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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2

一、机械性能2

二、物理性能8

三、化学性能8

四、工艺性能9

第三节 金属材料的分类及牌号9

一、分类9

二、钢铁牌号及表示方法11

第四节 碳钢与铸铁15

一、铁碳合金的组织结构15

二、铁碳合金状态图18

三、碳钢20

四、钢的热处理22

五、铸铁24

第五节 低合金钢及化工设备用的特种钢26

一、合金元素对钢的影响26

二、低合金钢27

三、锅炉钢27

四、容器钢28

五、不锈耐酸钢28

六、耐热钢29

七、低温用钢30

八、钢材的品种和规格31

第六节 有色金属材料32

一、铝及其合金32

二、铜及其合金33

三、铅及其合金34

四、钛及其合金34

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35

第八节 化工设备的腐蚀及防腐措施37

一、 金属的腐蚀37

二、晶间腐蚀和应力腐蚀42

三、金属腐蚀破坏的形式44

四、金属设备的防腐措施44

第九节 化工设备材料的选择45

一、选用材料的一般原则45

二、其他方面选材原则47

习题48

参考文献51

第二篇 化工容器设计52

第二章 概论52

一、容器的分类与结构52

二、容器机械设计的基本要求56

三、容器零部件的标准化58

习题60

第三章 内压薄壁容器的应力分析61

第一节 回转壳体的应力分析--薄膜应力理论61

一、薄壁容器及其应力特点61

二、基本概念与基本假设62

三、经向应力计算公式--区域平衡方程式64

四、环向应力计算公式--微体平衡方程式65

五、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围67

第二节 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)70

四、受气体内压的锥形壳体73

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76

七、例题77

第三节 内压圆筒边缘应力的概念80

一、边缘应力的概念80

二、边缘应力的特点81

三、对边缘应力的处理82

习题83

第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计87

第一节 强度设计的基本知识87

一、关于弹性失效的设计准则87

二、强度理论及其相应的强度条件87

第二节 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计89

一、强度计算公式89

二、设计参数的确定91

三、容器的壁厚和最小壁厚96

四、压力试验及其强度校核97

五、例题99

第三章 内压圆筒封头的设计101

一、半球形封头101

二、椭圆形封头102

三、碟形封头103

四、球冠形封头104

五、锥形封头105

六、平板封头111

七、例题115

八、封头的选择117

习题120

第五章 外压圆筒与封头的设计123

第一节 概述123

一、外压容器的失稳123

二、容器失稳型式的分类123

第二节 临界压力124

一、临界压力124

二、影响临界压力的因素125

三、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒127

四、临界压力的理论计算公式128

五、临界长度129

第三节 外压圆筒的工程设计129

一、设计准则129

二、外压圆筒壁厚设计的图算法130

三、外压容器的试压138

四、例题138

第四节 外压球壳与凸形封头的设计140

一、外压球壳和球形封头的设计140

二、凸面受压封头的设计140

三、例题140

第五节 外压圆筒加强圈的设计142

一、加强圈的作用与结构142

二、加强圈的间距142

三、加强圈尺寸设计143

四、加强圈与圆筒间的连接143

五、例题145

习题146

第六章 容器零部件149

第一节 法兰联接149

一、法兰联接结构与密封原理149

二、法兰的结构与分类150

三、影响法兰密封的因素152

四、法兰标准及选用156

五、例题167

第二节 容器支座167

一、卧式容器支座168

二、立式容器支座175

第三节 容器的开孔补强177

一、开孔应力集中现象及其原因177

二、开孔补强设计的原则与补强结构179

三、等面积补强的设计方法182

四、例题185

第四节 容器附件186

一、接口管186

二、凸缘187

三、手孔与人孔187

四、视镜188

第五节 容器设计举例188

一、罐体壁厚设计189

二、封头壁厚设计189

三、鞍座190

四、人孔191

五、人孔补强192

六、接口管192

七、设备总装配图193

习题196

参考文献198

第三篇 典型化工设备的机械设计200

第七章 管壳式换热器的机械设计200

第一节 概论200

一、管壳式换热器的结构及主要零部件200

二、管壳式换热器的分类201

三、管壳式换热器机械设计内容202

第二节 管子的选用及其与管板的连接202

一、管子的选用202

二、管子的管板的连接204

第三节 管板结构206

一、换热管排列形式206

二、管间距207

三、管板受力及其设计方法简介208

四、管程的分程及管板与隔板的连接208

五、管板与壳体的连接结构210

第四节 折流板、支承板、旁路档板及拦液板的作用与结构211

一、折流板及支承板211

二、旁路挡板214

三、拦液板214

第五节 温差应力215

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力215

二、管子拉脱力的计算216

三、温差应力的补偿218

四、膨胀节的结构及设置221

第六节 管箱与壳程接管222

一、管箱222

二、壳程接管223

第七节 管壳式换热器的机械设计举例224

习题232

第八章 塔设备的机械设计234

第一节 塔体与裙座的机械设计235

一、塔体壁厚的计算235

二、裙座设计244

第二节 塔体与裙座的机械设计举例251

一、设计条件251

二、按计算压力计算筒体和封头壁厚253

三、塔设备质量载荷计算253

四、风载荷和风弯矩计算255

五、地震弯矩计算257

六、偏心弯矩计算258

六、各种载荷引起的轴向应力258

八、塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核259

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核261

十、基础环设计262

十一、地脚螺栓设计263

第三节 板式塔结构263

一、总体结构263

二、塔盘结构264

三、塔盘的支承268

第四节 填料塔结构270

一、喷淋装置270

二、液体再分布器273

三、支承结构274

习题276

第九章 搅拌器的机械设计280

第一节 概述280

第二节 搅拌器的型式及选型282

第三节 搅拌器的功率283

一、搅拌器功率和搅拌器作业功率283

二、影响搅拌器功率的因素284

三、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率284

第四节 搅拌罐结构设计285

一、罐体的尺寸确定285

二、顶盖的结构287

第五节 传动装置及搅拌轴289

一、传动装置289

二、轴的计算291

第六节 轴封292

一、填料密封292

二、机械密封293

参考文献294

附录295

一、常用金属材料的物理性能295

二、优质碳素结构钢的钢号和化学成分297

三、锅炉钢板的机械性能298

四、容器钢的化学成分和机械性能299

五、常用不锈钢的机械性能及用途302

六、钢板、钢管、锻件和螺栓的高温机械性能303

七、无缝钢管的尺寸范围及常用系列309

八、螺栓螺母材料组合及适用温度范围310

九、钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力311

十、热轧钢板的尺寸规格(GB709-88)323

十一、图5-5和图5-7～图5-14的数据表325

十二、长颈法兰的最大允许工作压力(JB4700-92)332

十三、甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺栓材料的选用333

十四、甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列336

十五、管法兰标准选择341

十六、双鞍式支座标准(JB/T4712-92)348

十七、耳式支座标准(JB/T4725-92)358

十八、裙座上开设入孔处的断面模数及面积360

十九、裙座标准系列尺寸361