化工设备设计基础_封头设计

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化工设备设计基础第6章化工设备设计概述

外压容器 : 设计压力通常为低压
一、容器的结构与分类
• 4. 按壁温分类
• ⑴ 常温容器
– 指壁温高于-20℃至200℃条件下工作的容器；
• ⑵ 高温容器
– 指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳家钢或低合金钢容器，温度超过420℃，合金钢（如Cr-Mo钢）超过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃，均属高温容器；
• ⑶ 中温容器
– 指壁温在常温和高温之间的容器；
• ⑷ 低温容器
– 指壁温低于-20℃条件下工作的容器。其中低于-20℃至 -40℃者为浅冷容器，低于-40℃者为深冷容器。
一、容器的结构与分类
• 5. 按结构材料分类
– 金属容器：目前应用最多的是低碳钢和普通低合金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的场合，使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钴等制的容器，在深冷操作中，可用铜或铜合金。而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。
•无缝钢管做筒体的公称直径系列
159 219 273 325 377 426
三、压力容器的安全监察
• 1. 安全监察的必要性
– 应用广泛、特殊、事故率高、危害性大，一旦发生破坏会导致爆炸、介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为特种设备进行管理。
• 2. 压力容器相关的法规和标准
– 法规性规定：具有强制性
• A.三类容器。符合下列情况之一者为三类容器： – (1)高压容器； – (2)中压容器(毒性程度为极度和高度危害介质)； – (3)中压贮存容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV ≥ 10MPa·m3)； – (4)中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV ≥0.5MPa·m3)； – (5)低压容器(毒性程度为极度和高度危害介质，且pV ≥0.2MPa·m3)； – (6)高压、中压管壳式余热锅炉； – (7)中压搪玻璃压力容器； – (8)使用强度级别较高(抗拉强度规定值下限≥540MPa)的材料制造的压力容器； – (9)移动式压力容器，包括铁路罐车（气体、低温液体或永久气体运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；

