化工机械基础(第三版)第十一章 容器零部件设计
化工机械基础(第三版)第十章 容器设计基础PPT课件
按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、 反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等； 换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳式余 热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等； 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离， 如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等； 储存压力容器（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、 液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、 计量槽、槽车等。
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
第十章 容器设计基础
第一节 概 论
一、容器的结构
壳体(筒体)、封头(端盖)、法兰、支座、接口管及人孔 等组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。
二、容器的分类
压力容器分类
按容器的形状
内压：内部介质压力大于外界压力 外压：内部介质压力小于外界压力 真空：内部压力小于一个绝压的外压容器
表10-1 内压容器的分类
容器分类
设计压力 p （MPa）
低压容器
0.1≤p＜1.6
中压容器
1.6≤p＜10
高压容器
10≤p＜100
超高压容器
p≥100
按管理
根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压 力容器可分为三类。 第一类压力容器 第二类压力容器 第三类压力容器 不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热容器
不在第三、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。
课堂作业：判断题
判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？ 1）φ2000mmx5000mm的液氨储罐； 2）p为4MPa的剧毒介质容器； 3）p为10MPa，V为800L的乙烯储罐。
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案——容器零部件化工机械与设备一、教学目标：1. 知识与技能：（1）掌握容器的基本概念和分类；（2）了解容器零部件的常见类型及作用；（3）熟悉化工机械与设备的基本构成及功能。
2. 过程与方法：（1）通过观察和分析，识别不同类型的容器及其零部件；（2）学会运用化工机械与设备的知识，解决实际问题。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生的团队合作精神，提高动手操作能力；（2）培养学生对化工机械与设备行业的兴趣和责任感。
二、教学内容：1. 容器的概念与分类（1）介绍容器的基本概念；（2）讲解容器的分类及特点。
2. 容器零部件（1）介绍容器零部件的常见类型；（2）讲解各种零部件的作用及其在容器中的重要性。
3. 化工机械与设备（1）介绍化工机械与设备的基本构成；（2）讲解化工机械与设备的功能及应用。
三、教学重点与难点：1. 教学重点：（1）容器的基本概念与分类；（2）容器零部件的常见类型及作用；（3）化工机械与设备的基本构成及功能。
2. 教学难点：（1）容器零部件在实际应用中的识别与选择；（2）化工机械与设备在化工生产中的应用。
四、教学方法与手段：1. 教学方法：（1）采用讲授法，讲解基本概念和原理；（2）采用案例分析法，分析实际问题；（3）采用小组讨论法，培养团队合作精神。
2. 教学手段：（1）使用多媒体课件，展示图片和视频；（2）利用模型和实物，进行直观教学；（3）布置实践作业，巩固理论知识。
五、教学安排：1. 课时：2课时（90分钟）2. 教学过程：（1）第一课时：讲解容器的基本概念与分类，容器零部件的常见类型及作用；（2）第二课时：讲解化工机械与设备的基本构成及功能，分析实际应用案例。
3. 作业布置：（2）查找相关资料，了解化工机械与设备在化工生产中的应用。
第二章教案——容器零部件化工机械与设备六、教学目标：1. 知识与技能：（1）掌握容器密封件的类型及作用；（2）了解容器支撑部件的分类与功能；（3）熟悉搅拌设备的工作原理与应用。
(整理)化机基础-容器零部件
《化工设备机械基础》习题解答第六章 容器零部件二、填空题：A 组：1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR ）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：轴向应力应为（σ拉 ≤[]σt ）轴向压力应为（σ压 ≤[]σt）和（轴向许用压缩应力[]σac 的较小值） B 组：1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D 0,且A 不大于（0.2）L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°） 和θ=（150°）两种。
