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化工设备机械基础
• ⑤产品总成本：是生产中一切经济效果的综合反映。一般 要求产品的总成本愈低愈好，但如果一个化工设备是生产 中间产品，则为了使整个生产的最终产品的总成本为最低， 此中间产品的成本就不一定选择最低的指标，而应从整个 生产系统的经济效果来确定。
• 三、容器零部件的标准化
• 1．标准化的意义
• ①组织现代化生产的重要手段之一。实现标准化，有利于 成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本从而 提高产品的竞争能力。
金属腐蚀破坏的形式: 均匀腐蚀与非均匀腐蚀（又称局部腐蚀）
金属设备的防腐措施：
1、衬覆保护层 2、电化学保护 3、缓蚀剂
第二章 容器设计的基本知识
• 一、容器的分类与结构 • （一）结构
• （二）分类 • 第一种：按设计压力分类 • 按承压方式，压力容器可分为内压容器与外压容器。 • 内压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级：：
一化学腐蚀：金属遇到干燥的气体或非电解质溶液而发生化 学作用所引起的腐蚀。其产物在金属的表面，腐蚀过程 中没有电流的产生。
二氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温 高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和 塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“氢腐蚀”。
（也是通过试验方法获得，一般在油压机上进行弯曲试验，测定材料的 缺口敏感性。）
• 4.硬度 ： • 衡量材料软硬的一个指标 • 总之，在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指
标中， • 强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。 二化学性能（主要指耐腐蚀性和抗氧化性） • 1、耐腐蚀性： • 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能
(完整版)化工设备机械基础(化机)
❖ 知识就是力量，知识更是金钱。长远看，资本家不如知本家。知识 本身不是力量，应用产生力量。科技价值不在获取，而在于利用。
青年是科技创新的主力
英剑桥： ●牛顿（23岁）建立微分学、（26岁）建立积分学。
（获奖者创造高峰期在25—45岁之间）
青年是科技创新的主力
● 02年岛津公司没上过研究生的小职员田中耕一（42岁）， 发明蛋白质的分离方法，可准确识别癌细胞，获诺贝尔奖。 ● 比尔盖茨21岁创办微软公司，改变了时代发展进程，连续 8年世界首富。创新必须创业，创新通过创业来表达。 ● 黄昆27提出“黄散射”，32岁与诺奖得主玻恩合写了 《晶格动力学理论》等。
件所受的已知外力求取未知外力。
解决这个问题的步骤是：第一步是通过受力分 析，确定未知的约束反力力线方位；
第二步是研究物体的受力平衡规律，利用这一规 律求取未知外力。
例题：p27,1-5,©
●俄国24岁Tswett《色谱分析原理》7页博士论文使难以分离 的化合物，用一把剪刀可剪开。在此基础上，Martin1952年 获诺贝尔化学奖。
●04年诺贝尔物理奖：加州大学32岁的葛洛斯与其22岁研究 生威塞克发现“夸克局限”现象。加州理工学院研究生24岁普 利泽发现“渐近自由”，至此解决了“夸克禁闭”现象。
工程力学的今朝
牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历 史大致可分为四个时期:
1. 从17世纪初到18世纪末，经典力学的建立和 完善化;
2. 19世纪，力学各主要分支的建立;
3. 从1900年到1960年，近代力学，它和工程技 术特别是航空、航天技术密切联系;
化工设备机械基础
1什么是外压容器的临界压力？临界压力与哪些因素有关？答：导致容器失稳的最小外压力或保持容器不失稳的最大外压力，称为外压容器的临界压力、用p cr表示。
临界压力与容器的几何尺寸、材料、制造质量等因素有关。
2、在外压薄壁圆筒上设置加强圈的作用是什么？答：当圆筒的壁厚确定时，设置加强圈可减小圆筒的计算长度、增大临界压力，从而提高容器承受外压力的能力；当承载要求确定时设置加强圈可减小圆筒的壁厚，从而节省材料。
3、什么是第一、二曲率半径？第一曲率半径——经线上任一点的曲率半径就是旋转壳体在该点的第一曲率半径，用r1表示。
R1=K O1，O1为第一曲率中心。
第二曲率半径——用过K点并与经线在K点的切线垂直的平面切割中间面，所得交线为一曲线，此曲线在K点的曲率半径称为旋转壳体在该点的第二曲率半径，用r2表示。
R2=KO2，O2为第二曲率中心。
