过程设备设计课程设计大纲
8《过程设备》课程设计
第一部分《过程设备课程设计》教案大纲适用专业：过程装备与控制工程教案周数：2周一、课程设计的性质、目的与任务按过程装备与控制工程专业教案计划要求，在学完专业核心课《过程设备设计》后，进行《过程设备课程设计》教案环节，其主要目的是使学生在学习过程设备设计的基础上，进行一次工程设计训练，培养学生解决工程实际问题的能力。
本课程设计的先修课程为：《过程装备力学基础》，《过程装备制造技术》，《工程材料》二、程设计的主要内容与要求本课程设计以化工生产中的单元过程设备为主，包括：塔、换热器、反应器、储罐等设备的设计。
设计条件由工艺人员提供工艺条件、设备的初步选型及轮廓尺寸。
1.课程设计的主要内容1.1设备的机械设计1.1.1设备的结构设计1.1.2设备的强度计算1.2.技术条件的编制1.2.1总装配图技术条件1.2.2零部件技术条件1.3绘制设备总装配图及零部件图1.4编制设计说明书2.课程设计要求学生应交出的设计文件2.1设计说明书一份2.2总装配图一张<1号图纸）三、课程设计教案的基本要求（一）教案的基本要求1．课程设计是一次综合应用所学知识的实际训练环节，要求学生独立完成2．课程设计实行指导教师负责制，指导教师根据本教案大纲制定课程设计任务书、指导书；准备设计所需要的有关设计资料；安排设计进度及其答疑时间；指导学生完成设计任务。
学生在教师指导下应独立、按时完成课程设计任务书所规定的全部内容和工作量；（二）课程设计的能力培养要求1．巩固、灵活运用本课程基础理论知识2．通过课程设计，培养学生(1> 国家、专业标准及规范熟悉、使用能力；(2> 分析、综合解决实际工程问题能力；(3> 计算机综合应用能力；(4> 对过程装备工程概念的理解能力；(5> 综合素质、创新意识及创新能力。
<三）课程设计的规范性要求课程设计报告由设计说明书和设计图纸组成。
1．设计图纸应遵循国家机械制图标准和化工设备图样技术要求有关规定，图面布置要合理，结构表达要清楚、正确，图面要整洁，文字书写采用仿宋体、内容要详尽。
过程设备设计课程设计大纲
（过程装备与控制工程专业用）
山东大学 过程装备与控制工程研究所
2000.1
1．〈过程设备设计〉课程设计的性质、目的和要求
1.1《过程设备设计》是过程装备与控制工程专业必修专业课，其课程设计是该课程学完后、 毕业设计开始前的最后一个教学环节。 1.2 目的是在教师指导下，使学生综合运用所学基础理论和专业知识，以典型化工设备为对 象，学习、掌握化工设备设计的基本原则、步骤和方法，完成一次工程师的基本训练，并为 毕业设计打下良好的基础。 1.3 要求通过课程设计使学生进一步提高收集、查阅中外文献、资料，正确选用设计标准、 规范，进行设计方案的比较与选择、理论分析、结构设计与强度计算、工程绘图、数据处理、 技术经济分析、撰写设计说明书，以及答辩等方面的独立工作能力。 1.4 课程设计的时间一般要求 3~4 周，安排在第七学期《过程设备设计》课结束后在校内集 中完成。
50
40
40
30
30
20
20
0
0
自述 Kd=0.2
答辩 Ke=0.3
上述各项缺少一项或书写格式
不符合标准应扣分数
2
设 计 计 算 说
明 量
书质
文字工整规范、公式和图表等表 达规范，语句通顺，插图齐全，
结构分析清楚，计算全面 （包括工艺计算、强度计算）
10
10
上述各项缺少一项扣除分数
2
2
完 成
完成或超额完成
针对课题有 2~3 题答对
师生讨论问题答错可免于扣分
总计
Ta
Tb
Tc
注：1。总分：T=KaTa+KbTb+KcTc+KdTd+KeTe
《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。
过程设备设计课程设计说明书
