过程设备设计(浙大PPT课件
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过程设备设计课件ppt
机构、凸轮机构等。
机械力学基础
了解并掌握静力学的基本概念 和方法，如力的合成与分解、 力矩与力偶等。同时掌握材料 力学的基本概念和方法，如拉 伸、压缩、弯曲等基本变形。
机械材料与工艺
了解并掌握常用机械材料的种 类、性能和用途，如钢、铸铁 、有色金属等。同时掌握机械 零件的加工工艺和方法，如铸
造、锻造、焊接等。
感谢您的观看
THANKS
础和依据。
行业标准
各行业根据自身特点和发展需求 ，制定的一系列行业标准。
企业标准
企业根据自身实际情况和需求，制 定的企业标准。
过程设备材料及选型
1 2
过程设备材料的分类及特点
根据不同的使用环境和要求，选择合适的材料 。
材料选择的原则和方法
根据设备的具体使用条件、工艺要求、操作环 境等因素综合考虑，选择适合的材料。
06
总结与展望
总结：过程设备设计的关键要素与优化方向
关键要素
过程设备设计涉及的关键要素包括材料选择、结构设计、 制造工艺、操作条件确定、安全可靠性评估等方面，这些 要素对于设备的性能、质量和安全性都有重要影响。
制造工艺
制造工艺的选择对于过程设备的性能和质量也有重要影响 。在制造过程中，需要采用先进的加工设备和制造技术， 确保设备的精度和表面质量。
过程设备是工业生产中的重要组成部分，设计过程需要遵循一定 的原则和标准。
过程设备设计的任务和目标
通过对设备的设计，实现生产过程的优化、节能和安全。
过程设备设计的基本流程
从需求分析到方案设计、详细设计、施工图绘制等环节。
过程设备设计标准规范
国家标准
国家制定的有关过程设备设计 的标准规范，是设计工作的基
机械力学基础
了解并掌握静力学的基本概念 和方法，如力的合成与分解、 力矩与力偶等。同时掌握材料 力学的基本概念和方法，如拉 伸、压缩、弯曲等基本变形。
机械材料与工艺
了解并掌握常用机械材料的种 类、性能和用途，如钢、铸铁 、有色金属等。同时掌握机械 零件的加工工艺和方法，如铸
造、锻造、焊接等。
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THANKS
础和依据。
行业标准
各行业根据自身特点和发展需求 ，制定的一系列行业标准。
企业标准
企业根据自身实际情况和需求，制 定的企业标准。
过程设备材料及选型
1 2
过程设备材料的分类及特点
根据不同的使用环境和要求，选择合适的材料 。
材料选择的原则和方法
根据设备的具体使用条件、工艺要求、操作环 境等因素综合考虑，选择适合的材料。
06
总结与展望
总结：过程设备设计的关键要素与优化方向
关键要素
过程设备设计涉及的关键要素包括材料选择、结构设计、 制造工艺、操作条件确定、安全可靠性评估等方面，这些 要素对于设备的性能、质量和安全性都有重要影响。
制造工艺
制造工艺的选择对于过程设备的性能和质量也有重要影响 。在制造过程中，需要采用先进的加工设备和制造技术， 确保设备的精度和表面质量。
过程设备是工业生产中的重要组成部分，设计过程需要遵循一定 的原则和标准。
过程设备设计的任务和目标
通过对设备的设计，实现生产过程的优化、节能和安全。
过程设备设计的基本流程
从需求分析到方案设计、详细设计、施工图绘制等环节。
过程设备设计标准规范
国家标准
国家制定的有关过程设备设计 的标准规范，是设计工作的基
过程设备-287页PPT
例：钢丝绳
S
S A
TB
TC
A
B
C
T’B T’C
B
C
G 2019/10/3 G
2.光滑面约束
两个物体的接触面有良好的润滑或比较光滑、 摩擦力可忽略不计时的约束。
只能承受压力，不能阻止物体的离开。 其约束反力常用 N 表示。
2019/10/3
例：槽铁对物体的约束
O
A
WB
2019/10/3
O
NA N’A A
1. 力在坐标轴上的投影 已知：力F 的大小、方向
由三角学得到：
FX =F cos = a b FY =F sin = a´b´
F2 =FX2+FY2
tg = FY / FX
2019/10/3
Y
b´
FY F
a´ A
FX
Oab
X
2. 合力投影定理：
合力在任意轴上的投影，等于诸分力在同一轴上 投影的代数和。
2019/10/3
2.力的三要素
大小 方向 作用点
物体
2019/10/3
•力是矢量。 • 表示方法：
F、P、 T、W 或
F、T、P、W
4. 力的平行四边形公理
作用于某一点的两个力，其合力的作用线 必须通过该点，合力的大小与方向可由这两个 力矢为邻边的平行四边形的对角线来表示。
2019/10/3
F2 F F1
F F1 F2
6. 力的分解
F2
F1 Q
2019/10/3
QF1F2
两力构件： N F`
F