3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是：有效补强宽度是（}22,2m ax {nt n d d B δδ++=）外侧有效补强高度是（min {接管实际外伸高度,1nt d h δ=}） 内侧有效补强高度是（min {接管实际内伸高度,2nt d h δ=}） 4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di ≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i ,且不得超过（520）mm.当筒体直径D i ,>1500mm 时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i ,,且不得超过（1000）。
化工设备机械基础-总复习
第一章 静力分析（刚体）
分析： 未知数与平衡方程数 BE与CE为二力杆
［例题］图示结构由曲梁ABCD及杆CE、BE和GE构成，A、B、C、E、G均为铰接。已知F=20kN，均布载荷q=10kN／m，M=20kN·m，a=2m。试求A、G处的反力及杆BE、CE所受之力。
第一章 静力分析（刚体）
贮运设备
按承压高低分类
常压容器：p < 0.1 MPa
低压容器：0.1≤p < 1.6 MPa
中压容器：1.6≤p < 10 MPa
高压容器：10≤p < 100 MPa
超高压容器：100 MPa ≤p
按综合安全管理分类
I类容器－II类容器－III类容器
第六章 化工设备设计概述
第六章 化工设备设计概述
第三章 弯曲(梁)
梁的弯曲强度公式
02
梁的弯曲要解决的三类问题
03
强度校核
04
确定梁的截面形状、尺寸
05
计算梁的许可载荷
06
首先进行静力分析，求解约束反力；
其次内力分析画出正确的剪力图和弯矩图，确定危险截面；
08
求解危险截面的最大弯曲应力；
09
利用弯曲强度条件（或其公式的变形）求解问题。
第四章 应力状态和强度理论
第三章 弯曲(梁)
［例题］已知梁的载荷F=10kN，q=10kN／m，b=1m，a=0.4m，列出梁的剪力、弯矩方程，并做出剪力、弯矩图。 解：⑴ 画受力图，列平衡方程，求支反力； NB=1kN Nc=19 kN ⑵ 利用截面法分别列出AC、CB段的剪力和弯矩方程； AC段：Q(X)=-10 M(X)=-10X (0≤X<0.4) CB段：Q(X)=13-10X M(X)=-5X2 + 13X - 8.4 (0.4<X≤1.4) ⑶ 画出剪力图和弯矩图
《化工机械基础》课程设计任务书-液氨储罐机械设计-毕业论文.doc
《化工机械基础》课程设计任务书目录第一部分设计绪论 (5)（1）设计任务、设计思想、设计特点 (5)（2）主要设计参数的确定及说明 (5)第二部分材料及结构的选择与论证 (7)（1）材料的选择与认证 (7)（2）结构的选择与认证 (7)第三部分设计计算 (10)（1）计算筒体的壁厚 (10)（2）计算封头的壁厚 (11)（3）水压试验压力及其强度校核 (11)（4）选择人孔并核算开孔补强 (12)（5）选择鞍座并核算承载能力 (14)第四部分主要附件的选用 (15)（1）选择液位计 (16)（2）各进出口的选择 (16)第五部分设计小结 (17)参考文献 (17)《化工机械基础》课程设计任务书1.设计题目：液氨储罐机械设计技术特性公称容积(m3) 25 公称直径Dg(mm) 2200介质液氨筒体长度L(mm) 7200设计压力(MPa) 3.6 工作温度(0C) ≤40℃厂址芜湖市推荐材料16MnR管口表编号名称公称直径(mm) 编号名称公称直径(mm)a1-2 液位计15 e 安全阀25b 进料管40 f 放空管25c 出料管20 g 人孔450d 压力表25 h 排污管40工艺条件图3.计算及说明部分内容（设计内容）：第一部分绪论：（1）设计任务、设计思想、设计特点；（2）主要设计参数的确定及说明。
第二部分材料及结构的选择与论证（1）材料选择与论证；（2）结构选择与论证：封头型式的确定、人孔选择、法兰型式、液面计的选择、鞍式支座的选择确定。
第三部分设计计算（1）计算筒体的壁厚；（2）计算封头的壁厚；（3）水压试验压力及其强度校核；（4）选择人孔并核算开孔补强；（5）选择鞍座并核算承载能力；第四章主要附件的选用（1）、液面计选择（2）、各进出口的选择（3）、压力表选择第五章设计小结附设计参考资料清单4．绘图部分内容：总装配图一张（1#）5．设计期限：1周（20123年 06 月 24 日—— 2013年 06月 30 日）6．参考资料：[1]《化工过程设备机械基础》，李多民、俞慧敏主编，中国石化大学出版社[2]《化工设备机械基础》，汤善甫朱思明主编，华东理工大学出版社。
《化工设备基础》王绍良 第三版 课件压力容器安全附件
热电偶温度计测温系统示意图
图 热电偶示意图
1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
热电偶：两种不同的金属A和B构成闭合回路， 当两个接触端T﹥T0时，回路中会产生热电势。
热电势由两种材料的 接触电势和单一材料
的温差电势决定
1、容器安全装置-热电阻测温仪表
1、容器安全装置作用
化工容器在一定的操作压力和操作温度下运行， 化工容器的壳体及附件依据操作压力和操作温度进行设计 和选择。
泄压装置-安全阀、爆破片 参数监测-压力表、测温仪
1、容器安全装置-安全阀
弹簧式安全阀： • 阀座、阀头、 • 顶杆、弹簧、 • 调节螺栓等零件组成。
1、容器安全装置-安全阀
4、液位计是（ ）压力容器内液面位置变化的安全装置。 A.控制 B.显示 C.控制和显示
1、容器其他附件-手孔与人孔
• 目的：检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。 • 选用标准：手孔（HG21515～21527-95）
人孔（HG21528～21535-95） 根据设备公称压力，工作温度以及所用材料等按标准直接选用。
法兰、安全阀、爆破片、 测温仪、液面计、视镜、 接管与凸缘
• 爆破片： 当压力容器的压力超过爆破片爆破压力时，爆破片 即自行爆破泄压，防止压力容器爆炸事故的发生
