品3）流程性材料产品4）服务型产品

先进制造技术主要指硬件产品、流程性材料产品（指流体形态为主材料）的先进制造技术

过程装备是过程单元设备（塔、换热器、反应器和储罐等）和单元过程机器（压缩机、泵与分离机等）二者的统称

化学工程项目建设过程分四个阶段：

可行性研究阶段、工程设计阶段、项目的施工阶段、项目的开车，考核及验收阶段

化工过程及装置设计是过程的核心环节，可分为段:（1）初步设计阶段（2）详细设计阶段

单元过程及设备设计的基本原则：(1) 技术的先进性和可靠性(2) 过程的经济性(3) 过程的安全性(4) 清洁生产(5) 过程的可操作性和可控制性

过程装备的特点（1）功能原理多种多样（2）机电一体化（3）外壳多为压力容器

过程装备的基本要求

安全可靠——材料强度高、韧性好；材料与介质相容；具有足够的结构刚度与抗失稳能力；密封性能好满足过程要求——功能要求、寿命要求

综合经济性好——生产效率高、消耗低；结构合理、制造简单；易于运输和安装

易操作、维护和控制—操作简单、可维护性和可修理性好、便于控制优良的环境性能针对具体情况具体析优良的环境性能——

设备基本设计步骤1）需求分析和目标界定2）总体结构设计3)零部件结构设4）设计实施

必须综合平衡产品、成本和环境三方面的设计要求

设备更新换代的三个途径——改变工作原理、改进制造工艺、结构和材料以提高综合技术性能、加强辅助功能使其更适应使用者要求

影响参数设计的主要因素设计准则、材料、规范标准

第一章

压力容器往往在高温、高压、低温、高真空、强腐蚀等苛刻条件下工作的，是一种具有潜在泄露、爆炸危险的特种设备

压力容器基本组成：筒体、封头、密封装置、开孔与接管、支座、安全附件

圆筒按其结构可分为单层式和组合式

封头形式凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封、锥壳、平盖

封头与筒体的连接:不可拆式（焊接）可拆式（螺栓连接）

安全附件：主要有：安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计测温仪表等介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等。其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性（1）极度危害（Ⅰ级）：最高容许浓度＜0.1 mg/m3；

（2）高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～＜1.0 mg/m3；

（3）中度危害（Ⅲ级）：最高容许浓度1.0～＜10 mg/m3；

（4）轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10 mg/m3。

易燃介质：爆炸下限＜10%，或爆炸下限和上限之差≥20%的介质

低压(L)容器0.1 MPa≤p＜1.6 Mpa、中压(M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 Mpa、

高压(H)容器10 MPa≤p＜100 Mpa、超高压(U)容器p≥100MPa

反应压力容器(代号R)、换热压力容器（代号E）、分离压力容器（代号S）、储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）

安装方式：固定式压力容器、移动式压力容器

第一组介质：极度、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体（图1-2）

第二组介质：除第一组介质以外的介质（图1-3）

压力容器分类：第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类压力容器

压力容器分类：⑴根据介质特性→选择相应的分类图⑵根据设计压力、容积→标出坐标点→确定容器类别

第二章

载荷：压力、非压力载荷、交变载荷

非压力载荷：整体载荷（重力、风、地震、运输、波动载荷）

局部载荷：管系载荷、支座反力、吊装力

载荷是指能够在压力容器上产生应力、应变的因数

载荷工况|：正常操作工况、特殊载荷工况（压力试验、开停车及检修）、意外载荷工况（紧急状态下快速启动、紧急状态下突然停车）

壳体：以两个曲面为界，且曲面之间的距离远比其它方向尺寸小得多的构件。

壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。

薄壳：壳体厚度t 与其中面曲率半径R 的比值（t/R ）max ≤1/10。

薄壁圆筒：外直径与内直径的比值Do/Di ≤1.2

厚壁圆筒：外直径与内直径的比值Do /Di ≥1.2

回转薄壳应力分析基本假设：

a.壳体材料连续、均匀、各向同性；

b.受载后的变形是弹性小变形；

c.壳壁各层纤维在变形后互不挤压

轴向平衡： =

无力矩理论: 只考虑薄膜内力, 忽略弯曲内力的壳体理论。

有力矩理论: 同时考虑薄膜内力和弯曲内力的壳体理论。

无力矩理论所讨论的问题都是围绕着中面进行的。因壁很薄，沿壁厚方向的应力与其它应力相比很小，其它应力不随厚度而变，因此中面上的应力和变形可以代表薄壳的应力和变形。

拉普拉斯方程。

1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计

ϕσt pD 4t pD 2=θσ

因温度变化引起的自由膨胀或收缩受到约束，在弹性体内所引起的应力，称为热应力。

热应力的特点

a. 热应力随约束程度的增大而增大

b. 热应力与零外载相平衡，是自平衡应力

c. 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低

弹性薄板的小挠度理论建立基本假设

①板弯曲时其中面保持中性

②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。

③平行于中面的各层材料互不挤压，即板内垂直于板面的正应力较小，可忽略不计。

壳体受外压作用时可能的失效形式：

1、因强度不足，发生压缩屈服失效

2、因刚度不足，发生失稳破坏

承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状的现象叫外压壳体的失稳

压应力低于材料的比例极限—弹性失稳

压应力超过屈服强度—非弹性失稳或弹塑性失稳

失稳时出现两个波—长圆筒，失稳时出现两个波以上—短圆筒，刚性圆筒

圆筒的形状缺陷主要有不圆和局部区域中的折皱、鼓胀或凹陷

局部应力：

1通过接管或其他附件传递来的局部载荷

2在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处

降低局部应力的措施：1、合理的结构设计2、减少附件传递的局部载荷2、尽量减少结构中的缺陷

合理结构设计：1、减少两连接件的刚度差2、尽量采用圆弧过渡3、局部区域补强4、选择合适的开孔方位

第三章

钢材类型：碳素钢（含碳量0.02%~2.11%）、低合金钢、高合金钢

碳素钢指含碳量小于2.06％的铁碳合金。

碳素钢特点和应用场合：强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；常用于常压或中、低压容器；也做垫板、支座等零部件材料。

压力容器主要采用板材、管材和锻件