化工容器设计(ppt)
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《化工容器设计》课件
化工容器强度计算
总结词
强度计算是确保化工容器安全可靠的重 要手段，需根据容器的工作压力、温度 和盛放物质等因素进行计算。
VS
详细描述
化工容器强度计算的主要目的是确定容器 的壁厚和材料强度，以确保容器在使用过 程中能够承受各种压力、温度和腐蚀条件 。强度计算需依据相关标准和规范进行， 同时需要考虑容器的结构设计、材料属性 和制造工艺等因素。
详细描述
随着科技的发展，新型材料如高强度轻质材料、耐腐蚀材料、纳米材料等不断涌现，为化工容器设计提供了更多 的选择。这些新型材料具有更高的强度、耐腐蚀性和轻量化等特点，能够提高化工容器的性能和安全性，降低生 产成本，满足更严格的安全和环保要求。
智能化技术在化工容器设计中的应用
总结词
智能化技术的应用使得化工容器设计更加智能化、自动化和远程化，提高了生产效率和 安全性。
化工容器工艺控制设计
总结词
通过控制系统的设计和优化，实现对容器工 艺参数的精确控制。
详细描述
根据生产工艺的要求和容器的特性，设计和 优化控制系统，实现对容器工艺参数的精确 控制，提高生产效率和产品质量。
04
化工容器设计实例分析
某化工厂反应釜设计案例
总结词
工艺流程与操作条件
详细描述
该化工厂反应釜设计案例主要考虑了工艺流 程和操作条件，包括反应物料的性质、反应 温度和压力、搅拌器的类型和转速等因素。 在设计过程中，需要综合考虑这些因素，以 确保反应釜能够满足生产要求并保证安全。
化工容器密封设计
总结词
密封设计是化工容器设计中不可或缺的一环，直接关系到容器的安全性能和使用寿命。
详细描述
化工容器密封设计需根据容器的使用环境和盛放物质的性质选择合适的密封材料和密封 方式。常见的密封材料包括橡胶、聚四氟乙烯和金属垫片等。密封方式包括接触式密封 和非接触式密封等。密封设计需保证容器的密封性能可靠，防止介质泄漏和外部杂质进
容器设计基础PPT课件
2、按承压性质分类
（1）压力方向 真空容器与外压容器的区别
内压容真器空容器指外部压力来源于大气的压 外力压（容外器压（为真1个空大容气器压:外，Ｐ即=00..11MMpPaa,）内，P<即0.1Mpa） 将设备内空气抽掉，内部压力小于大气压 （2）力压。力大小（设计压力大小） 压力外不压限大容小器低指。压外容部器压：力0来.1≤源P＜于1介.6质M压Pa力， 内压容器 中压容器：1.6≤P＜10 MPa
二类容器
高度、极度毒性 ≥0.2
三类 容器
4、按容器壁温或材料分类
低温容器：≤-20℃ 常温容器：-20～200℃ 中温容器：200～420 ℃ 高温容器：达到材料蠕变温度
蠕变碳：素在钢应或力低不合变金的钢条＞件4下20，℃应变随时间延长 而增合加金的钢现＞象4。50它℃与屈服现象不同，屈服现象 通常奥在氏应体力不超锈过钢弹＞性5极50限℃之后才出现，而蠕变 只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹 性极限时也能出现。
10.2 内压薄壁容器设计
一、薄壁容器设计的理论基础
1、薄壁容器 容器
厚壁容器 K＞1.2 薄壁容器 K ≤1.2
δ/Di≤0.1
根据容器的外径D0和内径Di的比值K来判断。
K D0 Di 2 1 2
Di
Di
Di
石油、化工中使用的压力容器大多为薄壁容器。
2、圆筒薄壁容器承受内压时的应力
2
1 2 p R1 R2
pr
1 2 cos
pr
2 cos
pr
1 2 cos
pr
2 cos
锥形壳的环向应力是经向 应力的2倍，并且应力随着 半锥角α的增大而增大。
一般α≤45°，不宜太大。
化工机械基础-第08章 内压薄壁容器设计基础
化工设备机械 基础
例8-2回转壳体薄膜应力分析例题
例：有一圆筒形容器，两端为椭圆形封头， 已知圆筒的平均直径为D=2000mm厚度为 20mm,设计压力为2MPa，试确定：
(1)筒身上的经向应力和环向应力？ (2)如果椭圆封头的a/b分别为2、1.414和3， 封头厚度为20mm，分别确定封头的最大经向 应力和最大环向应力所在的位置。
d1
2
2 dl1
d2
2
0
pdl1dl2
m dl1dl2
1 R1
dl1dl2
1 R2
0
m p R1 R2
化工设备机械 基础
经推导，可得环向应力计算公式为：
m p R1 R2
R1: 该点的第一曲率半径，m
：环向应力，MPa
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化工设备机械 基础
薄膜理论适用范围