N` N
N`
2019/10/3
例：皮带传动
S
S A
TB
TC
A
B
C
T’B T’C
B
C
G 2019/10/3 G
2.光滑面约束
两个物体的接触面有良好的润滑或比较光滑、 摩擦力可忽略不计时的约束。
只能承受压力，不能阻止物体的离开。 其约束反力常用 N 表示。
2019/10/3
例：槽铁对物体的约束
O
A
WB
2019/10/3
O
NA N’A A
1. 力在坐标轴上的投影 已知：力F 的大小、方向
由三角学得到：
FX =F cos = a b FY =F sin = a´b´
F2 =FX2+FY2
tg = FY / FX
2019/10/3
Y
b´
FY F
a´ A
FX
Oab
X
2. 合力投影定理：
合力在任意轴上的投影，等于诸分力在同一轴上 投影的代数和。
2019/10/3
2.力的三要素
大小 方向 作用点
物体
2019/10/3
•力是矢量。 • 表示方法：
F、P、 T、W 或
F、T、P、W
4. 力的平行四边形公理
作用于某一点的两个力，其合力的作用线 必须通过该点，合力的大小与方向可由这两个 力矢为邻边的平行四边形的对角线来表示。
2019/10/3
F2 F F1
F F1 F2
6. 力的分解
F2
F1 Q
2019/10/3
QF1F2
两力构件： N F`
F
N` N
N`
2019/10/3
例：皮带传动
《过程装备设计》绪论 ppt课件
ppt课件
14
2.过程装备设计的基本过程： (1) 过程的方案设计
(2) 工艺流程设计 (3) 单元过程模拟计算 (4) 过程装备的工艺设计 (5) 绘制单元过程流程图 (6) 工艺设计的技术文件 (本内容
本课程仅就特别常用和典型的过程和 设备设计进行介绍,大致内容如下:
ppt课件
10
在以上过程的各阶段中, 化工过程及装置设计是过程的核心环节, 并贯彻于项目过程的始终, 所以说化工生产装置的技术水平高低,
首先体现在其设计水平上。
ppt课件
11
作为化工专业的设计人员,在化工的建设项目 中主要承担化工过程及装置设计,
并为其他相关专业提供设计条件和要求, 其过程可分为两个阶段: （1）初步设计阶段 （2）详细设计阶段
材料
规范标准
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
ppt课件
23
（3）设计思想与设计方法 从实际出发调查研究 综合运用多学科知识 跟踪学科前沿发展:特别是新材料、先 进制造技术、新设计方法和控制技术 在设计、制造、安装、调试和使用工作 中及时发现问题、反复修改以取得最佳 效果
第一章 绪论
ppt课件
1
目录
化工设备图 一、过程装备设计发展现状简介 二、化工过程及装置设计简介 三、本教材的基本内容 四、课程设计的基本内容
ppt课件
2
一、发展现状简介
1.社会经济过程产品分类
按照ISO/DIS9000;2000（国际标准化组织）认定过
程产品分四类：
（1）硬件产品（hardware) （2）软件产品（software) （3）流程性材料产品（processed material) （4）服务型产品（service)
过程设备设计 第三版 教学PPT4章第3节2
0.5225 0.5542
0.20 0.5047
0.5193 0.5465
0.30 0.5032
0.5128 0.5310
0.40 0.5017
0.5064 0.5155
0.50 0.5000
0.5000 0.5000
35°
40° 45° 50°
0.5883
0.6222 0.6657 0.7223
0.5573
第四章压力容器设计
2、椭圆形封头
第四章压力容器设计
由半个椭球面和短圆筒组成，如图4-20（b）所示。
直边段作用
避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率 半径突变，以改善焊缝的受力状况。
应用
a 、受内压（凹面受压）的椭圆形封头 受力：薄膜应力＋不连续应力
在一定条件下，椭圆形封头中的最大应力和圆筒周向薄膜应力
1.0270 1.1608 1.3500
0.8181
0.8944 0.9980 1.1433
0.7440
0.8045 0.8859 1.0000
0.6402
0.6765 0.7249 0.7923
0.5635
0.5804 0.6028 0.6337
0.5000
0.5000 0.5000 0.5000
0.7230 0.8000
0.6486 0.7000
0.5743 0.6000
0.5000 0.5000
第四章压力容器设计
c、受外压锥壳
α≤60°：按等效圆筒体计算；
α＞60°：按平盖计算。
Le： 锥壳当量长度， 有相应计算公式； DL： 所考虑的锥壳段的 大端外直径