化工设备设计基础封头设计

化工设备设计基础封头设计1. 引言封头是化工设备中的重要组成部分，其设计直接关系到设备的性能和安全性。

本文将介绍化工设备封头设计的基本原理和方法，包括封头的种类、尺寸计算、材料选择等内容。

2. 封头的种类常见的化工设备封头种类有以下几种：•扁平封头：适用于较小直径的设备，例如储罐的端盖。

•半球封头：圆弧半径与直径相等，具有良好的承压性能，适用于高压容器。

•椭圆封头：半径不等的两个椭圆形组成，适用于一些高度限制较大的设备。

•球缺封头：圆弧半径与直径的比值小于0.1，适用于低压容器。

•焊接封头：由多个标准封头零件组装而成，适用于大直径的设备。

3. 封头的尺寸计算封头的尺寸计算是封头设计的重要环节，它直接决定了封头的承压性能和稳定性。

以下是封头尺寸计算的一般步骤：1.确定设备的工作压力和温度。

2.根据设备的工作压力选择合适的封头种类。

3.根据设备的直径计算封头的最小厚度和凸台高度。

4.根据设备的工作温度选择合适的材料，确定封头的材料厚度。

5.检查封头的计算结果是否符合设计要求，如不符合，重新计算。

4. 封头的材料选择封头的材料选择是封头设计中的关键步骤。

常见的封头材料有以下几种：•不锈钢：具有良好的耐腐蚀性和韧性，适用于大多数化工设备。

•碳钢：价格较低，但耐腐蚀性较差，适用于一些一般性的化工设备。

•铜：具有优良的导热性和电导性，适用于热交换设备等。

•铝合金：重量轻，导热性能好，适用于一些对重量要求较低的设备。

在选择封头材料时，需要考虑设备的工作条件、介质的性质以及经济性等因素。

5. 结论封头设计是化工设备设计中的重要环节，它直接关系到设备的性能和安全性。

本文介绍了化工设备封头设计的基本原理和方法，包括封头的种类、尺寸计算和材料选择等内容。

希望读者通过本文的学习，能够对化工设备封头设计有更深入的了解，并在实际工作中能够正确应用。

内压圆筒封头的设计

14.2(MPa)
该容器的最大安全使用压力为14.2 Mpa。
表4-15平板封头系数K
以上两种情况的壁厚计算公式形式相同，惟系数不同。由于实际上平板封头的边缘支撑情况很难确定，它不属于纯刚性固定也不属于纯简支的情况，往往是介于这两种情况之间，即系数在 0.188~0.13之间.
对于平板封头的设计，在有关化工容器设计规定中，利用一个结构特征系数K，将平板封头厚度的设计公式归纳为：
Ri=0.7~1.0Di
球冠形封头的设计
当承受内压时，在球冠形封头内将产生拉应力，但次应力并不大，然而在封头与筒壁联接处，却存在着很大的局部边缘应力，因此，在确定球冠形封头的壁厚时，重点应放在上述这些局部应力上。
受内压球冠形封头的计算壁厚按下式计算：
S
QPcDi
2 t Pc
边缘（图3-25），其值由下式计算：
max
3 4
P
R S
2
3 16
P
D S
2
0.188P
D S
2
（3-33）
对于周边简支受均布载荷的圆平板
其最大应力产生在圆板的中心，且此时此处的径向弯曲应力与切向弯曲应力
相等（图3-26），其值由下式计算：
max
33
m
8
P
R S
2
当取0.3时
（３）若用标准碟形封头,其壁厚按4-2４计算
S
1.2PcDi
2 t 0.5Pc
1.2 2.2 600 21701.0 0.5 2.2
4.67(mm)
Sd S C2 4.67 1.0 5.67(mm)
Sd C1 5.67 0.25 5.92(mm)

化工机械基础(第二版)第三篇部分习题解答..

化工机械基础(第二版)第三篇部分习题解答..第三篇习题1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚δn=22mm ，壁厚附加量为C=2mm ，承受的最大气体压力P=2MPa ，焊接接头系数φ=0.85，试求筒体的最大应力。

解：已知D i =2000mm ，δn =22mm ，C=2mm ，P=2MPa ，φ=0.85，δe =22-2=20mm 。

则101 所以筒体的最大应力为118.82Mpa 。

提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时[P w ]=2MPa2. 某化工厂反应釜，内径为1600mm 。

工作温度为5℃～105℃，工作压力为1.6MPa ，釜体材料用0Crl8Ni9。

采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。

解：已知Di=1600mm 。

查附表6，0Crl8Ni9在105℃时的，其许用应力[σ]105=137MPa 。

查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取φ=0.85。

介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。

因装安全阀，取设计压力P=1.1×1.6=1.76MPa 。

根据式（10-12）估计δn=8-25mm 。

查表10-10，取C1=0.8mm 。

则 δn ’=δd+C 1=12.18+0.8=12.98mm ，圆整后取δn=13mm [][]()()MPa D P e e i w t 82.1182085.022*******=⨯⨯+⨯=+==φδδσσ()()MPa D P e e i 82.1182085.022*******=⨯⨯+⨯=+=φδδσmm C p D p ct i c d 18.12076.185.01372160076.1][22=+-⨯⨯⨯=+-=φσδ3. 材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm 两种情况计算。

化工设备机械基础(第四版)第4章内压薄壁圆筒与封头的

若取第三强度理论，
S
பைடு நூலகம்
PD
2 t
S PcDi S
2[]t
整理得到计算壁厚S的公式，
❖ 若基于外径：
S
Pc Di
2[ ]t
Pc
基于内径的圆筒计算壁厚公式
同样取第三强度理论，S
PD
2 t
S
PcDo S
2[]t
整理得到计算壁厚S的公式，
S
Pc Do
2[ ]t
Pc
基于外径的圆筒计算壁厚公式10
若考虑腐蚀裕量C2，得到设计壁厚Sd， Sd S C2 名义壁厚 Sn Sd C1
对于承受均匀内压的薄壁容器，其主应力规定为：
环向应力轴向应力
1
PD 2S
2
m
PD 4S
径向应力 3 r 0
5
2.1 第一强度理论
根据：当作用在构件上的外力过大时，材料就会沿着最大拉应力
所在的截面发生脆性断裂，也就是说，不论在什么样的应力状态
下，只要三个主应力中最大拉应力σ1达到了材料的极限应力，材料就发生破坏；
GB150-1998规定： • 碳素钢和低合金钢制容器，取Smin3mm • 高合金钢制容器，取 Smin2mm
24
4. 压力试验及其强度校核
➢ 为了检查容器的宏观强度和有无渗漏情况，容器投入使用之前，必须作压力试验或气密性试验；
➢ 压力试验一般采用液压试验，对于不适合液压试验的容器，可进行气压试验；
21
3.5.2 腐蚀裕量C2
• 由于容器在使用过程中会受到介质的腐蚀，因此必须考虑一定的腐蚀裕量；
• 介质不同、材料不同，所考虑的腐蚀裕量值也不尽相同。