过程设备设计课程设计说明书二氧化碳储罐设计学生姓名专业过程装备与控制工程学号指导教师朱振华李晶学院机电工程学院目录第一章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2二氧化碳的性质 (1)1.3立式二氧化碳储罐的设计特点 (1)1.4 设计任务表 (2)第二章零部件的设计和选型 (3)2.1封头的设计 (3)2.2.1封头的选择 (3)2.1.2封头材料的选择 (3)2.1.3封头的设计计算 (4)2.2人孔的设计 (4)2.2.1人孔的选择 (4)2.2.2人孔的选取 (5)2.3容器支座的设计 (5)2.3.1支座材料的选择 (5)2.3.2支座选取 (6)2.3.3支座的设计 (6)2.3.4支座的安装位置 (7)2.4筒体的材料的选择 (8)2.5 接管、法兰、垫片和螺栓的形式和选择 (9)2.5.1接管的选取 (9)2.5.2法兰的选取 (10)2.5.3垫片的选取 (10)2.5.4螺栓的选取 (11)第三章强度设计与校核 (12)3.1圆筒强度设计 (12)3.2封头强度设计 (12)3.3筒体长度校核 (13)3.4人孔补强设计 (13)3.5水压试验校核 (15)结论 (16)参考文献 (17)第一章绪论1.1概述储存设备又称储罐,主要是指用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备，在化工、石油、能源、轻工、环保、制药及食品等行业得到广泛应用,如氢气储罐、液化石油气储罐、石油储罐、液氨储罐等。
储罐内的压力直接受到温度的影响，且介质往往易燃、易爆或有毒。
储罐的结构形式主要有卧式储罐、立式储罐和球形储罐。
目前我国普遍采用常温压力储罐，常温储罐一般有两种形式：球形储罐和圆筒形储罐。
球形储罐和圆筒形储罐相比：前者具有投资少，金属耗量少，占地面积少等优点，但加工制造及安装复杂，焊接工作量大，故安装费用较高。
一般储存总量大于3m200时选用球形储罐比较经济，而圆筒形储m500或单罐容积大于3罐具有加工制造安装简单，安装费用少等优点, 但金属耗量大占地面积大, 所以在总储量小于3m100时选用圆筒形储罐比较经济。
过程设备基础课程设计
过程设备基础课程设计过程设备机械设计基础课程设计设计任务书目录一、设计目的 (3)二、设计内容 (4)1.确定筒体的直径和高度 (4)2.确定夹套的直径和高度 (4)3.确定夹套的材料和壁厚 (5)4.确定内筒的材料和壁厚 (6)5.水压试验及其强度校核 (8)6.选择釜体法兰 (9)7.选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 (10)8.选择搅拌传动装置和密封装置 (10)9.校核L1/B和L1/d (11)10.容器支座的选用计算 (12)11.选用手孔、视镜、温度计和工艺接管 (13)三、总结 (14)四、致谢 (15)五、参考文献 (16)一设计目的1 机械是一门与工程实践紧密相关的课程，仅通过书本知识的学习很难做到真正体会知识的内涵。
因此，进行此次课程设计训练对领会所学知识具有重要意义。
2 通过设计能提高综合运用所学知识的能力，加强对课本知识内容的理解，了解和熟悉相关的设计规范，加深对过程设备的理解。
3通过全面考虑设计内容及过程的参与，初步掌握过程设备机械设计的一般方法和步骤，掌握识图、制图、设计计算、编写设计说明书等设计基本技能，培养一定的工程设计能力，树立正确的设计理念，为今后的工作实践打下基础。
4课程设计中很多问题需要同学们之间的相互探讨和交流，在设计过程中不仅能够做到取长补短，相互学习，而且有助于增强同学之间沟通交流的能力。
4.设计中需要查阅许多资料，可以学到有关标准、手册、图册、规范及相关资料的查阅方法，并且在课程设计中需要正确选用设计标准，培养利用设计资料的能力。
5通过设计培养积极思考、深入钻研、独立工作的能力，踏实细致、积极主动的学习精神，及高质量高要求按时完成任务的工作习惯。
二设计内容现在以设计任务书所示的设备设计条件C 为例来进行搅拌釜反应器的设计。