使用场合： 介质具有粘性、不洁净 容器内压力急剧上升 剧毒介质或昂贵气体 要求全量泄放
1、容器安全装置-爆破片
• 爆破片选用：
根据介质性质、工艺条件、载荷特性等选用爆破片
一般爆破片装置在2~3年内更换，对腐蚀性、毒性介质 与苛刻条件下使用的爆破片，应缩短更换周期
(完整word版)化工设备机械基础课后答案
《化工设备机械基础》习题解答第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击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。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组：1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
化工机械基础(第三版)第十一章容器零部件设计.
二、立式容器的支座
立式容器的支座主要有：
耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二种， 高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
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㈠ 耳式支座
简称耳座：垫板、筋板和支脚板。
广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。
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二、法兰的分类
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（一）整体法兰
１．平焊法兰，制造容易，应用广泛，但刚性较差。
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平焊法兰的适用范围：
法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以 平焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0MPa）。
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㈢ 垫片性能
垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用垫片分为：
非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片
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非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。
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一、法兰联接结构与密封原理
组合件
联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要 防止介质泄漏。
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法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。 压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封 面上微隙被填满，形成初始密封条件。 密封比压力主要决定于垫片材质。 垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大， 螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整
(优选)化工机械基础第三版第十章容器设计基础
就不必符合规定的公称压力。
第22页，共147页。
四、压力容器的标准简介
压力容器标准是全面总结压力容器生产、设计、安全等方面的 经验，不断纳入新科技成果而产生的。它是压力容器设计、制造、 验收等必须遵循的准则。压力容器标准涉及设计方法、选材及制造、 检验方法等。
第12页，共147页。
按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分
解锅、聚合釜、变换炉等；
换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅 炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等； 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如 分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；
储存压力容器（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、液化气 体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。
第7页，共147页。
指标
急性中 毒
吸入
经皮 经口
急性中毒
慢性中毒
慢性中毒后果
致癌性 最高容许浓度 常见化学介质
Ⅰ 极度危害
分级
Ⅱ 高度危害
Ⅲ 中毒危害
Ⅳ 轻度危害
＜200 mg/m3
＜100 ＜25
易中毒后果 严重
200 ~ mg/m3
100 ~ 25 ~
可中毒，愈 后良好
2000 mg/m3~ 500 ~ 500 ~
偶可中毒
＞20000 mg/m3
＞2500 ＞5000
无中毒但有 影响
患病率高 较高
偶有发生 有影响
继续进展不 能治愈
可基本治愈
可恢复无严 重后果