• 除了要求壳体较薄，还要满足如下条件： • 回转体轴对称，壁面厚度无突变。曲率半径连
n
锥截面
中间面
M
横截面
壁厚在那个截面量取？
Page5
化工设备机械 基础
➢ 三个曲率半径
1) 第一曲率半径：中间面上任一点经线 的曲率半径。R1=MK1(K1点在法线上)
2) 第二曲率半径：通过经线上M点的法 线作垂直于经线的平面，其与中间面相 交得到一平面曲线EM，此曲线在M点 处的曲率半径.R2=MK2(K2点是法线与 回转轴的交点)
1) 直法线假设：壳体在变形前垂直于中间面的直 线段，在变形后仍保持直线段并垂直于变形后的 中间面，且直线段长度不变。
2) 互不挤压假设：壳体各层纤维变形后均互不挤 压。
忽略弯矩作用，对于薄壁壳体，计算结果足够精 确。（无力矩理论）
化工设备基础第11章外压容器设计基础
安全系数考虑周全
在设计中要考虑各种安全系数，以应对可 能出现的异常工况和事故情况，保证容器 在使用过程中的安全性。
结构设计合理
容器的结构应简单、紧凑，便于制造、安 装和维护。
强度计算准确
通过准确的强度计算，确定容器的壁厚、 直径等参数，以满足外压容器的承载能力 。
材料选择恰当
根据使用条件和工艺要求选择合适的材料 ，保证容器的耐腐蚀、耐高温、耐高压等 性能。
3D打印技术在外压容器设计中的应用 逐渐增多，通过快速原型制造，可以 实现复杂结构的设计和制造，降低制 造成本和时间。
新型防腐材料
针对化工行业的腐蚀环境，新型防腐 材料如陶瓷涂层、合金涂层等被应用 于外压容器表面，增强了容器的耐腐 蚀性。
外压容器设计的技术创新ຫໍສະໝຸດ 改进1 2 3优化设计方法
基于数值模拟和有限元分析等现代设计方法，对 外压容器进行更精确的结构分析和优化设计，提 高容器的稳定性。
详细描述
外压容器壁厚的计算是设计过程中的重要步骤，需要综合考虑容器承受的压力、材料的许用应力和容器的直径等 因素。常用的计算方法有压力面积法和应力面积法，通过这些方法可以计算出满足强度要求的壁厚。
外压容器稳定性的校核
总结词
通过稳定性校核，判断容器在承受外压时是否会发生屈曲变形。
详细描述
外压容器稳定性校核是确保容器安全的重要环节。通过稳定性校核，可以判断容器在承受外压时是否 会发生屈曲变形。校核过程中需要考虑容器的形状、尺寸、材料特性以及压力等因素，确保容器在正 常工作条件下保持稳定。
外压容器的重要性与应用领域
重要性
外压容器广泛应用于化工、石油、制 药、食品等领域，是工业生产中不可 或缺的重要设备之一。
应用领域
化工设计课件-7 压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力
讨论薄膜应力在压力容 器中的分布情况，以及 对容器性能的影响。
弯曲应力与二次应力
弯曲应力
解释什么是弯曲应力，以 及在压力容器中如何计算 和分析。
二次应力
介绍二次应力的概念以及 在压力容器设计中的重要 性。
常见来源
讨论导致二次应力的常见 因素，如热应力和卸荷引 起的不均匀载荷。
薄膜应力 vs. 弯曲应力
化工设计课件-7 压力容器 中的薄膜应力、弯曲应力 与二次应力
本节课程将探讨压力容器中的薄膜应力、弯曲应力和二次应力。我们将学习 与这些应力相关的计算方法、来源以及影响因素。
薄膜应力的分析
1 定义与它产生的原理。
介绍计算薄膜应力的常 用方法，例如壳程法和 弯曲法。
二次应力的计算方法
1
解析方法
介绍解析计算二次应力的常用方法，如应力分析法和有限元法。
2
经验法则
讨论基于实际案例和经验的计算二次应力的规则和准则。
3
数值模拟
介绍使用计算机模拟和仿真软件进行二次应力计算的方法。
薄膜应力
对比薄膜应力与弯曲应力，包括应力类型、产生 原因和应力分布。
弯曲应力
了解弯曲应力与薄膜应力之间的区别和相互作用。
二次应力的影响因素
材料特性
讨论材料的弹性模量、热膨 胀系数和塑性变形对二次应 力的影响。
几何结构
解释容器的形状、尺寸和连 接方式如何影响二次应力的 产生。
工作条件
讨论压力、温度和载荷变化 对二次应力的影响。
化工机械基础-第11章 外压容器设计基础
2E t
D0
e
1.1
e
D0
2
长圆筒应变
2.5
1.5
'
'cr
Et
2.59Et
e
D0
L 2Et
D0
e
1.3
e
D0
L
D0
D0
短圆筒应变
化工设备机械 基础
• 1. 算图的由来 – 外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何 尺寸（δe，D0，L）之间的关系
f
D0 ，L
B 2 Et 2 Et
m
3
化工设备机械 基础
• 1. 算图的由来