化工设备机械基础—— 封头的设计

L1
Dis r cosa
L Disr
锥形封头的小端与接口管相连，一般不加过渡弧，但接口管应增厚，厚度取锥体厚度，加厚的长度：
l 0.5Dis
六、平板封头
❖化工设备常用的一种封头。
❖圆形、椭圆形、长圆形、矩形和方形等，
❖相同(R／)和受载下，薄板应
力比薄壳大得多，即平板封头比凸形封头厚得多。
❖平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中采用。承压设备人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。
❖高压容器平板封头用得较为普遍。
P Dc
Kp
t
平盖系数K查表4-14
例题4-4：确定例题4-2精馏塔封头型式与尺寸。
该塔Di=600mm；设计压力p＝2.2MPa；工作
椭圆形封头最大允许工作压力
p 2 te
KDi 0.5e
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头材料
碳素钢、普低钢、复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头壁厚
4～8
10～ 18
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头
外压椭圆形封头厚度设计步骤同外压圆筒。
b. 不必局部加强，计算壁厚同大端
pDis
2 t
p
1
cosa
c. 需加强，加强段和圆筒加强段厚度相同
r
QpDis
2 t
p
Q为锥壳与圆筒联接处的应力增值系数，查图4-29
L1
Dis r cosa
L Disr
3、无折边锥壳的厚度

中石油华东《化工设备设计基础》2021年春季学期在线作业(二)【标准答案】

《化工设备设计基础》2021年春季学期在线作业（二）
试卷总分:100 得分:100
一、判断题 (共 20 道试题,共 100 分)
1.因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，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
2.退火、正火和淬火这些热处理方法的目的都是降低硬度、提高塑性。

答案:错误
3.内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。

答案:错误
4.有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。

答案:错误
5.外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。

答案:错误
6.安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展总趋势，安全系数将逐渐变小。

答案:正确
7.基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。

答案:正确
8.对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。

答案:正确
9.由于圆筒壳上任一点的第一曲率半径为无穷大，第二曲率半径为圆筒的半径，推广到一般情况，任意回转壳体的第二曲率半径都小于其第一曲率半径。

答案:错误
10.当短圆筒的长度增加到某一值，封头对筒体能起到的支撑作用，开始完全消失，该短圆筒的临界压力将下降到与长圆筒的临界压力相等，这个长度值称为临界长度。

答案:正确
11.不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。

答案:错误
12.力偶没有合力，不能与一个力来代替，也不能用一个力来平衡。

答案:正确。

化工设备机械基础(第四版)第5章外压圆筒与封头的设计

2S e[ ]t压 [ pw ] Di S e
5.4
临界长度Lcr
实际的外压圆筒是长圆筒还是短圆筒，可根据临界长度Lcr来判定。
当圆筒处于临界长度Lcr时，则用长圆筒公式计算所得的临界压力Pcr 值和用短圆筒公式计算的临界压力Pcr值应相等。
t Se 2.2 E D 0
• 但由于各种钢材的弹性模量与泊桑比相差不大，因此选用高强度钢
代替一般碳钢制造外压容器，并不能有效提高圆筒的临界压力。
(3). 筒体椭圆度和材料的不均匀性
5. 外压圆筒的分类
5.1 长圆筒
• 当筒体足够长，两端刚性较高的封头对筒体中部的变形不能起到有效支撑作用时，这类圆筒最容易失稳压瘪，出现
波纹数n=2的扁圆形。这种圆筒称为长圆筒。
2. 外压容器的失稳现象
• 外压圆筒的压缩应力还在远远低于材料的屈服点时，筒壁就已经突然被压瘪或发生褶皱，即在某一瞬间失去原来的形状，这种在外压作用下，突然发生的圆筒失去原形，即突然失去原来的稳定性的现象称为弹性失稳； • 弹性失稳是从一种平衡态跃变为另一种平衡状态，实际上是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。
t D0 2.5E L cr
3
S e D 0