化工机械基础-第12章 -1 容器零部件 法兰连接
在操作工况下，为保证“紧密不漏”，垫片上要 留有足够的压紧力，螺栓、法兰都要有足够的刚 度和强度。
Page3
可拆连接的基本要求
化工设备机械 基础
• 足够的刚度。连接件间有足够的密封压紧力，保 证操作过程中介质不泄漏。
• 足够的强度。被削弱的容器和连接件都有足够的 强度。
• 耐腐蚀。设计温度下正常工作，可拆装。
• 成本低，适合大批量生产。
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化工设备机械 基础
• 法兰连接结构与密封原理 (1） 连接结构 （2）失效形式 （3）密封原理
级，用于较大直径范围 • 还可用于公称压力2.5,4.0 Mpa等级的较
小直径范围（DN300-DN3000） • 可使用非金属垫片、半金属垫片，有平
面密封面、凹凸密封面和榫槽密封面。
Page37
长颈对焊法兰
特点
由于有长颈，并 采用对焊，故刚 性更好，用于压 力更高处.
化工设备机械 基础
化工设备机械 基础
Page32
化工设备机械 基础
（5）操作条件：即压力、温度和介质的物理化学性 质。 温度对密封性能的影响： a.高温介质粘度小，渗透性强，易泄漏 ； b.高温会导致法兰、 螺栓发生蠕变和应力松弛， 使密封比压下降； c.温度和压力联合作用，导致介质对垫片材料的腐 蚀加快，造成密封失效； d.在高温作用下，密封组合件各部分的温度不同， 发生热膨胀不均匀，增加泄漏的可能。
Page10
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案容器零部件化工机械与设备教学目标：1. 了解容器零部件的基本概念和作用。
2. 熟悉常见容器零部件的名称、特点和应用。
3. 掌握容器零部件的选材和设计原则。
教学内容：1. 容器零部件的定义和分类。
2. 容器零部件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 常见容器零部件的名称、特点和应用。
4. 容器零部件的选材和设计原则。
教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾化工机械与设备的基本概念。
2. 提问：“什么是容器零部件？它在化工机械与设备中有什么作用？”二、新课内容讲解（15分钟）1. 讲解容器零部件的定义和分类。
2. 讲解容器零部件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 介绍常见容器零部件的名称、特点和应用。
4. 讲解容器零部件的选材和设计原则。
三、案例分析（15分钟）1. 提供几个容器零部件的案例，让学生分析其选材和设计原则。
2. 学生分组讨论，汇报分析结果。
四、课堂小结（5分钟）1. 回顾本节课的主要内容。
2. 强调容器零部件在化工机械与设备中的重要性。
五、课后作业（课后自主完成）1. 复习本节课的内容，整理笔记。
2. 完成课后练习题，巩固所学知识。
教学评价：1. 课后作业完成情况。
2. 课堂参与度和表现。
3. 案例分析的深度和准确性。
第二章教案容器零部件化工机械与设备教学目标：1. 了解容器密封件的基本概念和作用。
2. 熟悉常见容器密封件的名称、特点和应用。
3. 掌握容器密封件的选材和设计原则。
教学内容：1. 容器密封件的定义和分类。
2. 容器密封件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 常见容器密封件的名称、特点和应用。
4. 容器密封件的选材和设计原则。
教学过程：六、导入（5分钟）1. 回顾上一章的内容，引导学生了解容器零部件在化工机械与设备中的重要性。
2. 提问：“什么是容器密封件？它在化工机械与设备中有什么作用？”七、新课内容讲解（15分钟）1. 讲解容器密封件的定义和分类。
《化工设备基础》王绍良 第三版 课件 内压薄壁容器设计参数确定 水压试验
（五）厚度附加量 在设计容器时预先给壁厚一个增量，这就是
厚度附加量
3. 设计参数的确定—Pw P Pc PT
3. 设计参数的确定—Pw P Pc PT
3.1 设计压力
工作压力Pw：是指在正常情况下，容器顶部可能达到的最高压力 ；由工艺过程决定的； 设计压力P：标注在设备铭牌上的压力，其值不低于工作压力； 根据具体条件而规定的； 计算压力Pc：在相应设计条件下，用以确定元件厚度的压力，包 括液体静压力。
化工设备基础(王绍良)（第三版）
容器参数确定 水压试验
思路：
1、壁厚计算公式 2、壁厚水压试验校核 3、封头壁厚计算及对比
δ pcDi 2[σ]tφ - pc
PT
1.25
P
[ ] [ ]t
T
(PT
PL)Di
2δe
δe
0.9
S 0.2
δ
Pc Di
2[ ]t 0.5Pc
球形、 标准椭圆形、 碟形
在运输过程中为了保持必要的刚度，都必须使用大量的辅助钢材，将圆筒撑 圆，而这些钢材所需费用都要计入设备的制造成本中去，所以规定容器的最 小壁厚在经济上是合理的。
GB150-1998规定： • 碳素钢和低合金钢制容器，取 δmin 3mm • 高合金钢制容器，取 δmin 2mm
内压薄壁筒体的强度
其值的大小有焊接接头的形式及无损检测的长度比例确定
3. 设计参数的确定—ф
3.4 焊接接头系数
焊接接头系数是指对接焊接接头强度与母材强 度之比值。用以反映由于焊接材料、焊接缺陷 和焊接残余应力等因素使焊接接头强度被削弱 的程度，是焊接接头力学性能的综合反映。 （实际上焊接接头系数并不真正反映焊缝处材 料强度被削弱的程度，而是一个经验数据，表 示焊缝质量的可靠程度。）
化工机械基础
《化工机械基础(第三版)》是2015年化学工业出版社出版的图书，作者是陈国桓、陈刚。
全书共分五篇。
第一篇工程力学，包括物体的受力分析及其平衡条件、直杆的拉伸和压缩、直梁的弯曲、剪切、圆轴的扭转、基本变形小结;第二篇材料与焊接，包括化工设备材料、焊接;第三篇容器设计，包括容器设计基础、容器零部件设计、容器设计举例;第四篇典型化工设备，包括塔设备、管壳式换热器;第五篇机械传动，包括带传动、齿轮传动。