若以ε为横坐标，以B为纵 坐标，将B与ε （即图中A ）关系用曲线表示出来。 利用这组曲线可以方便而 迅速地从ε找到与之相对应 的系数B，进而求出[p]。 当ε比较小时，E是常数， 为直线（相当于比例极限 以前的变形情况）。当ε较 大时（相当于超过比较极 限以后的变形情况），E值 有很大的降低，而且不再 是一个常数，为曲线。
不同的材料有不同的比例极限和屈服点 ，所以有一系列的A－B图。
化工设备机械 基础
二、外压圆筒厚度设计的图算法
利用算图确定外压圆筒厚度。步骤如下：
1． D0/e≥20的外压圆筒及外压管 a. 假设n,计算e＝n-C,定出L/D0、D0/e值
b. 在图11-5 外压或轴向受压圆筒和管子几何 参数计算图中得到系数A；
化工设备机械 基础
第十一章 外压容器设计基础
1、概述； 2、临界压力； 3、外压容器设计方法及要求； 4、外压球壳与凸形封头的设计 5、加强圈的作用与结构
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§11.1概述 一、外压容器的失稳
化工设备机械 基础
化工设备基础 第11章 外压容器设计基础
化工容器支座的稳定性
• 失稳破坏：“压弯了 腿”
外压容器失稳破坏
第一节 概述 外压容器：容器外部压力大于内部压力 石油、化工生产中外压操作， 例如： 石油分馏中的减压蒸馏塔、 多效蒸发中的真空冷凝器、 带有蒸汽加热夹套的反应釜 真空干燥、真空结晶设备等。 带夹套设备：夹套带正压，内层受外压
容器外压与受内压一样产生经向和环向应 力，也会发生强度破坏。然而这种情况很 少见。实践证明，外压圆筒筒内的压缩应 力经常是其数值还远远低于材料的屈服极 限时，筒壁就被压瘪或发生褶皱，在一瞬 间失去自身的形状。 这种在外压的作用下，突然发生的筒体 失去原形，即突然失去原来形状稳定性的 现象称为弹性失稳。保证壳体的稳定性是 外压容器能正常操作的必要条件。
de 1.1 Do d 1.5
2
cr 1.3
D
e o
L Do
• 临界应变（εcr）与 长径比（L/Do）， 厚径比（δe/Do）的 关系曲线图
de L A f( , ) Do Do
2).确定 cr ~ p关系
临界应变与许用外压关系
L Lcr
另外，圆筒的计算方法还与其相对厚度有关。当 厚度在 d e / Do 0.04 时，器壁应力达到屈服极限 以前不可能发生失稳现象，故在这种条件下，任 何长径比都可按刚性圆筒计算。
第三节 外压容器设计方法及要求
一、设计准则 设计时必须保证计算压力满足下式：
pcr pc [ p ] m
临界压力 pcr（Pa）
5000 3000 1500 3000
结论: 1).比较1和2 ，L/D相同时，δ/D大者pcr高，； 2). 比较3和2 ， δ /D相同时，L/D小者pcr高； 3). 比较3和4， δ /D,L/D相同时，有加强圈者pcr高.
第二篇化工容器设计
第二节 压力容器设计的基本法规（依据） 与常用标准
一、受监察的压力容器的条件
1. 最高工作压力 Pw≥ 0.1 MPa （不含液体静压力）； 2. 内直径Di（非圆形截面制其最大尺寸） ≥ 0.15m，
且容积 V ≥ 0.025 m3 ； 3. 盛装介质为气体、液化气体，
或最高工作温度 t ≥ 标准沸点的液体。
Do 14 18 25 32 38 45 57 76
壁厚 3 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 4
(4) 法兰的公称直径
与其相配的筒体、封头和接管的公称直径相一致。 即： 法兰的 DN = 筒体的 DN
封头的DN 接管的DN
2. 公称压力—— PN （Pg） 规定的标准压力等级 如：压力容器法兰的公称压力（MPa）
二.基本内容
1. 选材 根据工艺参数 t、p、介质，以及选材原则，选择设备材料。 2. 结构设计 3. 强度计算，确定壁厚。（包括筒体和封头） 4. 水压试验的强度校核 5. 密封设计，选择或设计法兰。 6. 支座的选择，以及强度与稳定性校核。 7. 开孔补强设计计算 8. 其他零部件、附件的选用。 9. 其他特殊设计 10. 绘制设备图纸 11. 编写设计说明书
二. 基本法规与常用标准
1. 《压力容器安全技术监察规程》1999版 2. GB 150 — 1998 《钢制压力容器》
3. GB 151 — 1999 《管壳式换热器》
4. JB 4710 — 2000 《钢制塔式容器》
第三节 容器零部件的标准化
一. 标准化的意义 1. 标准化使整个社会生产、生活等各项活动，保
代入（3-3）、（3-4）式后，得：
m
pD 4S
pD 4S
y