【系列】过程设备设计第四章-4.4-4.5
Any structures
Philosophy of design-by-analysis （1）Different types of stress have different degrees of importance to pressure vessels; （2）If a proper stress analysis can be conducted, a better, less
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
Primary stress (P): Definition: developed by the imposed loading; necessary to satisfy the laws of equilibrium between external and internal forces and moments Basic characteristic: not self-limiting Sub-categories: general primary membrane stress (Pm), local primary membrane stress (PL), primary bending设计
4.5 疲劳分析
4.6 压力容器设计技术进展
4.4.1 Introduction
4.4
Design by Analysis
Design of pressure vessels
Design-byrule
Design-byanalysis
GB150 《Steel Pressure Vessels》
Type of Stress
General membrane Gradient through plate thickness Membrane Bending Membrane Bending Membrane Bending Peak (fillet or corner)
Classifica tion
Pm ， PL ， PL Pb ，PL Pb Q and
PL Pb Q F .
4.4.3 Calculation of Stress Intensity
Steps for stress intensity calculation:
conservative design of pressure vessels can be made.
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
4.4.2.1 Stress Categories
t sq
O
Ri
Ro
Equivalent linear stress
Peak stress
Fig.4-57 Linearization of hoop thermal stress in thick cylinder heated externally
4.4.3 Calculation of Stress Intensity
4.4.3 Calculation of Stress Intensity
Stress intensity: difference between the largest principal stress and smallest principal stress Five stress intensities:
O
Ri
Ro
sq
Average stress Stress gradient
Fig .4-56 Decomposition of hoop stress in thick cylinder under internal pressure
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
Pm Q
Shell plate remote from discontinuities
Cylindrical or spherical Junction with Internal shell head or flange pressure
Q Q PL Q PL Q F
External load, Near nozzle or moment other opening or internal pressure
S I , S II
,
S III , S IV
and S V
(1) General primary membrane stress intensity SⅠ，
(2) Local primary membrane stress intensity SⅡ (3) Primary membrane (general or local) plus primary bending stress intensity SⅢ (4) Primary plus second stress intensity SⅣ (5) Peak stress intensity SⅤ
respectively. Denote normal stresses with σx, σθ and σz and shear stresses with τxθ、τxz、τzθ. (2) Calculate stress components and categorize them into Pm, PL, Pb, Q and F. (3) Superpose stress components which belong the same category and obtain
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
Table 4-15 Classification of Stress for Some Typical Cases
Vessel Component
Location
Origin of Stress
Internal pressure Axial thermal gradient
Basis for stress category:
hazards to pressure vessels
Determining factors:
(1) location and distribution;
(2) types of loading
Major stress categories:
primary, secondary, peak
4.4.2 Stress Categories of Pressure Vessels
Primary stress
Membrane
Bending (Pb)
General (Pm)
A general primary membrane is the one that is so distributed in the structure that no redistribution of load occurs as a result of yielding. An example is the stress in a circular cylindrical shell due to internal pressure.
JB4732 《Steel Pressure Vessels—Code for Design by Analysis》
4.4.1 Introduction
4.4.1 Introduction
Limitations of design-by-rule:
（1）Loadings
Loadings Static Design-by-rule √ Design-by-analysis √
Origin of Stress Internal pressure Internal pressure
Type of Stress
Membrane Bending Membrane Bending
Classific ation Pm Pb PL Q
Crown Knuckle or junction to shell
4.4.3 Calculation of Stress Intensity
过程设备设计
Steps for stress intensity calculation:
(1) Choose a coordinate system with x, q, z representing
longitudinal direction, hoop direction and radial direction
Shell All points
4.4.1 Introduction
Limitations of design-by-rule:
（3）Pressure vessel structures
Codes Design-by-rule Design-by-analysis
Structures
Some structures
Local (PL)
Examples of a local primary membrane stress are the membrane stress in a shell produced by external load and the moment at a permanent support or at a nozzle connection. An example is the bending stress in the central portion of a flat head due to pressure.