书后有附录等相关内容。
本书可作为高等学校化学工程与工艺专业及相近专业(石化、生化、制药、冶金、环保、能源等)的本科生教材，也可供相关部门的科研、设计和生产单位的工程技术人员参考。
第一篇工程力学/1第1章物体的受力分析及其平衡条件/21.1力的概念和基本性质21.2力矩与力偶51.3物体的受力分析及受力图81.4平面力系的平衡方程13思考题17第2章直杆的拉伸和压缩/182.1直杆的拉伸和压缩192.2拉伸和压缩时材料的力学性能222.3拉伸和压缩的强度条件29第3章直梁的弯曲/333.1梁的弯曲实例与概念333.2梁横截面上的内力--剪力与弯矩343.3弯矩方程与弯矩图363.4弯曲时横截面上的正应力及其分布规律42 3.5梁弯曲时的强度条件453.6梁截面合理形状的选择473.7梁的弯曲变形49思考题52第4章剪切/534.1剪切变形的概念534.2剪力、切应力与剪切强度条件534.3挤压的概念和强度条件554.4剪切变形和剪切虎克定律55思考题56第5章圆轴的扭转/575.1圆轴扭转的实例与概念575.2扭转时的外力和内力585.3扭转时横截面上的应力605.4扭转的强度条件645.5圆轴的扭转变形与刚度条件65第6章基本变形小结/68第一篇习题70参考文献76第二篇材料与焊接/77第7章化工设备材料/787.1概述787.2材料的性能787.3铁碳合金817.4钢的分类867.5有色金属材料957.6非金属材料977.7化工设备的腐蚀及防腐措施99 7.8化工设备的材料选择104思考题105第8章焊接/1078.1电弧焊1078.2焊接材料1098.3焊接接头和坡口形式1128.4焊接缺陷与焊接质量检验114 思考题116参考文献116第三篇容器设计/119第9章容器设计基础/120 9.1概述1209.2内压薄壁容器设计125 9.3外压圆筒设计1349.4封头的设计144思考题153第10章容器零部件设计/154 10.1法兰连接15410.2容器支座16310.3容器的开孔与附件169 思考题173第11章容器设计举例/174 11.1罐体壁厚设计174 11.2封头壁厚设计174 11.3鞍座设计17511.4人孔设计17511.5人孔补强确定176 11.6接口管设计17611.7设备总装配图176第三篇习题178参考文献180第四篇典型化工设备/181第12章塔设备/18212.1概述18212.2板式塔结构18212.3填料塔18812.4塔体强度计算19812.5裙座的强度计算205思考题210第13章管壳式换热器/21113.1概述21113.2管壳式换热器的结构形式21213.3管壳式换热器构件21313.4管壳式换热器的强度计算22513.5管壳式换热器标准简介230参考文献231第五篇机械传动/233第14章带传动/23414.1概述23414.2带传动的工作原理及工作情况分析235 14.3V形带传动的设计计算23714.4V形带轮24114.5V形带的布置、使用和维修24314.6同步齿形带传动简介244思考题246第15章齿轮传动/24715.1概述24715.2齿廓啮合的基本定律24715.3渐开线和渐开线齿廓的啮合特性24815.4渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和基本尺寸25015.5一对渐开线齿轮的啮合传动25215.6齿轮的加工方法及变位齿轮25315.7齿轮轮齿的失效形式25615.8直齿圆柱齿轮传动的强度计算25715.9齿轮材料与许用应力26115.10齿轮的构造262思考题265第五篇习题266参考文献266附录/267附录1我国不锈钢与美国不锈钢牌号近似对照(摘自GB.150-2011)267附录2钢材弹性模量(摘自GB.150-2011)268附录3钢材平均线膨胀系数(摘自GB.150-2011)268附录4钢材许用应力(包括碳素结构钢钢板、压力容器用钢板、低温压力容器用钢板、高合金钢板，摘自GB.150-2011及GB.150-1998)269附录5碳素钢和低合金钢钢管许用应力(摘自GB.150-2011)272 附录6热轧工字钢规格及截面特性参数(摘自GB.706-2008)273 附录7钢制压力容器用甲型平焊法兰的结构形式和系列尺寸(摘自NB/T.47021-2012)274附录8管法兰中，突面、凹凸面、榫槽面的密封面尺寸(摘自HG/T.20592-2009)276附录9板式平焊钢制管法兰参数(摘自HG/T 20592-2009)277 附录10有关筒体和封头的数据280。
化工设备机械基础-容器零部件
（3）垫片性能
垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要 条件。适合制作垫片的材料一般应耐腐蚀、不污染操作介质；具有良好的变形能 力和回弹能力；要有一定的机械强度和适当的柔软性；在工作温度下不易变质硬 化或软化。
法兰密封垫片的选择要有全面观点，要考虑操作介质的性质、操作压力和温 度，以及需要密封的程度；亦要考虑垫片的性能、压紧面的形式、螺栓力的大小 以及装卸要求等。
（3）按法兰端面形状分类
3.3 影响法兰密封的因素 （1）螺栓预紧力
预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件；同时预紧力也不能 太大，否则将会使垫片被压坏或挤出。提高螺栓预紧力，可以增加垫 片的密封能力。采取减小螺栓直径，增加螺栓个数的办法对密封是有 利的。
（2）压紧面（密封面）
压紧面直接与垫片接触，它既传递螺栓力使垫片变形，同时也 是垫片变形的表面约束。
（b）工作时法兰上所受的外力多了一个由容器内压形成的轴向力Q。这 时的螺栓力T2正好用来平衡轴向力Q和垫片反力N2，此时作用在法兰 上的外力矩可以用一个由T2和Q+N2组成的力偶来代替。