外压锥壳的计算 假设锥壳名义厚度δne——计算锥壳有效厚度δec=（δnc-C） cosα——按外压圆筒体的图算法进行外压校核计算——以 Le/DL代替L/Do，DL/δec代替Do/δe。 锥壳与筒体连接处的外压加强设计 锥壳大端或小端和筒体连接处存在压缩强度和周向稳 定性问题，在必要时应设臵加强结构。
0.20 0.5047
0.5193 0.5465
0.30 0.5032
0.5128 0.5310
0.40 0.5017
0.5064 0.5155
0.50 0.5000
0.5000 0.5000
35°
40° 45° 50°
0.5883
0.6222 0.6657 0.7223
0.5573
第四章压力容器设计
2、椭圆形封头
第四章压力容器设计
由半个椭球面和短圆筒组成，如图4-20（b）所示。
直边段作用
避免封头和筒体的连接焊缝处出现经向曲率 半径突变，以改善焊缝的受力状况。
应用
a 、受内压（凹面受压）的椭圆形封头 受力：薄膜应力＋不连续应力
在一定条件下，椭圆形封头中的最大应力和圆筒周向薄膜应力
1.0270 1.1608 1.3500
0.8181
0.8944 0.9980 1.1433
0.7440
0.8045 0.8859 1.0000
0.6402
0.6765 0.7249 0.7923
0.5635
0.5804 0.6028 0.6337
0.5000
0.5000 0.5000 0.5000
0.7230 0.8000
0.6486 0.7000
0.5743 0.6000
0.5000 0.5000
第四章压力容器设计
c、受外压锥壳
α≤60°：按等效圆筒体计算；
α＞60°：按平盖计算。
Le： 锥壳当量长度， 有相应计算公式； DL： 所考虑的锥壳段的 大端外直径
外压锥壳的计算 假设锥壳名义厚度δne——计算锥壳有效厚度δec=（δnc-C） cosα——按外压圆筒体的图算法进行外压校核计算——以 Le/DL代替L/Do，DL/δec代替Do/δe。 锥壳与筒体连接处的外压加强设计 锥壳大端或小端和筒体连接处存在压缩强度和周向稳 定性问题，在必要时应设臵加强结构。
过程设备设计第1章ppt(建材装备设计)[1]
![过程设备设计第1章ppt(建材装备设计)[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5820336127d3240c8447ef5f.png)
2013-7-25 9
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
。
2013-7-25
图0.1 湿法水泥生产工艺过程及设备
10
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
干法：采用干法生产时，原料需预先干燥(包括石灰石、粘土)， 然后进行磨碎和混合，制得的干细粉末叫生料粉(一般含水量应<％)， 再将此生料粉先进入预热器预热，再入窑煅烧。如在悬浮预热器与 回转窑之间设有一个分解炉，在分解炉中加入约60％的燃料，与生 料充分混合，使燃料的燃烧过程和生料的吸热过程同时在悬浮状态 下极其迅速地进行，使生料入回转窑时已完成85～90％的分解，此 项技术称窑外分解。 干法生产的工艺过程和所使用的机械设备见图0.2所示。 半干法：是介于湿法和干法两者之间的生产方法(也有划在干法之 内的)。将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水(一般加水12～14％)， 制成料球再入窑煅烧。一般回转窑生产可采用湿法、干法和半干法，立 窑生产只采用半干法，其生产工艺过程和使用的机械设备与半干法相 似，二者的区别仅在于：
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
二、平板玻璃生产过程及设备
平板玻璃的定义 指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品。 平板玻璃的分类 产品可以分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中 空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃、釉面玻璃、玻 璃空心砖、波形玻璃，槽形玻璃等。 平板玻璃生产过程 首先进行原料的加工处理。为了使配合料均匀混合，加速玻璃的 熔制过程，提高破璃的熔制质量，必须将大块的矿物原料和结块的化 工原料进行破碎，粉碎、过筛等加工处理，使之成为一定大小的颗粒。 原料经破碎和粉碎以后，分散度增加，其表面积增大，相应地增加了 配合料各颗粒间的接触面积，可加速它们在熔制时的物理化学反应， 提高熔化速度和玻璃液的均匀度。 下一步是平板玻璃的熔制和成型。