Cyclic
过程设备设计第四章-34新
螺纹连接 承插式连接 螺栓法兰连接——螺栓—垫片—法兰密封系统
h
3
4.3.4 密封装置设计
原理：
1
依靠螺栓预紧力把
两部分设备或管道
2
法兰环连在一起，同时压紧垫片，使来自连接处达到密封。3
性能：
较好的强度和密封
性，结构简单，成
本低廉，可多次重
复拆卸，应用较广 。
图4-22
螺栓法兰连接结构 h
1-螺栓；2-垫片；3-法兰
与介质压力p的比值（无单位）。
h
14
4.3.4 密封装置设计
4.3.4.1 密封机理及分类
不少生产实践和广泛的 研究表明y和m值还与垫 片尺寸，介质性质、压 力、温度、压紧面粗糙 度等许多因素有关，而 且m与y之间也存在内在
联系。
过程设备设计
h
15
4.3.4 密封装置设计
二、密封分类
4.3.4.1 密封机理及分类
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 压力试验
h
2
4.3.4 密封装置设计
4.3.4 密封装置设计
过程设备设计
可拆 密封装置
h
9
4.3.4 密封装置设计
4.3.4.1 密封机理及分类
螺栓法兰连接的整个工作过程： 图4-23（a）尚未预紧工况、 （b）预紧工况、 （c）操作工况
过程设备设计
（a）尚未预紧工况 将上、下法兰压紧面和垫片的 接触处的微观尺寸放大，表面 是凹凸不平的，这就是流体泄 漏的通道。
过程设备设计课后习题答案（合集5篇）
过程设备设计课后习题答案（合集5篇）第一篇：过程设备设计课后习题答案习题1.一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。
试在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。
解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，φ=0.85，C2=0.1×20=2mm；钢板为4.5~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
材料为Q235-A时：δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2=9.724+0.8+2=12.524mm 取δn=14mm材料为16MnR时：=1.85⨯1000=9.724mm2⨯113⨯0.85-1.85δ=pDt2[σ]φ-pδn≥δ+C1+C2 =6.443+0.8+2=9.243mm取δn=10mm=1.85⨯1000=6.443mm2⨯170⨯0.85-1.852.一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa（即50℃时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=1.0，装量系数为0.9。
试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。
1p=pc=1.1×解：○1.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，φ=1.0，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。
过程设备设计判断题
判断题第1章压力容器导言1.1 压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。
1.2 易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10％或爆炸上限和下限之差小于等于20％的气体。
1.3 高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类压力容器。
1.4 压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。
1.5 压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150.1.6 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。
1.7 压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。
1.8 16MnR的含碳量约为0.016%.1.9 毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPa•m3的低压容器属于第三类压力容器。
1.10 所有毒性为高度危险的容器都属于第三类压力容器。
1.11 压力容器在生产工艺过程中的作用可分为：反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。
其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。
1.12 某化工容器严格按照国际最新标准生产制造出来，当然它是满足企业的标准的。
1.13 所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。
1.14 易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全焊透结构。