增加法兰的厚度及与法兰盘 联接处器壁的壁厚，减小螺 栓力作用的力臂（即缩小螺 栓中心圆直径），都能提高 法兰的抗弯刚度；对带颈的 法兰来说，增加颈的厚度对 提高法兰强度，会有比增加 法兰盘厚度有更好的效果。
公称压力（nominal pressure）是压力容器或管道的标准化 压力等级，即按标准化要求将工作压力划分为若干个压力等级。 指规定温度下的最大工作压力,也是一种经过标准化后的压力数 值。
主要是指标准件如法兰、阀门等规定了一系列标准以便于 在实际过程中进行选用，而不需要每次都要进行计算。如法兰 公称压力：0.25、0.6、1.0、1.6等等，公称直径：10、15、20 等等。当然选用时过程中要注意应力、温度和材料影响。
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案容器零部件化工机械与设备教学目标：1. 了解容器零部件的基本概念和作用。
2. 熟悉常见容器零部件的名称、规格和用途。
3. 掌握容器零部件的选材和设计原则。
教学内容：1. 容器零部件的分类及作用筒体、封头、人孔、人孔盖、人孔法兰、视镜、液位计、安全阀、爆破片、螺栓、螺母等。
2. 常见容器零部件的名称、规格和用途筒体：承受物料压力和物料重量，连接封头和支座。
封头：密封容器口，防止物料泄漏。
人孔：方便容器内物料的装卸和检修。
人孔盖：覆盖在人孔上，密封人孔。
人孔法兰：连接容器和人孔盖。
视镜：观察容器内物料状态。
液位计：测量和控制容器内物料液位。
安全阀：防止容器内压力超过规定值。
爆破片：当容器内压力超过规定值时，自动破裂以释放压力。
螺栓：连接容器零部件。
螺母：配合螺栓使用，紧固容器零部件。
3. 容器零部件的选材和设计原则选材：根据容器内物料的性质、工作压力、工作温度等因素选择合适的材料。
设计原则：强度足够、密封可靠、结构简单、便于制造和维修。
教学方法：1. 采用多媒体教学，展示容器零部件的图片和实物。
2. 讲解容器零部件的名称、规格和用途。
3. 案例分析，分析实际工程中的容器零部件选材和设计。
4. 课堂讨论，引导学生思考容器零部件在实际应用中的重要性。
教学评估：1. 课后作业：要求学生绘制容器零部件的简图，并简要说明其作用。
2. 课堂问答：检查学生对容器零部件知识的掌握程度。
3. 小组讨论：评估学生在团队协作中解决问题的能力。
教学资源：1. 容器零部件图片和实物。
2. 相关教材和参考资料。
3. 计算机和投影仪。
教学安排：课时：2学时教学步骤：1. 导入：介绍教案容器零部件化工机械与设备的基本概念和重要性。
2. 讲解：讲解容器零部件的分类及作用，常见容器零部件的名称、规格和用途，容器零部件的选材和设计原则。
3. 案例分析：分析实际工程中的容器零部件选材和设计。
4. 课堂讨论：引导学生思考容器零部件在实际应用中的重要性。
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2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。
更高压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径范围 (DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。 乙型平焊法兰中DN 2000mm以下规格包括在长颈对焊法兰
的规定范围之内。两者联接尺寸和法兰厚度一样。
简单、轻便，但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素流失， 也需加一个不锈钢垫板。
第十一章 容器零部件设计
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主要内容：
法兰联接结构与密封原理；法兰标准及选用。
容器支座的类型和其它附件的结构与应用。
开孔补强的原理与方法。
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第一节 法兰联接
生产工艺要求，或为制造、运输、安装、检修方便，常采用 可拆卸的联接结构。 常见的可拆卸结构有： 法兰联接 螺纹联接 承插式联接。 可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。 法兰联接强度较好和紧密性，适用尺寸范围宽，设备和管道 应用最普遍。 法兰联接不能很快装配与拆卸，制造成本较高。 设备法兰与管法兰均已制定出标准。根据公称直径和公称压 力，可以从标准中查到，少量超出标准规定范围法兰，才需 进行设计。
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三、影响法兰密封的因素
影响法兰密封的因素主要有： 螺栓预紧力；
密封面型式；
垫片性能； 法兰刚度； 操作条件。
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㈠ 螺栓预紧力
螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。
预紧力使垫片压紧并实现初始密封。
预紧力过大则垫片被压坏或挤出。 预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密封，必须使 预紧力均匀地作用于垫片。 当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径
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２．对焊法兰
又称高颈法兰或长颈法兰。
颈提高刚性，厚度比筒体厚，降低根部弯曲应力。 对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度好，对焊法兰适用
于压力、温度较高或设备直径较大的场合。
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（二）松式法兰