4法兰联接是由一对法兰、一个垫片、数个螺栓和螺母组成5、压力容器法兰的密封面有平面型、凹凸型和榫槽型三种形式7、补强有整体补强和局部补强，常用的局部补强结构有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强8失稳分为整体和局部失稳，整体又分为侧向和轴向失稳9薄壁圆筒受内压环向应力是轴向应力两倍。
问题a：筒体上开椭圆孔，如何开?应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。
10，筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，4、简述压力容器法兰和管法兰公称直径的定义。
压力容器法兰的公称直径是指与法兰相配套的容器或封头的公称直径，对于用钢板卷制的圆筒公称直径就是其内径，对用无缝钢管制作的圆筒其公称直径指钢管的外径。
管法兰的公称直径（为了与各类管件的叫法一致，也称为公称通径）是指与其相连接的管子的名义直径，也就是管件的公称通径。
3、管壳式换热器按其结构特点有管壳式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器和填料函式换热器等形式2、管壳式换热器的管板和管子胀接连接的原理是什么？胀接连接是利用管子与管板材料的硬度差，使管孔中的管子在胀管器的作用下直径变大并产生塑性变形，而管板只产生弹性变形，胀管后管板在弹性恢复力的作用下与管子外表紧紧贴合在一起，达到密封和紧固连接的目的。
化工设备机械基础(基础知识)
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1、化工设备基础知识化工容器的基本结构(生产过程:工艺和设备) 1 化工容器的基本结构(生产过程:工艺和设备) 由于化工设备的适用场合不同，由于化工设备的适用场合不同，设备内部的结构也不但它们都有一外壳，这一外壳称为容器，同，但它们都有一外壳，这一外壳称为容器，故化工设备又称为化工容器。
又称为化工容器。
化工容器的特点：经常在高温、高压场合下工作，化工容器的特点：经常在高温、高压场合下工作，内部的介质通常易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蚀性。
的介质通常易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蚀性。
化工容器的结构组成化工容器常见的结构由：筒体、封头、支座、密封装置、化工容器常见的结构由：筒体、封头、支座、密封装置、开孔以及各种工艺接管和附件等。
图 1-1卧式容器的结构简图2 、化工容器的分类不同类型的化工容器虽然服务对象不同、不同类型的化工容器虽然服务对象不同、操作条件各异、结构形式多样，各异、结构形式多样，但大多是能承受一定压力且容积达到一定数值的密闭容器，化工容器又称压力容器。
积达到一定数值的密闭容器，化工容器又称压力容器为了了解各种压力容器的结构特点、为了了解各种压力容器的结构特点、适用场合以及设制造、管理等方面的要求，计、制造、管理等方面的要求，需对压力容器进行分本课程着重介绍中国《类，本课程着重介绍中国《压力容器安全技术监察规中的分类方法。
程》中的分类方法1）.按压力容器的工艺用途分类（1）反应压力容器（R）：主要用于完成介质的物理、化学反应的压反应压力容器（）：主要用于完成介质的物理、主要用于完成介质的物理力容器。
力容器。
代表设备：反应器、分解塔、代表设备：反应器、分解塔、合成塔（2）换热压力容器（E）：主要用于介质热量交换的压力容器。
换热压力容器（）：主要用于介质热量交换的压力容器。
主要用于介质热量交换的压力容器代表设备：换热器、余热或废热锅炉、冷凝器、蒸发器等。
精品资料精品文档化工设备机械基础
1.2 材料 的性能 (cáiliào)
〔2〕缺口敏感性 在带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗
裂纹扩张的能力，是在静载荷下抵抗裂纹扩张的 能力，这一点(yī diǎn)与冲击韧性不同。两者都属于 材料的韧性范畴。
〔也是通过试验方法获得，一般在油压机上进 行弯曲试验，测定材料的缺口敏感性。〕
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绪论
化工生产和化工机械
化工生产是以流体〔气体、液体、粉体〕为原料， 以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产 品为目的的工业生产。化工生产过程不仅(bùjǐn)取决于 化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关，化工 机械是化工生产得以进行的外部条件，所以先进的化 工机械，一方面为化学工艺效劳，另一方面又促进化 学工艺过程的开展。
延伸率和断面收缩率越大，表示金属材料的塑性越好。 〔3〕冷弯角
对焊接工艺试板和产品，必须做冷弯实验。