1.15 在过程装备设计中，为充分利用材料的强度，节省材料，减轻重量，应采用等强度设计。
1.16 Q235-B钢板可以用来制造毒性程度为高度危害介质的压力容器。
1.17 Q235－A钢板可以用来制造压力容器。
1.18 过程设备各零件的强度并不相同，整体强度往往取决于强度最弱的零部件的强度。
第2章压力容器应力分析2.1 壳体失稳时的临界压力随壳体材料的弹性模量E、泊松比的增大而增大，而与其他因素无关。
2.2 由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。
《过程设备设计》教学大纲
《过程设备设计》教学大纲课程名称:过程设备设计英文名称: Process Equipment Design学分: 4.5学时: 72理论学时: 64实验学时:8教学对象:过程装备与控制工程专业本科生先修课程:高等数学,机械制图,工程力学,机械设计,化工原理,弹性力学,专业英语教学目的:本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程，其目的旨在使学生能综合运用基础课、技术基础课程中的基本理论及相关的工程实践知识，通过本课程的学习，基本具备从事过程设备设计和研究开发的初步能力。
教学要求:熟悉并掌握过程设备设计的基本理论及工程实践，能采用正确、合理的方法进行过程设备的设计。
从材料、设备的结构、温度、制造质量、安装、操作维护等方面对过程设备的工程设计进行综合分析和研究。
教学内容:Introductory Remarks(1学时)Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1学时)1.1Gross Structure1.2Pressure Vessel Classification1.3Pressure Vessel Codes and Standards基本要求: 压力容器分类方法,总体结构,国内外规范和标准及其比较重点:按技术管理的分类, GB150,ASME难点:正确理解按技术管理的分类方法Chapter 2 Stress Analysis of Pressure Vessels(14学时)2.1 Stress Analysis of Revolution Shells2.1.1 Stress in Thin Walled Cylinders2.1.2 Membrane Theory2.1.3 Basic Equations2.1.4 Application of Membrane Shell Theory2.1.5 Discontinuity Analysis2.2 Analysis of Thick Walled Cylinder2.2.1 Elastic Stresses2.2.2 Elastic-Plastic Stress2.2.3 Yield Pressure and Bursting Pressure2.3 Stress Analysis of Flat Plate2.3.1 Introduction2.3.2 Bending Differential Equation2.3.3 Stresses in Circular Plate2.3.4 Stress of Symmetrically Loaded Circular Plate with a CircularCentral Hole2.4 Stability Analysis of Shells2.4.1 Introduction2.4.2 Bucking Analysis of Thin Wall Cylinder under External Pressure2.4.3 Critical Pressure of Other Revolution Shells2.5 Typical Local Stresses基本要求:回转壳的应力分析,二种基本理论,无力矩理论的基本方程,无力矩理论的应用,厚壁圆筒的弹性应力和弹塑性应力,屈服压力,爆破呀力,圆平板的应力计算及其应力分布,稳定性分析的基本方法,临界压力,局部应力分析的几种方法,降低局部应力的措施.重点: 回转壳的应力分析, 无力矩理论的基本方程, 厚壁圆筒的弹性应力, 临界压力,难点: 回转壳的应力分析, 稳定性的分析方法, 弹塑性应力.Chapter 3 Pressure Vessel Materials and Properties Effected by Environment and Time (6学时)3.1 Pressure Vessel Materials3.1.1 Pressure Vessel Steels3.1.2 Nonferrous Metal and Nonmetal3.2 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Fabrication3.2.1 Plastic Deformation3.2.2 Welding3.2.3 Heat Treatment3.3 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Environment3.3.1 Temperature3.3.2 Medium3.3.3 Loading Speed3.4 Selection of Pressure Vessel Materials3.4.1 Basic Requirement3.4.2 Selection基本要求:压力容器常用钢材,环境的影响,制造的影响,压力容器材料的选用重点: 