1. 确定筒体的直径和高度由表中V=2.43m ，对于液-液相类型选取i D H =1.1，由式估算筒体的内径为m D HV i 406.11.14.244D 33i =??=??=ππ 将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径i D =1400mm ，查附录，DN=1400mm 时标准椭圆封头曲面高度h1=350mm ，直边高度h2=25mm ，容积h V =0.39773m ，表面积h F =2.23462m 。
过程设备设计课程设计说明书
第一章 设计参数的选择1.1设计参数形式：卧式椭圆形封头储罐 材料：16MnR设计压力：0.78MPa 设计温度：60℃ 全容积：7.5m3 介质名称：硫化剂介质特性：强氧化性，毒性，不易燃第二章 容器强度的计算与校核2.1筒体与封头的厚度计算2.1.1筒体厚度由于该容器存储介质具有中毒毒性，熔点195℃，不易燃。
所以该容器的焊缝采用双面全融透对接接头结构，对该储罐进行局部探伤，所以取焊缝系数0.85φ=。
根据长径比/2~6L D =最为合适，取/4L D =，则4L D =。
则：222224244324i ii i i D DV D L V D D πππ⎛⎫=+=⋅+⨯⋅⋅ ⎪⎝⎭封头所以：337.5130112i ii D D D mmππ=+⇒=查钢板卷焊筒体，规定用筒体内径作为公称直径系列尺寸表，圆整为1300i D mm =。
查JBT4737-95椭圆形封头表1得在封头厚度在6mm 时的3=0.3208m V 封，总深度350H mm =，代入原式反算： 7.5 1.6920.320851704L L mmπ=⨯+⨯⇒=则：/ 5.167/1.3 3.97i L D ==在区间2~6之间，符合要求。
计算厚度[]0.7813003.51821700.850.782c i tcP D mm P δδϕ⋅⨯===⨯⨯--钢板或钢管厚度负偏差1C 应按相应钢材标准名义厚度的规定选取。
当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm ，且不超过名义厚度的6%时，可取1=0mm C 。
由于GB 6654《压力容器用钢板》规定压力容器专用钢板厚度的厚度负偏差不大于0.25mm ，因此使用该标准中钢板厚度超过5mm ，可取1=0mm C 。
根据腐蚀速率直接选取2C ：材料属于单面腐蚀取2=2mm C 。
则： 筒体设计厚度2 3.5182 5.518d C mm δδ=+=+=筒体名义厚度1=+ 5.51806n d C mm δδ+∆=++∆=2.1.2封头厚度选用标准椭圆形封头，其形状系数12162i iD K h ⎡⎤⎛⎫=+=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦，封头采用钢板整体冲压而成，焊接接头系数取 1.0φ=，故封头计算壁厚：[]10.7813002.99217010.50.7820.5c i tckP D mm P δδϕ⋅⨯⨯===⨯⨯-⨯-取22h C mm =，则封头设计厚度2 2.992 4.99d C mm δδ=+=+= 同上取10h C mm =，则封头名义厚度1 4.990 4.99hn d C mm δδ≥+=+=考虑常用钢板的规格和材料采购和焊接上的方便，可取封头壁厚与筒体厚度相同6hn mm δ=2.1.3液压试验应力校核试验压力[][]1701.25 1.250.780.975170T c t P P MPa σσ=⨯⨯=⨯⨯= (或由用户输入)故[]0.90310.5s T MPa σσ≤= 而()()()()0.9751300620158.922620T i e T e P D MPa σσσϕ⨯+--⋅+===⨯--[]T T σσ<，液压试验应力校核合格。
《过程装备课程设计》课程设计大纲