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
。
2013-7-25
图0.1 湿法水泥生产工艺过程及设备
10
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
干法：采用干法生产时，原料需预先干燥(包括石灰石、粘土)， 然后进行磨碎和混合，制得的干细粉末叫生料粉(一般含水量应<％)， 再将此生料粉先进入预热器预热，再入窑煅烧。如在悬浮预热器与 回转窑之间设有一个分解炉，在分解炉中加入约60％的燃料，与生 料充分混合，使燃料的燃烧过程和生料的吸热过程同时在悬浮状态 下极其迅速地进行，使生料入回转窑时已完成85～90％的分解，此 项技术称窑外分解。 干法生产的工艺过程和所使用的机械设备见图0.2所示。 半干法：是介于湿法和干法两者之间的生产方法(也有划在干法之 内的)。将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水(一般加水12～14％)， 制成料球再入窑煅烧。一般回转窑生产可采用湿法、干法和半干法，立 窑生产只采用半干法，其生产工艺过程和使用的机械设备与半干法相 似，二者的区别仅在于：
1.2建筑材料生产过程中使用的 主要机械设备
二、平板玻璃生产过程及设备
平板玻璃的定义 指其厚度远远小于其长和宽，上下表面平行的板状玻璃制品。 平板玻璃的分类 产品可以分为窗玻璃、压花玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、双层中 空玻璃、有色玻璃、吸热和反射玻璃、光致变色玻璃、釉面玻璃、玻 璃空心砖、波形玻璃，槽形玻璃等。 平板玻璃生产过程 首先进行原料的加工处理。为了使配合料均匀混合，加速玻璃的 熔制过程，提高破璃的熔制质量，必须将大块的矿物原料和结块的化 工原料进行破碎，粉碎、过筛等加工处理，使之成为一定大小的颗粒。 原料经破碎和粉碎以后，分散度增加，其表面积增大，相应地增加了 配合料各颗粒间的接触面积，可加速它们在熔制时的物理化学反应， 提高熔化速度和玻璃液的均匀度。 下一步是平板玻璃的熔制和成型。
《过程设备》课件
过程设备的作用
01
02
03
实现工业生产过程
过程设备是实现工业生产 过程的重要工具，通过各 种设备将原材料转化为产 品。
提高生产效率
过程设备的发展和应用， 提高了生产效率，降低了 生产成本，为企业带来了 经济效益。
保障产品质量
过程设备在生产过程中对 温度、压力、流量等工艺 参数进行精确控制，确保 产品质量稳定可靠。
定期保养
根据设备的使用情况和制造商的推荐 ，进行更全面的保养，如更换磨损件 、清洗设备内部等。
故障诊断与处理
故障识别
通过观察和检测设备运行状态， 及时发现异常情况，判断故障类
型和原因。
故障分析
对故障进行深入分析，了解故障 对设备的影响和可能产生的后果
，为制定处理方案提供依据。
故障处理
根据故障分析结果，采取相应的 措施进行修复或更换部件，确保
该案例说明了在食品加工行业中，不 断对过程设备进行技术改进和创新的 重要性。只有持续的设备改进，才能 满足消费者对食品质量和口感日益增 长的需求，提高企业的市场竞争力。
THANKS
感谢观看
02
常见的过程设备
反应设备
固定床反应器
适用于气固相或液固相反应， 结构简单，操作方便。
搅拌釜式反应器
适用于液液或液固相反应，可 实现高粘度液体或固体的混合 。
总结词
用于进行化学反应的设备
流化床反应器
适用于气固相反应，具有高传 热效率和反应效率。
鼓泡塔反应器
适用于气液相反应，具有高传 质效率和反应效率。
企业社会责任
强调企业应承担的社会责任，将安全与环保纳入 企业战略规划，实现可持续发展。
06
案例分析
《过程设备设计》课件
03
混合器操作
需要考虑混合效率、均匀度、能 耗等多方面因素，以确保混合器 能够高效、安全地运行。
需要严格控制混合速度、温度等 操作参数，以及密切监视混合过 程，及时调整操作条件。
分离设备
分离器类型
包括离心机、过滤器、萃取塔等，每种类型都有 其特定的应用场景和优缺点。
分离设计
需要考虑分离效率、处理能力、能耗等多方面因 素，以确保分离器能够高效、安全地运行。
设备材料选择
总结词
设备材料选择是过程设备设计的重要 环节，它决定了设备的性能和使用寿 命。
详细描述
设备材料选择需要考虑材料的物理、 化学和机械性能，以及耐腐蚀、耐高 温等特殊性能，以确保设备能够满足 生产工艺要求和安全运行。
结构设计
总结词
结构设计是过程设备设计的关键环节，它决定了设备的稳定性和可靠性。
《过程设备设计》ppt 课件
目录
• 过程设备设计概述 • 过程设备的主要类型 • 过程设备设计的基本要素 • 过程设备的制造与安装 • 过程设备的运行与维护 • 过程设备设计的发展趋势