法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差。
对密封有利。
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㈡ 密封面
法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主
要考虑压力、温度、介质。
压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点： 1、突面（RF）
光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便
于进行防腐衬里。 接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。
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㈡ 管法兰标准
同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互 相代用。 管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁
法兰、活套法兰、螺纹法兰等。
管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。 GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准HG20592～ HG20602-97；中石化标准SH3406-96等。其中化工部标准
将高于它的公称压力。
只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确 定了。
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最大允许工作压力的确定：
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课堂作业：
为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器选配法兰。
材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。
中分为欧洲体系、美洲体系等，我国常用的为欧洲体系。
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例11-1：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度 280℃，设计压力0.2MPa。Q235-A。
根据操作温度、设计压力和所用材料，应按公称压力为0.6MPa 查选尺寸。
压力不高，直径不大，表11-2用甲型平焊法兰、平面密封面，
最大允许操作压力0.6MPa。
高于200℃的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。 低于200℃仍按200℃确定其最高工作压力。
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材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力
PN0.6MPa的法兰，200℃操作，最大允许操作压力也低于
公称压力。 材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压 力PN0.6MPa的法兰，在200℃操作时，最大允许操作压力
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鞍座与筒体端部距离A确定： 当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的
加强作用，取A≤0.25D；
当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时，取A≤0.2L。
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㈡ 圈座
采用圈座的情况： 对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成严
重挠曲；
多于两个支承的长容器。
除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。
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㈢ 腿式支座
简称支腿 连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备
（DN≤1600、L≤5m）。
腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T 471492 《腿式支座》。
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金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67％，
Cu30％，Cr4～5％)钢等。 主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、 螺栓力的大小以及装卸要求等。
个法兰面都铺满垫片。
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工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够
回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封