2.5
Lcr 1.17 Do
Do Se
Lcr
1.3E t S e [ ]
t 压
• 当L>Lcr时，长圆筒； • L‘cr<L<Lcr时，短圆筒； • 若L<L'cr时，刚性圆筒。
D0 Se
•例题
某一钢制圆筒，外径为Do=1580mm，高L=7060mm（切

化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计

2020/3/30
二、影响临界压力的因素
• 2. 筒体材料性能的影响
– 筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E和泊松比 μ值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。
– 【注意】钢材的E和μ值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压容器，不能提高筒体的临界压力。
• 3. 筒体椭圆度和材料不均匀
许用外压校核
[ ]压t －材料设计温度的许用压应力，可取 [ ]压t =σs/4；
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五、临界长度
• 1. 长、短圆筒的临界长度
• 刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公式与计算内压圆筒的公式一样。
3
2. 5
2.2tE D Se0 2.5t9D L E 0D Se0
Lcr 1.17D0
2020/3/30
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
• 1. 算图的由来
• 垂直线段（对应长圆筒）与倾斜直线（短圆筒）。曲线的转折点所表示的长度是该圆筒的长、短圆筒临界长度。
• 利用这组曲线，可以迅速找出一个尺寸已知的外压圆筒失稳时筒壁环向应变
是多少。
• 一个尺寸已知的外压圆筒，当它失稳时，其临界压力是多少？为保证安全操作，其允许的工作外压又是多少？ 2020/3/30
2020/3/30
【说明】不同的材料有不同的比例极限和屈服点，所以有一系列的A－B图。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
• 2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
– ⑴ 对D0/Se≥20（薄壁）的圆筒和管子 • ① 假设Sn，令Se=Sn-C，而后定出比值L/D0和D0/Se； • ② 在图11－3的左方找到L/D0值，过此点沿水平方向右移与D0/Se线相交（遇中间值用内插法），若L/D0＞50，则用L/D0=50查图，若L/D0＜0.05，则用L/D0=0.05查图； • ③ 过此交点沿垂直方向下移，在图的下方得到系数A；

化工设备设计基础第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计

Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准外径为基准
内径为基准外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压力
常温容器中温容器高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题：一是根据应力状态确定主应力；二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：

《化工设备设计基础》期末试题及答案

2012级《化工设备设计基础》期末试题及答案
一、力学部分计算题：（共50分）
1、（10分）
1、图示三角形支架ABC，A、B、C三处为铰链链接。在两杆的连接处B悬挂有重物G=30kN。杆AB和BC材料相同，许用应力[σ]=120MPa。AB、BC两杆直径d分别为25mm、30 mm。试校核此支架是否安全。(已知A、B、C三处均为铰接)。(AB和BC两杆的重量不计)（本题15分）
8.为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A应该≤0.2L和0.25D0（式中L为筒体长度，D0为筒体外径）。（√）
9.圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向垂直于圆筒的轴线，且长短轴之比越大越好。（×）
10.卧式容器选用鞍座时，一般可选用两个鞍座，容器较长时也可选用多于两个，其中应当有一个而且只能有一个F型，其余应为S型。（√）
B.弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段
C.弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段
D.屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩 Nhomakorabea段8.球壳上的开孔，开孔系数ρ，δnt/δn，应力集中系数K越大。（B）
A．越大，越大B．越大，越小C．越小，越小D．越小，越大
9.无缝钢管的公称直径指的是管子的。（D）
A．内径B.外径C.中径D.其他
（2分）
（4分）
（4分）
（2分）
二、是非题：在题后括号内，正确划“√”，错误划“×”（共10分，每小题1分）
1.《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危害程度分为三类，其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因而在设计、制造和使用方面对其要求最高。（√）
2.容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（×）