01
过程设备设计概述
定义与目的
定义
过程设备设计是一门涉及工艺、机械 、材料、控制等多个领域的综合性学 科，旨在为工业生产过程中的各类设 备进行合理的设计和优化。
安全可靠
过程设备设计应遵循安全可靠的原则 ，确保设备在正常操作和异常情况下 均能安全稳定运行，同时要充分考虑 设备的维修和保养需求。
环保节能
过程设备设计应遵循环保节能的原则 ，通过优化设备结构和运行方式，降 低能耗和资源消耗，减少对环境的负 面影响。
02
过程设备的主要类型
反应设备
反应器类型
包括釜式反应器、管式反应器、 塔式反应器等，每种类型都有其 特定的应用场景和优缺点。
过程设备设计 第三版 教案PPT第二章-第二节概要
单向约束：
ty Et
2018/11/19
第二章 压力容器应力分析
图2-20热应变 （b）单向约束
第二章压力容器应力分析
双向约束：
Et 1
t x t y
三向约束：
Et 1 2
t x t y t z
2018/11/19
图2-20热应变（c） 双向约束
热应力大小与内外壁温差成正比
t 取决于壁厚，径比K值愈大 t 值也愈大，表2-2中的
Pt 值也愈大。
热应力沿壁厚方向是变化的
2018/11/19
第二章 压力容器应力分析
第二章压力容器应力分析
（三）内压与温差同时作用引起的弹性应力
r r rt ,
,
∑σ ∑σ θ
内加热 内压
∑σ
外加热 内压
内壁应 力改善
∑σ θ ∑σ
z
O
∑σ ∑σ Ri Ro
r
z
r
外壁应 O 力改善
Ri Ro
r ∑σ
r
（a）内加热情况
2018/11/19
a.内加热情况
（ b ）外加热情况 图2-22 厚壁筒内的综合应力
第二章 压力容器应力分析
b.外加热情况
第二章压力容器应力分析
K2 po 2 K 1
第二章压力容器应力分析
z z
r
r
(a)仅受内压
2018/11/19 第二章 压力容器应力分析
(b)仅受外压
图2-19 厚壁圆筒中各应力分量分布
第二章压力容器应力分析
从图看到，仅在内压作用下，筒壁的应力分布规律为：
过程设备设计 第三版 教学PPT
嵌入式接管的焊接结构 属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和 大温度梯度等较苛刻的工况。 （a）图：适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与 封头的连接，且封头厚度δn ≤50mm。
（a）
（b）
图4-59 嵌入式接管与封头的焊接结构
第四章压力容器设计
凸缘与壳体的焊接结构 1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图4-60 所示。 2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图4-61。
第四章压力容器设计
（a）
（b）
图4-57 带补强圈的插入式接管焊接结构
第四章压力容器设计
安放式接管的焊接结构
优点
结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。
图（a）：适用于接管内径小于或等于100mm的场合； 图（b）和（c）：适用于壳体厚度δn≤16mm的碳素钢和碳
锰钢，或 δn≤25mm的奥氏体不锈钢容器。其中图
2、气压试验
气体：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，温度：≥15℃ 气压试验较液压试验危险，故试验压力比液压试验低，
容器上的对接接头应进行100%射线或超声检测。
内压容器 [σ]/[σ]t 的取值要 求同液压 试验。 外压容器和真空容器
[] PT 1.15p t []
PT 1.15p
PT ( Di e ) T 0.8 s ( 0.2 ) 2 e
改进
较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面
焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或
采用带垫板的坡口等。
第四章压力容器设计
3、尽量减少焊缝处的应力集中
接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计 焊接结构时必须尽量减少应力集中。 尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接， 应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接， 措施 以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板 厚度δ2不大于10mm，两板厚度差超过3mm；或当 薄板厚度δ2大于10mm，两板厚度差超过薄板的 30%，或超过5mm时，均需按图4-55的要求削薄厚