《过程装备课程设计》课程设计大纲课程编号：C064150406课程名称：过程装备课程设计课程类型：专业实践课英文名称：Course design of Process Equipment适用专业：过程装备与控制工程总学时：2周学分：3一、课程设计目的及任务《过程装备课程设计》是学习过程装备设计基础知识、培养学生设计能力的重要教学手段，通过这一实践环节的训练，使学生掌握过程生产装置较完整的设计方法，熟悉过程单元过程及设备设计的基本程序和方法，掌握工艺流程图和化工设备装配图的绘制方法，熟悉查阅和正确使用技术资料，能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大提高，增强工程观念和实践能力。
其任务是，学生在完成化工单元工艺设计的基础上，进行单元过程典型设备的机械设计，使学生掌握设备选材、结构设计、强度设计、标准选用和工程绘图等基本设计方法，具有化工容器及设备设计的初步能力。
二、课程设计的基本要求1、自觉遵守实验室各项规章制度；2、上机前应预习并编写好上机程序，否则不允许进机房；3、程序设计任务完成后,由老师验收并评分。
1.项目建议书包括：a.项目建设目的和意义；b.产品需求初步预测；c.产品方案和拟建规模；d.工艺技术方案；e.资源、主要原材料、燃料和动力情况；f.建厂条件和厂址初步方案；g.环境保护；h.工厂组织和劳动定员估算；i.项目实施规划设想；j.投资估算和资金筹措设想；k.经济效益和社会效益。
2.设计方案确定，根据任务书提供的条件和要求，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，在此基础上，通过分析比较，选定适宜的流程方案和设备类型，确定原则的工艺流程。
同时对选定的流程方案和设备类型进行简要的论述。
3.工艺流程图设计，绘制可分三个阶段：第一阶段，绘制生产工艺流程草图。
第二阶段，绘制物料流程图。
第三阶段，绘制带控制点工艺流程图。
4.主要设备的工艺设计计算，依据有关资料进行工艺设计计算，即进行物料衡算、热量衡算、工艺参数的优化及选择、设备的结构尺寸设计和工艺尺寸的设计计算。
过程设备设计 课程设计
1.3 压力容器的结构组成（图见p9）(1)筒体(2)封头(3)密封装置(4)开孔与接管(5)支座(6)安全附件1.4 压力容器的分类（根据文献[3]）（1）按设计压力大小分为四个等级低压容器：0.1 MPa ≤p < 1.6 MPa中压容器：1.6 MPa ≤p < 10 MPa高压容器：10 MPa ≤p < 100 MPa超高压容器：p ≥100MPa（2）按容器在生产中的作用原理可分为反应容器、换热容器、分离容器、贮运容器。
SI～工程单位换算关系：2 -61Pa(帕) = 1N/m = 1×10 MPa(兆帕)21kgf/cm = 98100Pa = 0.0981MPa ≈0.1MPa1.4 压力容器的分类（根据文献[3]）（3）按照压力容器安全技术管理进行分类，分为第Ⅰ类压力容器、第Ⅱ类压力容器和第Ⅲ类压力容器，详细的分类方法见p13。
压力容器的综合分类法使得压力容器在设计、制造、运行管理三个方面，能够做到有法可依。
压力容器应力分析2.1 概述（1）压力容器应力分析的目的确定整个容器中最容易发生强度破坏的危险部位及其应力状态，选用合适的强度理论进行壁厚设计和强度校核，是容器设计的重要理论基础。
（2）应力分析的研究方法解析方法：即以弹性、塑性等板壳理论为基础的精确数学解；实验方法：采用电测法、光弹性法等；数值方法：基于应力分析理论基础上的有限元法、差分法等。
本章的应力分析是采用解析方法。
2.1 概述（3）压力容器的结构特点基本上是由球形、圆筒形壳体和椭球形、锥形、平板等封头组成，因此化工容器多数是旋转壳体，由旋转曲面组成，在垂直于对称轴的截面上的投影都是正圆形。
（4）本章讨论的对象承受压力：中低内压力(0.1MPa～10MPa)；壁厚：薄壁(径比K≤1.2)；结构：回转壳体。
可称为：中低(内)压薄壁容器应力分析2.2 回转薄壳应力分析2.2.1 引言2.2.1 引言（1）板壳理论分析对象在已经学过的理论力学中，研究了物体机械运动的一般规律，包括静力学、运动学和动力学。