压力容器常用钢材,各种环境的影响,材料的正确选用难点: 压力容器常用钢材的正确选用Chapter 4 Design of Pressure Vessels(14学时)4.1 Introduction4.2 Design Criterions4.3 Design by Rules4.3.1 Introduction4.3.2 Cylinder Design4.3.3 Head Design4.3.4 Sealing Device Design4.3.5 Opening and Reinforcement4.3.6 Support and Manhole ( Handhole )4.3.7 Safety Relieving Device4,3,8 Welded Structure Design4.3.9 Pressure Test4.4 Design by Analysis4.4.1 Introduction4.4.2 Stress Categories4.4.3 Computation of Stress Intensities4.4.4 Stress Intensity Limiting4.4.5 Application of Design by Analysis4.5 Fatigue Analysis4.6 Development of Pressure Vessel Technology基本要求:设计文件,设计准则,圆筒设计,封头设计,密封装置设计,开孔和开孔补强设计,常用支座,安全泄放装置,焊接结构,压力试验,应力分类,应力强度计算及限制,低循环疲劳曲线,平均应力影响.重点:圆筒和封头设计,密封机理,性能参数,高压密封结构,补强计算,焊接接头分类,应力分类,应力强度.难点:设计参数确定,夹套容器设计,双锥环受力分析,应力分类,应力强度Chapter 5 Storage Equipment(5学时)5.1 Introduction5.2 Horizontal Storage Tank5.2.1 Basic Structure5.2.2 Design Calculation5.3 Spherical Storage Tank5.3.1 Tank Body5.3.2 Support5.3.3 Manhole and Nozzle5.3.4 Accessories基本要求:鞍式支座的位置和数量,力学模型,内力分析,几种应力,球形储罐的罐体,支座重点:鞍式支座的结构和确定,扁塌现象.难点:卧式容器的力学模型Chapter 6 Heat Exchanger(8学时)6.1 Introduction6.2 Shell-and-Tube Heal Exchangers6.2.1 Basic Types6.2.2 Shell-and Tube Heat Exchanger Structure6.2.3 Tubesheet Design6.2.4 Expansion Joint Design6.2.5 Tubes Vibration and Protection6.3 Waste Heat Boiler6.4 Forced Heat Transfer基本要求:换热设备分类,管壳式换热器分类及选型,管程结构,壳程结构,管板设计思路,膨胀节,管束振动和防止,传热强化技术重点: 管壳式换热器分类,换热管,换热管与管板连接,管束分程,壳程结构,管束振动,传热强化技术.难点: 管壳式换热器结构,危险工况的确定Chapter 7 Tower(10学时)7.1 Introduction7.2 Packed Tower7.2.1 Packing7.2.2 Internals of Packed Tower7.3 Plate Column7.3.1 Classification7.3.2 Structure7.3.3 Construction of Tray7.4 Accessories7.4.1 Forth Remover7.4.2 Skirt Support7.4.3 Boom7.5 Strength Design of Tower7.5.1 Natural Vibration Period7.5.2 Loading Analysis7.5.3 Strength and Stability of Cylinder7.5.4 Strength and Stability of Skirt7.6 Vibration of Tower7.6.1 Vibration induced by Wind7.6.2 Prevention of Vibration基本要求:塔设备选型,填料分类,塔内件结构,板式塔分类,板式塔结构,塔盘结构,塔设备附件,塔强度计算,固有周期,载荷分析,筒体强度校核,稳定性校核,风的诱导振动,卡曼旋涡,塔设备的防振重点:填料塔结构,塔盘结构,塔设备载荷分析, 卡曼涡街难点: 风的诱导振动机理, 载荷分析,筒体强度校核Chapter 8 Reactors(5学时)8.1 Introduction8.1.1 Classification8.1.2 Characteristics8.2 Mechanical Agitated Reactor8.2.1 Basic Structure8.2.2 Agitated Vessel8.2.3 Agitator Impeller8.2.4 Shaft Design8.2.5 Sealing Device8.2.6 Gearing8.3 Development of Mechanical Agitated Reactors基本要求:反应器分类,机械式搅拌反应器的结构,搅拌器,搅拌容器,夹套结构,流动特性,搅拌器选型,影响搅拌功率的因素,搅拌轴的力学模型,填料密封,机械密封,传动装置.重点: 搅拌器的分类及选用,密封装置,流动类型难点: 搅拌器的选型实验教学1.内压薄壁容器应力测定（3学时）实验目的及要求:(1)了解内压薄壁容器在内压作用下薄膜应力的分布规律(2)验证薄壁容器筒体应力计算的理论公式(3)掌握用电阻应变仪测定应力的基本原理及具体操作的过程和方法本实验的具体操作为重点，故而需3学时。