（a）
（b）
图4-59 嵌入式接管与封头的焊接结构
第四章压力容器设计
凸缘与壳体的焊接结构 1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图4-60 所示。 2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图4-61。
第四章压力容器设计
（a）
（b）
图4-57 带补强圈的插入式接管焊接结构
第四章压力容器设计
安放式接管的焊接结构
优点
结构拘束度低、焊缝截面小、较易进行射线检测等。
图（a）：适用于接管内径小于或等于100mm的场合； 图（b）和（c）：适用于壳体厚度δn≤16mm的碳素钢和碳
锰钢，或 δn≤25mm的奥氏体不锈钢容器。其中图
2、气压试验
气体：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，温度：≥15℃ 气压试验较液压试验危险，故试验压力比液压试验低，
容器上的对接接头应进行100%射线或超声检测。
内压容器 [σ]/[σ]t 的取值要 求同液压 试验。 外压容器和真空容器
[] PT 1.15p t []
PT 1.15p
PT ( Di e ) T 0.8 s ( 0.2 ) 2 e
改进
较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面
焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或
采用带垫板的坡口等。
第四章压力容器设计
3、尽量减少焊缝处的应力集中
接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处，因此，在设计 焊接结构时必须尽量减少应力集中。 尽可能采用等厚度焊接，对于不等厚钢板的对接， 应将较厚板按一定斜度削薄过渡，然后再进行焊接， 措施 以避免形状突变，减缓应力集中程度。一般当薄板 厚度δ2不大于10mm，两板厚度差超过3mm；或当 薄板厚度δ2大于10mm，两板厚度差超过薄板的 30%，或超过5mm时，均需按图4-55的要求削薄厚
4.3.1 概述——【过程设备设计】
第四章 压力容器设计 CHAPTER Ⅳ Design of Pressure Vessels4.3 常规设计14.3 常规设计4.1 概述 4.2 设计准则 4.3 常规设计 4.4 分析设计 4.5 疲劳分析 4.6 压力容器设计技术进展过程设备设计4.3.1 概述 4.3.2 圆筒设计 4.3.3 封头设计 4.3.4 密封装置设计 4.3.5 开孔和开孔补强设计 4.3.6 支座和检查孔 4.3.7 安全泄放装置 4.3.8 焊接结构设计 4.3.9 耐压试验24.3 常规设计4.3 常规设计过程设备设计本章重 点教学重点： （1）内压圆筒的强度设计； （2）外压圆筒的图算法； （3）开孔补强设计。
教学难点： 螺栓法兰连接的密封性设计。
34.3.1 概述一、设计思想4.3.1 概述过程设备设计——“按规则设计”（Design by Rules） ，只考虑单一的最大 载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，区别于 分析设计不考虑交变载荷，也不区分短期载荷和永 久载荷，不涉及容器的疲劳寿命问题。
应力求解——依据 材料力学及板壳 理论，按最大拉 应力准则来推导 受压元件的强度 尺寸计算公式。
校核——受压元件 的应力强度 < 材料许用应力 （强度） < 材料许用外压力 （失稳）边缘应力——采用 分析设计标准中 的有关规定和思 想，确定结构的 某些相关尺寸范 围，或由经验引 入各种系数。
44.3.1 概述二、弹性失效设计准则过程设备设计压力容器材料韧性较好，在弹性失效准则中，σ 1 ≤ [σ ]t σ 1 - σ 3 ≤ [σ ]t（4-3） （4-4）1 [(σ 21-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2]≤[σ]t采用式（4-4）或式（4-5）较为合理。
（4-5）但对于内压薄壁回转壳体，在远离结构不连续处，σ 3 ≈ 0式（4-3）简单，成熟使用经验，将该式作为设计准则。
54.3.1 概述4.3.1 概述二、弹性失效设计准则（续）内压薄壁圆筒：经向薄膜应力周向薄膜应力σφ=pD 4δσθ=pD 2δ过程设备设计δ—计算厚度，mm； D—筒体中面直径，mm。
过程设备设计课件
f.
