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第一篇化工设备材料1

第一章化工设备材料及其选择1

第一节 概述1

第二节材料的性能1

一、机械性能2

二、物理性能7

三、化学性能7

四、工艺性能8

五、其它性能9

第三节金属材料的分类及牌号10

一、分类10

二、钢铁牌号及表示方法12

三、有色金属及合金牌号和表示方法14

第四节碳钢与铸铁14

一、铁碳合金的组织结构15

二、铁碳合金状态图17

三、碳钢19

四、钢的热处理21

五、铸铁23

第五节普通低合金钢及化工设备用的特种钢24

一、合金元素对钢的影响25

二、普通低合金钢25

三、锅炉钢26

四、容器钢27

五、不锈耐酸钢27

六、耐热钢28

七、低温用钢30

八、钢材的品种和规格30

第六节有色金属材料31

一、铝及其合金31

二、铜及其合金32

三、铅及其合金33

四、钛及其合金33

第七节非金属材料34

一、无机非金属材料34

二、有机非金属材料34

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施36

一、金属的腐蚀36

二、金属腐蚀破坏的形式41

三、金属设备的防腐措施42

第九节化工设备材料的选择43

一、选用材料的一般原则43

二、其它方面的选材原则44

习题46

参考文献50

第二编化工容器设计51

第二章概论51

一、容器的结构与分类51

二、容器机械设计的基本要求53

三、容器零部件的标准化54

习题57

第三章内压薄壁容器的应力分析59

第一节内压薄壁圆筒的应力分析59

一、薄壁容器及其应力特点59

二、内压圆筒的应力计算公式60

第二节回转壳体的应力分析—薄膜应力理论62

一、基本概念与基本假设62

二、经向应力计算公式—区域平衡方程式64

三、环向应力计算公式—微体平衡方程式65

四、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围67

第三节薄膜理论的应用68

一、受气体内压的圆筒形壳体68

二、受气体内压的球形壳体69

三、受气体内压的椭球壳（椭圆形封头）69

四、受气体内压的锥形壳体72

五、受气体内压的碟形封头73

六、承受液体静压作用的圆筒壳75

七、承受液体静压作用的球形壳体76

八、例题78

第四节内压圆筒边缘应力的概念81

一、边缘应力的概念81

二、边缘应力的特点83

三、对边缘应力的处理84

习题85

第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计90

第一节强度设计的基本知识90

一、关于弹性失效的设计准则90

二、强度理论及其相应的强度条件90

第二节内压薄壁圆筒的强度设计92

一、强度计算公式92

二、设计参数的确定93

三、容器的最小壁厚100

四、压力试验及其强度校验100

五、例题101

第三节内压圆筒封头的设计104

一、半球形封头104

二、椭圆形封头105

三、碟形封头107

四、无折边球形封头108

五、锥形封头110

六、平板封头115

七、例题118

八、封头的选择120

习题122

第五章压力容器的应力分类及对各类应力的限制126

第一节压力容器的应力分类126

一、常用应力术语126

二、一次应力（代号P）127

三、二次应力（代号Q）128

四、峰值应力（代号F）128

第二节压力容器设计中对各类应力的限制130

一、应力强度的概念130

二、各类应力的应力强度限制131

第三节极限设计法和安定性的概念132

一、极限设计法132

二、安定性的概念134

第六章外压圆筒与封头的设计137

第一节概述137

一、外压容器的失稳137

二、容器失稳型式的分类137

第二节临界压力138

一、临界压力138

二、影响临界压力的因素138

三、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒139

四、临界压力的理论计算公式140

五、临界长度141

第三节外压圆筒的工程设计142

一、设计准则142

二、外压圆筒壁厚设计的图算法143

三、外压圆筒壁厚表150

四、外压容器的试压150

五、例题150

第四节外压凸形封头的设计153

一、外压球壳和球形封头的设计153

二、凸面受压封头的设计153

三、例题153

第五节加强圈的设计155

一、加强圈的作用与结构155

二、加强圈的间距155

三、加强圈尺寸设计156

四、加强圈与筒体间的连接156

五、例题158

习题159

第七章容器零部件163

第一节法兰联接163

一、法兰联接结构与密封原理163

二、法兰的结构与分类164

三、影响法兰密封的因素166

四、法兰标准及选用170

五、例题173

第二节容器支座176

一、卧式容器支座176

二、立式容器支座183

第三节容器的开孔补强185

一、开孔应力集中现象及其原因185

二、开孔补强设计的原则与补强结构187

三、等面积补强的设计方法190

四、整体补强195

五、例题195

第四节容器附件196

一、接口管196

二、凸缘197

三、手孔与人孔197

四、视镜198

第五节容器设计举例199

一、罐体壁厚设计199

二、封头壁厚设计199

三、鞍座200

四、人孔200

五、人孔补强202

六、接口管202

七、设备总装配图203

习题205

参考文献209

第三篇典型化工设备的机械设计210

第八章列管式换热器的机械设计210

第一节概述210

一、列管式换热器的结构及主要零部件210

二、列管式换热器的分类211

三、列管式换热器机械设计内容212

第二节管子的选用及其与管板的连接212

一、管子的选用212

二、管子与管板的联接213

第三节管板结构216

一、换热管排列形式216

二、管间距217

三、管板受力及其设计方法简介217

四、管程的分程及管板与隔板的连接218

五、管板与壳体的连接结构220

第四节折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构221

一、折流板及支承板221

二、旁路挡板224

三、拦液板224

第五节温差应力224

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力224

二、管子拉脱力的计算226

三、温差应力的补偿228

四、膨胀节的结构及设置230

第六节管箱与壳程接管232

一、管箱232

二、壳程接管233

第七节 列管式换热器的机械设计举例234

习题242

第九章塔设备的机械设计245

第一节塔体、裙座的机械设计246

一、塔体壁厚的计算246

二、裙座设计253

第二节塔体与裙座的机械设计举例259

一、选择塔体材料259

二、按设计压力计算筒体和封头壁厚261

三、各种载荷计算261

四、塔体稳定验算265

五、塔体拉应力验算266

六、塔体水压试验应力验算266

七、裙座验算267

八、基础环设计269

九、基础螺栓计算270

十、焊缝结构设计270

第三节板式塔结构270

一、总体结构270

二、塔盘结构271

三、塔盘的支承275

第四节填料塔结构277

一、喷淋装置277

二、液体再分布器280

三、支承结构281

习题283

参考文献289

附录290