化工设备设计基础封头设计方案

化工设备设计基础封头设计方案一、引言化工设备中的封头是一种常见的构件，用于封闭容器或管道的端部。

封头的设计对于化工设备的性能和安全具有重要影响。

本文将介绍化工设备封头设计的基础理论和设计方案。

二、封头的分类和应用封头可以根据其形状和用途进行分类。

常见的封头类型有平封头、球形封头、圆锥封头、扁平封头等。

不同类型的封头适用于不同的容器和管道。

封头的设计是根据化工设备的工作条件和要求来确定的。

例如，扁平封头适用于低压容器，球形封头适用于高压容器。

封头的材料选择和厚度计算也需要根据设备的工作条件和介质特性来决定。

三、封头的基本结构和应力分析封头的基本结构由内凸面、外凸面和边缘组成。

在设计封头时，需要考虑材料的强度和稳定性。

应力分析是封头设计中的关键步骤之一。

应力分析可以通过有限元方法进行。

将封头的几何模型转化为有限元模型，并施加相应载荷条件，可以得到封头内部的应力分布情况。

根据应力分布结果，可以评估封头的结构是否满足强度和稳定性要求。

四、封头的厚度计算封头的厚度是封头设计的关键参数。

封头的厚度需要满足静态和动态条件下的强度要求，以及避免塑性变形引起的失效。

根据封头的形状和应力分布结果，可以进行厚度计算。

常用的厚度计算方法有经验公式法、材料力学性能法和有限元分析法等。

根据实际情况选择合适的方法，并考虑安全系数，可以得到合理的封头厚度。

五、封头的制造工艺和质量控制封头的制造工艺需要考虑材料的可加工性和成本因素。

常见的封头制造工艺有冷冲压、热冲压和拼接等。

不同的制造工艺对于封头的性能和外观有不同的影响。

质量控制是封头制造过程中的重要环节。

通过对材料、制造工艺和产品的检测和控制，可以确保封头的质量和性能符合设计要求。

常见的质量控制方法包括无损检测、尺寸测量和力学性能测试等。

六、结论化工设备封头设计是一项复杂的工作，需要考虑材料的强度、稳定性和可加工性等因素。

合理的封头设计可以提高设备的性能和安全性。

在封头设计中，应重视应力分析和厚度计算，以确保封头的强度和稳定性满足要求。

化工设备基础知识汇总

化工设备基础知识汇总1. Introduction化工设备是进行化工生产过程中必不可少的设备。

它们包括顶盖、底座、封头、密封装置、进出口管道和搅拌装置等组成部分。

本文将介绍化工设备的基础知识，包括常见的类别、设计原则、选择考虑因素等。

2. 化工设备的分类化工设备可分为反应器、蒸馏塔、提取塔、吸收塔、结晶器、干燥器、储罐等不同的类别。

2.1 反应器反应器是进行化学反应的设备，根据反应方式可分为批式反应器和连续反应器。

批式反应器是在固定时间内注入反应物完成一次反应，适用于小规模生产。

连续反应器则可以在一定程度上实现连续生产，适用于大规模生产。

蒸馏塔是进行分馏过程的设备，可分为塔式蒸馏和板式蒸馏两种形式。

塔式蒸馏主要通过填料来增加表面积，提高蒸馏效率。

板式蒸馏则通过堆叠板层来增加传质面积，达到分离目的。

2.3 提取塔提取塔用于从混合物中分离出有用成分，常见的应用是从草药中提取有效成分。

提取塔的设计考虑因素包括溶剂的选择、溶剂流速、萃取温度等。

吸收塔用于气体吸收液体的过程，常见的应用是将废气中的有害物质吸收到液体中。

吸收塔的设计考虑因素包括气体和液体的物理性质、接触时间、传质系数等。

2.5 结晶器结晶器用于将溶液中的溶质结晶出来，获得纯度较高的晶体。

结晶器的设计考虑因素包括溶液的浓度、温度、冷却速度等。

2.6 干燥器干燥器用于将湿润物料中的水分去除，使得物料达到所需干燥程度。

干燥器的设计考虑因素包括湿润物料的性质、温度、湿度、干燥速度等。

2.7 储罐储罐用于储存液体或气体，它们可以是常压储罐，也可以是高压储罐。

储罐的设计考虑因素包括储罐容量、操作压力、材料选择等。