支座
把压力容器支承并固定在基础上。
问题：不要支座行吗？ g. 补强圈 开孔会引发开孔区域产生过大的应力，为 安全计，需要补强圈补强。 提示：局部增强！
h. 安全附件
安装各种安全泄放装置和各种压力表、测温 仪表、液位计等。 问题：高压锅的安全泄放装置？ 问题：任何保证压力容器的安全？
1.2
压力容器的分类
为适应欧洲一体化而建立的标准，正在逐步 完善。该规范对中国的压力容器标准也有一定的 影响。如英国1976年制定的BS5500标准，为分 析设计标准。 • 日本标准 日本于1993年推出分析设计标准JIS8250。
1.3.2
国内主要压力容器标准
较为成熟的标准是：
提示：标准很多！
1989年制定的GB150-89《钢制压力容器》和 GB151-89《钢制管壳式换热器》等。 1998，1999年又重新修订了这两部标准和相关标准。 这些标准都是以ASME规范为蓝本，同时也吸取了欧 洲标准的一些思想，同时也加入了一些自己的思想和 方法（如管板强度设计方法）。 注：新版标准在征求意见中！
除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。 注意：各国对压力容器的分类方法不尽相同。 问题：容规分类中需考虑哪些因素？
1.3 压力容器规范标准 1.3.1 国外压力容器标准简介 • ASME规范
美国标准（American society of Machinery engineering) 为世界上第一部压力容器设计和制造方面的规 范，历史悠久，更新速度快，涵盖范围宽，同时也 是许多国家制定相关规范的蓝本（如日本、中国等 国家）。 提示：压力容器的设计必须遵守各种各样的标准！
1.3.3
国家标准和工业国家标准的比较
GB150较多地参照了ASME！ 1、与美国标准、欧洲标准的内容基本相同； 2、制定标准的出发点也相差不多； 3、差别主要在： a、标准的适用范围 b、材料的许用应力 c、材料的牌号及其性能、技术指标有所不同。
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筒体或封头上开孔后，开 孔部位的强度被削弱，并使该 处的应力增大。这种削弱程度 随开孔直径的增大而加大，因 而容器应尽量减少开孔的数量， 尤其要避免开大孔。对容器已 开设的孔，还应进行开孔补强 设计，以确保所需的强度。
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1. 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
化气体等介质
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，
应按工艺过程中的主要作用来划分品种
22
按安装方式分类
a.固定式压力容器
有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员
也较固定的压力容器。
6
圆柱形筒体按其结构可分为：
单层式 筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所 构成，即器壁只有一层（为防止内部介质 腐蚀，衬上的防腐层不包括在内）。
单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几 种。
7
组合式 筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层
以上互不连续的材料构成。 组合式筒体按结构和制造方式又可分为
14
1.2 压力容器分类
压力容器的使用范围广、数量多、工作条
件复杂，发生事故所造成的危害程度各不相同。
危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计
温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合
和安装方式等。危害程度愈高，压力容器材料、
设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
因此，需要对压力容器进行合理分类。
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长度较短的容器可直接在一个圆筒的两 端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也 就制成了一台压力容器外壳。
当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先 用钢板卷焊成若干段筒体（某一段筒体称为一个筒 节），再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的 筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连 接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环 向焊缝，简称环焊缝。
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1.2.1 介质危害性
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。
毒性
毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力， 用来表 示毒物剂量与毒性反应之间的关系。 毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应 所需要的剂量来表示。
16
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度， 中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。
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密封装置
螺栓法兰连接（简称法兰连接）是一种应用最广 的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通 过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰 按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。
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开孔与接管 由于工艺要求和检修的需要，常在 压力容器的筒体或封头上开设各种 大小的孔或安装接管，如人孔、手 孔、 视镜孔、物料进出口接管，以 及安装压力表、液面计、安全阀、筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容 器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需
由工艺计算确定。 需根据筒体的直径、长度和 壁厚，确定结构形式。
4
筒体直径较小（一般小于500mm时）， 可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊 缝。
直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒 或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊 缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向 和圆筒的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝， 简称纵焊缝。
可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸 的浓度范围称爆炸浓度极限，爆炸极限一般用可燃气体或 蒸气在混合物中的体积百分比来表示。
爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等 于20%的介质，一般称为易燃介质。
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压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体 和液化气体。
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。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。
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1.2.2 压力容器分类
世界各国规范对压力容器分类的方法
各不相同，本节着重介绍中国《压力容器
安全技术监察规程》中的分类方法。
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按压力等级分类
按承压方式分类，压力容器可分为内压容 器与外压容器。
内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个 压力等级，具体划分如下 ：
低压(代号L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 中压(代号M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa; 高压(代号H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa; 超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
21
根按据容压力器容在器在生生产产工中艺过的程作中的用作分用：类:
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)
用于完成介质的物理、 化学反应。
用于完成介质的热量交换
用于完成介质的流体压力平 衡缓冲和气体净化分离
储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）
用于储存、盛装气 体、液体、液
多层式和缠绕式两大类
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缠绕式
多层式
9
根据几何形状的不同：封头球形
球冠形
封头
椭圆形 蝶形
凸形封 头
锥壳 平盖
容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在一起，从而有效 地保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量。
对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器，封 头和筒体的连接应采用可拆式的，此时在封头和筒体之间就 必须要有一个密封装置。
Process Equipment Design
过程设备设计
过程装备与控制工程教研室
第1章 1. 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