过程设备设计第4章习题
C.二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。 D.二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加道一次应力之上的应力增量 4.8 交变载荷 以下载荷属于交变载荷的有： （ ） A.压力波动 B.开车停车 C.加热或冷却时温度变化引起的热应力变化 D.振动或容器接管引起的附加载荷 4.9 设计准则 下列有关压力容器设计准则的叙述，正确的有： （ ） A.弹性失效设计准则以容器整个危险面屈服作为实效状态。 B.弹塑性失效设计准则认为只要载荷变化范围达到安定载荷，容器就失效。 C.弹性失效设计准则较塑性失效设计准则更保守。 D.爆破失效设计准则认为压力达到全屈服压力时容器失效。 4.10 加强圈 为提高外压圆筒稳定性，需设置加强圈，下列有关加强圈的设计，正确的有： （ ） A.加强圈的最小间距应小于失稳临界长度。 B.在设计过程中，有可能通过增加加强圈的数量使圆筒厚度减薄。 C.加强圈与圆筒的连接可采用连续的或间断地焊接。 D.加强圈不可设置在筒体内部 4.11 封头 压力容器封头较多，下列叙述正确的有： （ ） A.凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和锥壳。 B.由筒体与封头连接处的不连续效应产生的应力增强影响以应力增强系数的形式引入厚度 计算式。 C.半球形封头受力均匀，因其形状高度对称，整体冲压简单。 D.椭圆形封头主要用于中、低压容器。 4.12 高压密封 下列属于提高高压密封性能的措施有： （ ） A.改善密封接触表面 B.改进垫片结构 C.采用焊接密封元件 D.增加预紧螺栓数量 4.13 安全阀 安全阀的优点包括： （） A.完全密封 B.多次使用 C.泄压反应快 D.只排出高于规定压力的部分压力 4.14 支座 在立式容器支座中，中小型直立容器常采用（ ）高大的塔设备则广泛采用（ ） ，大型卧式 储存采用（ ） A.耳式支座 B.裙式支座
过程设备设计
2.1.7 回转薄壳的不连续分析
a. 不连续和不连续分析
几何形态不连续、或数学不连续、或载荷 突变，由此造成应力突变或出现大应力状况。 由于不连续情况的存在，在此区域内出现了各 部分变形不协调的情况，造成过大的应力，导 致设备在局部破坏，最终造成设备失效。
分析不连续应力的方法称为不连续分析。
b. 不连续分析方法
（平动或转 动），如压缩机、风机、泵、分离 机；物料只经历物理过程； ——过程设备：完成其主要功能的部件是不动的， 如塔、换热器、反应器、储罐；物料经历物理或 化学过程； ——过程机器的主要功能是把能量传递给物料，提 高其压力或速度；过程设备的主要功能是为物料 的物理过程或化学过程提供适宜的场所；
（9）过程设备的基本要求
总结： 过程设备是化工、轻工、炼油、食品、制药、
冶金、能源等行业广泛使用的一种装备，有别于 一般的装备。过程设备的设计涉及到过程原理、 固体力学、流体力学、热力学、机械学、自动控 制原理与仪器仪表等学科。其涉及学科的范围和 问题的复杂程度都是工程问题中极为少见的。
先进的过程设备设计方法是以计算机辅助设 计（CAE)为标志的以寻求最优化结果为目标的设 计。
E .球形壳体 应力在支座支承处有突变，说明什么？
图片
无力矩理论的应用条件
• 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变， 且构成壳体的材料的物理性能相同。
• 壳体的边界处不受集中力、且不受变形限制。
客观地说，实际的压力容器都不能使用无力 矩理论，但对于大部分的薄壁容器，由无力矩理 论得到的结果与真实情况之间的偏差并不大，完 全可以满足工程界的要求。如果上述条件得不到 满足，则无力矩理论不适用。
• 过程装备设计理论和手段的创新
——如热经济学优化设计理论、强度理论、失效判断 理论等；计算机辅助设计(CAE)软件包（i-deas、proe、UG、ANSYS等）。
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》教案贺华
《过程设备设计》教案-贺华一、教学目标1. 了解过程设备设计的基本概念、目的和意义。
2. 掌握过程设备的主要参数、类型及选型依据。
3. 熟悉过程设备的设计步骤和方法。
4. 能够运用相关软件进行过程设备的设计和计算。
二、教学内容1. 过程设备设计的基本概念1.1 设备与工艺的关系1.2 设备设计的要求与标准2. 过程设备的主要参数2.1 设备的压力、温度参数2.2 设备的尺寸参数2.3 设备的材质参数3. 过程设备的类型及选型依据3.1 容器类设备3.2 反应器类设备3.3 换热器类设备3.4 泵、压缩机类设备3.5 选型依据及方法4. 过程设备的设计步骤和方法4.1 设计准备4.2 初步设计4.3 详细设计4.4 设计计算4.5 设计成果审查三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和方法。
