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第一篇化工设备材料3

第一章化工设备材料及其选择3

第一节概述3

第二节材料的性能4

一、机械性能4

二、物理性能9

三、化学性能10

四、工艺性能11

五、其他性能11

第三节金属材料的分类及牌号12

一、分类12

二、钢铁牌号及表示方法14

三、有色金属及合金牌号和表示方法16

第四节碳钢与铸铁17

一、铁碳合金的组织结构17

二、铁碳合金状态图20

三、碳钢22

四、钢的热处理23

五、铸铁25

第五节普通低合金钢及化工设备用的特种钢27

一、合金元素对钢的影响27

二、普通低合金钢28

三、锅炉钢28

四、容器钢29

五、不锈耐酸钢29

六、耐热钢31

七、低温用钢32

八、钢材的品种和规格33

第六节有色金属材料34

一、铝及其合金34

二、铜及其合金35

三、铅及其合金36

四、钛及其合金36

第七节非金属材料37

一、无机非金属材料37

二、有机非金属材料38

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施39

一、金属的腐蚀40

二、金属腐蚀破坏的形式45

三、金属设备的防腐措施45

第九节化工设备材料的选择47

一、选用材料的一般原则47

二、其他方面的选材原则48

习题50

参考文献54

第二篇化工容器设计57

第二章概论57

一、容器的结构与分类57

二、容器机械设计的基本要求60

三、容器零部件的标准化62

习题64

第三章内压薄壁容器的应力分析66

第一节内压薄壁圆筒的应力分析66

一、薄壁容器及其应力特点66

二、内压圆筒的应力计算公式67

第二节回转壳体的应力分析——薄膜应力理论69

一、基本概念与基本假设69

二、经向应力计算公式——区域平衡方程式71

三、环向应力计算公式——微体平衡方程式72

四、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围74

第三节薄膜理论的应用75

一、受气体内压的圆筒形壳体75

二、受气体内压的球形壳体76

三、受气体内压的椭球壳（椭圆形封头）77

四、受气体内压的锥形壳体80

五、受气体内压的碟形封头81

六、承受液体静压作用的圆筒壳83

七、例题84

第四节内压圆筒边缘应力的概念87

一、边缘应力的概念87

二、边缘应力的特点89

三、对边缘应力的处理90

习题91

第四章内压薄壁圆筒与封头的强度设计96

第一节强度设计的基本知识96

一、关于弹性失效的设计准则96

二、强度理论及其相应的强度条件97

第二节内压薄壁圆筒的强度设计98

一、强度计算公式98

二、设计参数的确定100

三、容器的壁厚和最小壁厚106

四、压力试验及其强度校验107

五、例题109

第三节内压圆筒封头的设计112

一、半球形封头112

二、椭圆形封头112

三、碟形封头114

四、无折边球形封头115

五、锥形封头116

六、平板封头123

七、例题126

八、封头的选择130

习题131

第五章外压圆筒与封头的设计135

第一节概述135

一、外压容器的失稳135

二、容器失稳型式的分类136

第二节临界压力136

一、临界压力136

二、影响临界压力的因素137

三、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒138

四、临界压力的理论计算公式139

五、临界长度140

第三节外压圆筒的工程设计141

一、设计准则141

二、外压圆筒壁厚设计的图算法141

三、外压圆筒壁厚表149

四、外压容器的试压149

五、例题149

第四节外压球壳与凸形封头的设计152

一、外压球壳和球形封头的设计152

二、凸面受压封头的设计152

三、例题152

第五节加强圈的设计154

一、加强圈的作用与结构154

二、加强圈的间距154

三、加强圈尺寸设计155

四、加强圈与筒体间的连接155

五、例题156

习题158

第六章容器零部件162

第一节法兰联接162

一、法兰联接结构与密封原理162

二、法兰的结构与分类163

三、影响法兰密封的因素165

四、法兰标准及选用170

五、例题176

第二节容器支座178

一、卧式容器支座178

二、立式容器支座186

第三节容器的开孔补强188

一、开孔应力集中现象及其原因188

二、开孔补强设计的原则与补强结构190

三、等面积补强的设计方法195

四、整体补强198

五、例题198

第四节容器附件199

一、接口管199

二、凸缘200

三、手孔与人孔200

四、视镜201

第五节容器设计举例202

一、罐体壁厚设计202

二、封头壁厚设计202

三、鞍座203

四、人孔204

五、人孔补强205

六、接口管205

七、设备总装配图206

习题209

参考文献213

第三篇典型化工设备的机械设计216

第七章列管式换热器的机械设计216

第一节概念216

一、列管式换热器的结构及主要零部件216

二、列管式换热器的分类217

三、列管式换热器机械设计内容218

第二节管子的选用及其与管板的连接219

一、管子的选用219

二、管子与管板的联接220

第三节管板结构223

一、换热管排列形式223

二、管间距224

三、管板受力及其设计方法简介224

四、管程的分程及管板与隔板的连接225

五、管板与壳体的连接结构227

第四节折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构228

一、折流板及支承板228

二、旁路挡板231

三、拦液板231

第五节温差应力232

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力232

二、管子拉脱力的计算233

三、温差应力的补偿235

四、膨胀节的结构及设置237

第六节管箱与壳程接管239

一、管箱239

二、壳程接管240

第七节 列管式换热器的机械设计举例241

习题249

第八章塔设备的机械设计252

第一节塔体与裙座的机械设计253

一、塔体壁厚的计算253

二、裙座设计261

第二节塔体与裙座的机械设计举例268

一、设计条件268

二、按设计压力计算简体和封头壁厚270

三、塔设备质量载荷计算270

四、风载荷和风弯矩计算272

五、地震弯矩计算274

六、偏心弯矩计算275

七、各种载荷引起的轴向应力275

八、塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核276

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核278

十、基础环设计279

十一、地脚螺栓设计280

第三节板式塔结构280

一、总体结构280

二、塔盘结构281

三、塔盘的支承286

第四节填料塔结构287

一、喷淋装置287

二、液体再分布器290

三、支承结构290

习题293

第九章搅拌器的机械设计299

第一节概述299

第二节搅拌器的型式及选型301

第三节搅拌器的功率302

一、搅拌器功率和搅拌器作业功率302

二、影响搅拌器功率的因素303

三、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率303

第四节搅拌罐结构设计305

一、罐体的尺寸确定305

二、顶盖的结构307

第五节传动装置及搅拌轴308

一、传动装置308

二、轴的计算309

第六节轴封311

一、填料密封312

二、机械密封313

参考文献313

附录314

一、常用金属材料的物理性能314

二、锅炉钢板的机械性能316

三、常用不锈钢的机械性能及用途317

四、常用钢板的使用范围和主要机械性能318

五、钢板、钢管、锻件和螺栓的高温机械性能319

六、无缝钢管的尺寸范围及常用系列325

七、螺栓螺母材料组合及适用温度范围326

八、钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力327

九、热轧厚钢板的品种及尺寸范围336

十、内压圆筒壁厚表337

十一、长颈法兰的最大允许工作压力339

十二、甲型、乙型平焊法兰和长径法兰螺栓材料的选用340

十三、甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列343

十四、双鞍式支座标准（JB/T4712—92）348

十五、耳式支座标准（JB/T4725—92）358

十六、裙座上开设人孔处的断面模数及面积360

十七、裙座标准系列尺寸363