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1.1 压力容器总体结构
1.1.1 压力容器基本组成
外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔 接管、支座和安全附件，其功能是提供能承 受一定温度和压力的密闭空间。
毒性程度对法兰的选用影响很大，主要体现在法兰的公 称压力等级上，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，对材料选用、制造、检验和管 理的要求愈高。
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易燃性
可燃气体或蒸气与空气组成混合物，当混合物中可燃气体 含量满足完全燃烧条件时，则其燃烧反应最为剧烈。若其 含量减少或增加，火焰燃烧速度则会降低，而当浓度低于 或高于某一限度值时，就不再燃烧和爆炸。
筒体或封头上开孔后，开 孔部位的强度被削弱，并使该 处的应力增大。这种削弱程度 随开孔直径的增大而加大，因 而容器应尽量减少开孔的数量， 尤其要避免开大孔。对容器已 开设的孔，还应进行开孔补强 设计，以确保所需的强度。
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1. 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
化气体等介质
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，
应按工艺过程中的主要作用来划分品种
22
按安装方式分类
a.固定式压力容器
有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员
也较固定的压力容器。
6
圆柱形筒体按其结构可分为：
单层式 筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所 构成，即器壁只有一层（为防止内部介质 腐蚀，衬上的防腐层不包括在内）。
单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几 种。
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组合式 筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层
以上互不连续的材料构成。 组合式筒体按结构和制造方式又可分为
14
1.2 压力容器分类
压力容器的使用范围广、数量多、工作条
件复杂，发生事故所造成的危害程度各不相同。
危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计
温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合
和安装方式等。危害程度愈高，压力容器材料、
设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
因此，需要对压力容器进行合理分类。
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长度较短的容器可直接在一个圆筒的两 端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也 就制成了一台压力容器外壳。
当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先 用钢板卷焊成若干段筒体（某一段筒体称为一个筒 节），再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的 筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连 接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环 向焊缝，简称环焊缝。
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1.2.1 介质危害性
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。
毒性
毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力， 用来表 示毒物剂量与毒性反应之间的关系。 毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应 所需要的剂量来表示。
16
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度， 中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。
10
密封装置
螺栓法兰连接（简称法兰连接）是一种应用最广 的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通 过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰 按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。
11
开孔与接管 由于工艺要求和检修的需要，常在 压力容器的筒体或封头上开设各种 大小的孔或安装接管，如人孔、手 孔、 视镜孔、物料进出口接管，以 及安装压力表、液面计、安全阀、筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容 器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需
由工艺计算确定。 需根据筒体的直径、长度和 壁厚，确定结构形式。
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筒体直径较小（一般小于500mm时）， 可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊 缝。
直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒 或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊 缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向 和圆筒的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝， 简称纵焊缝。
可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸 的浓度范围称爆炸浓度极限，爆炸极限一般用可燃气体或 蒸气在混合物中的体积百分比来表示。
爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等 于20%的介质，一般称为易燃介质。
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压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体 和液化气体。
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。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。
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1.2.2 压力容器分类
世界各国规范对压力容器分类的方法
各不相同，本节着重介绍中国《压力容器
安全技术监察规程》中的分类方法。
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按压力等级分类
按承压方式分类，压力容器可分为内压容 器与外压容器。
内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个 压力等级，具体划分如下 ：
低压(代号L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa; 中压(代号M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa; 高压(代号H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa; 超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
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根按据容压力器容在器在生生产产工中艺过的程作中的用作分用：类:
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)
用于完成介质的物理、 化学反应。
用于完成介质的热量交换
用于完成介质的流体压力平 衡缓冲和气体净化分离
储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）
用于储存、盛装气 体、液体、液
多层式和缠绕式两大类
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缠绕式
多层式
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根据几何形状的不同：封头球形
球冠形
封头
椭圆形 蝶形
凸形封 头
锥壳 平盖
容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在一起，从而有效 地保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量。
对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器，封 头和筒体的连接应采用可拆式的，此时在封头和筒体之间就 必须要有一个密封装置。
Process Equipment Design
过程设备设计
过程装备与控制工程教研室
第1章 1. 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
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1.1 压力容器总体结构
1.1.1 压力容器基本组成
外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔 接管、支座和安全附件，其功能是提供能承 受一定温度和压力的密闭空间。
毒性程度对法兰的选用影响很大，主要体现在法兰的公 称压力等级上，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，对材料选用、制造、检验和管 理的要求愈高。
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易燃性
可燃气体或蒸气与空气组成混合物，当混合物中可燃气体 含量满足完全燃烧条件时，则其燃烧反应最为剧烈。若其 含量减少或增加，火焰燃烧速度则会降低，而当浓度低于 或高于某一限度值时，就不再燃烧和爆炸。