3. 化工设备的设计原则化工设备的设计原则是确保其安全、可靠、经济和环保。

在设计过程中，需要考虑以下因素：3.1 安全性化工设备在使用过程中必须具备良好的安全性能，能够承受额定工作条件下的压力和温度。

设计过程中需要进行强度计算和安全阀的选择，确保设备在正常和异常情况下都能够安全运行。

化工设备基础知识点背诵版及试题详解

压力容器基础知识考试、检验、修理和改造，均应严格执行
《压力容器安全技术监察规程》的规定。
（ √）
2．内压圆筒强度计算公式的理论依据是第一强度理论。
（√）
3．压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。（× ）
4．压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。（√）
Pcr 与什么因素有关？
1) 与材质有关（E） 2) 与粗细有关（Ø） 3) 与长短有关（L）
失稳的实质:是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡
临界压力： Pcr 的数值与筒体的几何尺寸、材质及结构有关，是每个容器固有的。这种关系是怎样的？
临界压力计算公式
Pcr
4 塔设备
1) 外压操作的塔设备，最大组合轴向拉应力应出现在什么工况？什么风面？ 2) 塔设备设计时，除了有操作压力作用外，还应考虑哪些载荷的作用？ 3) 填料塔常用液体分布装置主要有什么？ 4) 按照传热方式的不同，换热设备的分类 5) 管壳式换热器结构型式 6) 载荷以不同方式作用于杆件会产生不同变形，杆件变形的基本方式 7) 低碳钢材料在拉伸时，弹性阶段应力与应变成正比，该比例常数称为什么？ 8) 工程上塑性指标通常指什么？ 9) 设备选材时必须考虑的加工工艺性能主要指标 10) 设备材料的普通热处理的分类 11) 卧式容器支座主要形式 12) 立式容器支座主要形式 13) 塔设备按其结构特点分类可分为几类？
2 化工设备设计
1. 内压薄壁圆筒设计 1) 什么叫强度失效准则？ 2) 什么叫腐蚀余量？腐蚀余量与哪些参数有关？ 3) 为何引入焊缝系数？焊缝系数与哪些参数有关？ 4) 内压薄壁容器设计中，有几种壁厚名称？这些壁厚的含义是什么？这些壁厚之间的大小关系如何？ 5) 水压试验的目的是什么？容器如何进行压力试验？

化工设备设计基础塔设备强度设计计算

M M
ii W
ii E
Me
0.25M
ii W
Me
(取大值)
水压试验时间人为选定且时间较短，在试验情况下最大弯矩取值
M ii max
0.3M
ii W
Me
最大弯矩在筒体中引起轴向应力
3
4M
ii max
Di2 ei
㈣筒体壁厚效核
１．最大轴向组合应力旳计算
内压塔设备
外压塔设备
正常操作停修
正常操作
（1）水平风力旳计算
迎风面产生风压。与风速、
空气密度、地域和季节有关。
各地离地面10m处30年一遇
10分钟内平均风速最大值作为计算风压，
得到该地域旳基本风压q0，见表4-26。
风速随处面高度而变化。塔高于10m，应分段计算风载荷，视离地面高度旳不同乘
以高度变化系数fi，见表4-27。
风压还与塔高度、直径、形状以及自振周期有关。两相邻计算截面间旳水平风力为：
有多种振型，任意高度hK处集中质量mK引起基本振型旳水平地震力 FK1 Cza1hK1mK g
FK1-mK引起旳基本振型水平地震力 Cz-综合影响系数，直立圆筒Cz=0.5；
mK-距离地面hK处旳集中质量；
n
h1.5 K
mi
h1.5 i
hK1-基本振型参加系数， hK1
i 1
n
mi hi3
1、群座体与塔体对接焊缝
J-J截面旳拉应力校核
2、群座体与塔体搭接焊缝
J-J截面旳剪应力校核
思索题：
1.自支撑式塔设备设计时需要考虑哪些载荷？
2.简述内压塔操作时旳危险工况及强度校合条件。
一种是圆筒形，一种是圆锥形。