比压)，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。 密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。 螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。
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一、法兰联接结构与密封原理
组合件
联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要 防止介质泄漏。
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法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。 压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封 面上微隙被填满，形成初始密封条件。 密封比压力主要决定于垫片材质。 垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大， 螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整
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㈢ 垫片性能
垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用垫片分为：
非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片
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非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。
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金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。 金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金 属包起来； 金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制
而成。不带定位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适 应的温度与压力范围较高一些。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2、凹凸面（MFM） 凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤
出，适用于压力较高。
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3、榫槽面(TG) 槽中垫片不被挤动。
螺栓力较小。获得良好的密封效果。
结构较复杂，更换垫片较困难。 榫面容易损坏。 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。
查表10-15
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四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准
一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
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1．平焊法兰：
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压力容器法兰公称直径同压力容器 例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的 压力容器法兰。
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法兰公称压力：
与最大操作压力、操作温度以及材料有关。
定义：以16MnR在200℃时的机械性能为基准确定法兰尺 寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该 尺寸法兰的公称压力。 公称压力PNO.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200℃时，
㈠ 鞍式支座
应用最广泛的卧式容器支座。 已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，根据容器公称直径
和重量选用。
由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连 接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。
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鞍座包角120°或150°，安放稳定。
高度200、300、400和500mm。
作业 ：P224
1、2、3
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第二节 容器支座
概述：
容器支座：支承容器重量、固定容器位置并使容器在操 作中保持稳定。 结构型式由容器自身的型式决定，分： 卧式容器支座 立式容器支座