2. 案例分析法：分析典型设备的设计案例，引导学生掌握设计步骤。
3. 软件操作法：利用相关软件进行设备设计实践，提高学生的动手能力。
四、教学资源1. 教材：《过程设备设计》2. 课件：设备设计相关图片、案例及视频资料3. 软件：过程设备设计软件（如CAD、SPC等）五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现和作业完成情况。
2. 实践成绩：评估学生在软件操作过程中的表现和设计成果。
3. 期末考试：考察学生对过程设备设计知识的掌握程度。
六、教学重点与难点重点：1. 过程设备设计的基本概念和目的。
2. 过程设备的主要参数和选型依据。
3. 过程设备的设计步骤和方法。
难点：1. 理解并应用复杂的设备设计标准和规范。
2. 进行详细设计计算和分析。
3. 利用软件进行过程设备的设计实践。
七、教学进度安排1. 第一课时：介绍过程设备设计的基本概念和目的。
2. 第二课时：讲解过程设备的主要参数和选型依据。
3. 第三课时：讲解过程设备的类型及选型依据。
4. 第四课时：介绍过程设备的设计步骤和方法。
5. 第五课时：进行案例分析和软件操作实践。
过程设备设计-单选题
单选题第1章压力容器导言1.1高温容器所谓高温容器是指下列哪一种：（）A.工作温度在材料蠕变温度以上B.工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C.工作温度在材料蠕变温度以下D.工作温度高于室温1.2GB150GB150适用下列哪种类型容器：（）A.直接火加热的容器B.固定式容器C.液化石油器槽车D.受辐射作用的核能容器1.3设计准则一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（）A 弹性失效B 塑性失效C 爆破失效D 弹塑性失效1.4《容规》——压力容器安全技术规程有关《容规》适用的压力说法正确的是：（）A.最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力)B.最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C.最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力)D.最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)1.5压力容器分类毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器：（）A.Ⅰ类——除III II 类外的低压容器属于I类。
B.Ⅱ类C.Ⅲ类D.不在分类范围1.6材料性质影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。
以下说法错误的是：（）A.材料强度是指在载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力B.冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C.刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D.密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力1.7介质毒性毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（）A.<0.1mg/m3…………极度B.0.1~<1.0mg/m3……高度C.1.0~<10mg/m3……中度D.10mg/m3 …………低度1.8压力容器分类内压容器中，设计压力大小为50MP a的应划分为：（）A.低压容器B.中压容器C.高压容器D.超高压容器≥100MPa1.9压力容器分类下列属于分离压力容器的是：（）A.蒸压釜B.蒸发器C.干燥塔D.合成塔第2章压力容器应力分析2.1热应力在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与由温差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：（）A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善C.内加热情况下内壁应力有所恶化，而外壁应力得到改善D.内加热情况下内壁应力得到改善，而外壁应力有所恶化2.2圆平板应力通过对最大挠度和最大应力的比较，下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：（）A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板2.3稳定性下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述，错误的是：（）A.失稳临界压力与材料屈服点无关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响2.4厚壁圆筒下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（）A.增加壁厚B.