《化工设备设计基础》复习讲解

《化工设备设计基础》复习1工程力学基础1. 强度:构件抵抗破坏的能力2. 刚度:构件抵抗变形的能力3. 稳定性:构件保持原有平衡形态能力4. 强度性能:抵抗破坏的能力,用σs和σb表示弹性性能:抵抗弹性变形的能力,用E表示塑性性能:塑性变形的能力,用延伸率δ和截面收缩率ψ表示5. 什么叫强度?直杆拉伸或压缩时的强度条件是什么?6. 低碳钢的拉伸试验中,从开始加载至断裂经过哪几个阶段?7. 钢材的机械性能主要包含哪些指标?8. 工程设计中有哪几种常用的强度理论?9. 材料破坏有哪几种主要形式?2化工设备设计1. 内压薄壁圆筒设计1 什么叫强度失效准则?2 什么叫腐蚀余量?腐蚀余量与哪些参数有关?3 为何引入焊缝系数?焊缝系数与哪些参数有关?4 内压薄壁容器设计中,有几种壁厚名称?这些壁厚的含义是什么?这些壁厚之间的大小关系如何?5 水压试验的目的是什么?容器如何进行压力试验?6 如何确定水压试验的试验压力?对立式容器的卧置做水压试验时,其试验压力又如何确定?7 水压试验的强度校核公式2. 外压容器设计1 什么是外压容器?2 什么叫临界压力?临界压力与什么因素有关?3 什么叫计算长度?4 什么叫长圆筒?什么叫短圆筒?5 什么叫失稳?外压容器的稳定性条件是什么?6 设置加强圈的目的是什么?加强圈的类型有哪些?3. 压力容器开孔与接管1 开孔补强的目的是什么?2 等面积补强法的设计原则是什么?3 在内压薄壁圆筒上开一椭圆孔,椭圆孔的长轴应如何放置?为什么?4. 容器零部件标准的选用1 法兰联结结构一般是由哪三个部分组成?2 法兰的公称压力与哪些因素有关?3 鞍座有哪些型式?4 一台卧式容器的鞍座型式如何选择?为什么?5. 化工设备设计的基本要求1 安全可靠:材料的强度高、韧性好;材料与介质相容;结构有足够的刚度和抗失稳能力;密封性能好2 满足过程要求:功能要求;寿命要求(高压容器:20年,塔、反应设备:15年3 综合经济性好:生产效率高、消耗低;结构合理、制造方便、结构紧凑;易于运输和安装4 易于操作、维护和控制:操作简单、可维护性好和可修理性好、便于控制5 优良的环境性能:防污染、防噪声等6. 压力容器的一般分类方法常见的按下列等进行分类1 压力大小2 用途3 受压方式4 制造方法5 壳体结构形式7. 失效的最终表现形式:泄漏、过度变形和断裂。

化机基础习题解答上网(第四章,内压薄壁圆筒与封头的强度设计).

《化工设备机械基础》习题解答第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计二、填空题A组：1.有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力p c=( 1.76 )Mpa;水压试验压力p T=(2.2 )MPa.2.有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200℃,试确定:(1)釜体的计算压力(外压)p c=( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力p T=( 0.75 )MPa.(2)夹套的计算压力(内压)p c=( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力p T=( 0.625 )MPa.3.有一立式容器,下部装有10m深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力p c=( 0.617 )MPa;水压试验压力p T=(0.625 )MPa.4.标准碟形封头之球面部分内径R i=( 0.9 )D i;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )D i.5.承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向)弯曲应力,且最大应力在圆平板的(边缘)处;若周边简支,最大应力是( 径向)和( 切向)弯曲应力,且最大应力在圆平板的( 中心)处.6.凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se不论理论计算值怎样小,当K≤1时,其值应小于封头内直径的( 0.15 )%;K>1时,Se应不小于封头内直径的( 0.3 )%.7.对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚S min=( 3 )mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚S min=( 2 )mm.8.对碳钢,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于( 5 ) ℃,其他低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于( 15 ) ℃.三、判断是非题(是者画√;非者画×)1.厚度为60mm和6mm的16MnR热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm厚钢板的σs大于6mm厚钢板的σs. ( ×)2.依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该容器已经”失效”. ( √)3.安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小.( √)4.当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( ×)5.由于材料的强度指标σb和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力. ( √）四、工程应用题A组：1、有一DN2000mm的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力p w=2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=0.85,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.【解】（1）确定参数：p w=2MPa; p c=1.1p w =2.2MPa（装有安全阀）;D i= DN=2000mm( 钢板卷制); S n =22mm; S e = S n -C=20mmφ=0.85（题中给定）; C=2mm（题中给定）.（2）最大工作应力：a e e i c t MP S S D p 1.111202)202000(2.22)(=⨯+⨯=+=σ 2、某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,厚度附加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[σ]t =147MPa.【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm; [σ]t =147MPa.S e = S n -C=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.a e i e t w MP S D S P 17.12010000200.11474][4][=+⨯⨯⨯=+=φσ 3、某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。