采用多层圆筒结构，对内筒施加外压C.自增强处理D.采用分析设计的方法（只是考虑更周全而已）2.5不连续应力下列有关不连续应力的叙述，错误的为：（）A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的B.具有局部性与自限性的特征C.其危害程度比总体薄膜应力大D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感2.6局部载荷下列关于局部载荷说法正确的是：（）A.对管道设备附件设置支架，会增加附件对壳体的影响……？B.对接管附件加设热补偿元件，无明显意义C.压力容器制造中出现的缺陷，会造成较高的局部应力D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系2.7稳定性失稳外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个2.8薄壳应力下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：（）A.假设壳体材料连续，均匀，各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压2.9平板应力关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：（）A.板内为二向应力，切应力可予以忽略B.正应力沿板厚分布均匀C.应力沿半径分布与周边支承方式有关D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比*************************************第3章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1焊接方法在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是：（）A.熔焊B.压焊C.钎焊D.点焊3.2材料一般高压容器的平盖制造用的钢材是：（）A.钢板B.钢管C.锻件D.铸件3.3焊接接头在焊接中力学性能得到明显改善，是焊接接头中组织和性能最好的区域是：（）A.过热区B.正火区C.融合区D.焊缝3.4压力容器焊接下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（）A.尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷B.尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷C.尽量减少焊缝处的应力集中D.尽量选用好的焊接材料3.5焊接接头下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：（）A.裂纹B.夹渣C.气孔D.未熔透3.6压力容器材料下列金属会产生低温变脆的是：（）A.铜B.碳素钢C.铝D.奥氏体不锈钢3.7压力容器检测磁粉检测属于：（）A.破坏性检验B.外观检查C.密封性检查D.无损检测3.8钢材化学成分下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（）A.硫元素不是钢材中的有害元素。
过程设备设计第四章(4
设计参数
稳定性安全系数
外压计算长度等
过程设备设计
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（1）设计压力 定义与内压容器相同，取值方法不同。
过程设备设计
外压容器设 计压力：考 虑正常工作 情况下可能 出现的最大 内外压力差；
真空容器设计压力：按 承受外压考虑，当装有 安全控制装置时（如真 空泄放阀），设计压力 取1.25倍最大内外压力 差或0.1 MPa两者中的 较小
② 计算有效厚度δe；
③ 求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr 进行比较，判断圆筒属于长圆筒还是短圆筒；
④ 然后根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力 Pcr； ⑤ 再选取合适的稳定性安全系数m，计算许用外压[p]= pcr
m ⑥ 比较设计压力p和[p]的大小。若p小于等于[p]且较为
2
4.3.2.4 外压圆筒设计
过程设备设计
主要内容
图算法原理 工程设计方法 圆筒轴向许用应力的确定 有关设计参数的规定 加强圈的设计计算
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设计原则: p p pcr 不失稳
m 设计实质: 稳定性问题 pcr ，L计
设计方法:
解析法 图算法
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一、解析法设计步骤 ：
过程设备设计
① 假设筒体的名义厚度δn；
Do/δe作为参量绘成曲线；见图4-6
讨论：长圆筒——与纵坐标平行的直线簇，失稳时 周向应变A与L/Do无关；
短圆筒——斜平行线簇，失稳时A与 L/Do、Do/δe 都有关。
拐 点——Lcr/Do之比值。
适用：与材料弹性模量E无关，对任何材料的筒体都适用。
用途： 已知L Do 、 Do e 查 A(cr )
As——单个加强圈的截面积mm2，手册查得
A——系数，按下述方法求得