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2023/12/31
1.2 材料 的性能 (cáiliào)
3、硬度
衡量材料软硬的一个指标，一般用：
布氏硬度〔HBS、HBW〕，较软；
洛氏硬度-----HRC，较硬； 维氏硬度----HV，另有显微硬度。
韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生 断裂的。
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1.2 材料 的性能 (cáiliào)
〔1〕屈服点〔σs〕
金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时， 仍继续(jìxù)发生明显的塑性变形，这种现象，习惯上称为“屈 服〞。发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性变形时的应力， 称为“屈服点〞，用σs (MPa)表示。它即代表材料抵抗产生 塑性变形的能力。
化工设备机械基础
1）纯弯曲：指梁横截面上只有弯矩，而剪力为零的弯曲。
2）☆横截面上弯曲应力的分布规律：①横截面上任一点的正应力与该点到中性轴的距离y成正比；②距中性轴同一高度上的各点的正应力相等，其他条件不变，中性轴上的各点正应力为0；③在中性轴的一边是拉应力，另一边是压应力，E和ρ为定值时，正应力的最大值在横截面的上、下边缘处。
☆剪切面与挤压面的判定：剪切面与外力平行，挤压面与外力垂直。
二、圆轴扭转时的外力和内力【例5-3】习题5-2
1） 若在杆件的不同截面上受到的力偶（或力矩）作用时，杆的横截面将绕轴线发生相对转动，纵向直线变成螺旋线。杆件的这种变形称为扭转变形。以扭转变形为主的直杆称为轴。
2）
3）扭转时的内力—内力偶矩（扭矩）
轴中任一横截面上的扭矩等于该截面任一边所有外力偶矩的代数和，即
☆扭矩符号的规定：按右手螺旋法则将扭矩用矢表示，当矢的方向离开截面为正，指向截面为负。☆扭矩图，作图时，取平行于轴线的坐标表示各截面的位置，以垂直于轴线的坐标表示各相应截面上扭矩的大小和正负。
三、圆轴扭转时的应力
1）横截面上剪应力的分布规律：圆轴横截面上某点的剪应力τρ与该点到圆心的距离ρ成正比，圆心处τ为零，轴表面τ最大。
☆力偶对矩心O点的力矩只与力F和力偶臂d的大小有关，而与矩心位置无关。
力偶的性质（判断题）
①力偶无合力。力偶只能与力偶等效，若在同一平面内的两个力偶，它们的力偶矩大小相等，转向相同，则是彼此等效的力偶。
②力偶在其作用面内任意移动，而不改变它对刚体的作用，即力偶对物体与它在作用面内的位置无关。
③在保持力偶矩的大小和转向不变的条件时，可以任意改变力和力偶臂的大小，而不会改变力偶对刚体的作用。
3）作用在梁上的外载荷，有三种形式：①集中力、②集中力偶、③均布载荷
化工设备机械基础知识点
《化工设备机械基础》部分知识点1．工程结构物、机器和设备都是由构件组成的，这些构件在外力作用下能够安全可靠地进行工作，需要满足（强度条件）、（刚度条件）和（稳定性条件）等三个力学条件。
2．将原物体用一理想化的模型——（刚体）来代替3．（力偶）对刚体只产生（转动效应）而没有（移动效应），这与一个力单独作用是不同的。
因此，力偶不能与一个力等效，也就不能与一个力平衡。
4．材料力学对变形固体所做的四条假设：连续性假设、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设。
5．物体在外力作用下会产生变形，基本变形形式主要有：（轴向拉伸或轴向压缩）、（剪切）、（扭转）、（弯曲）。
当外力卸除后，物体能完全或部分恢复其原有的，其中，随外力卸除而消失的变形称为（弹性变形），不能消失的变形称为（塑性变形）或（残余变形）。
6．轴向拉伸或压缩杆件的受力特点是：（外力合力的作用线与杆的轴线重合），其变形特点是：（杆件沿轴线方向伸长或缩短）。
7．截面法求内力的基本方法，其步骤如下（截）（代）（求）（1）截 :欲求某一截面上的内力时，就沿该截面假想地把构件分成两部分，取一部分作为研究对象，弃去另一部分;（2）代 :用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部分的作用（3）求: 对留下部分用平衡方程求解内力。
8．根据应力应变图表示的试验结果，低碳钢拉伸过程可分成（弹性阶段）（屈服阶段）（强化阶段）（局部变形阶段）四个阶段。
9．n称作安全因数。
10．因构件截面尺寸突然变化而引起局部应力急剧增大的现象，称为（应力集中）。
11．如果梁的支座反力仅利用静力平衡方程便可全部求出，这样的梁称为（静定梁），常见的静定梁有（简支梁）、（外伸梁）和（悬臂梁）。
12．最大拉应力理论（第一强度理论），最大伸长线应变理论（第二强度理论），最大切应力理论（第三强度理论），畸变能密度理论（第四强度理论）13．容器按使用功能分为（反应设备）、（换热设备）、（分离设备）、（储运设备）；14．容器一般是由几种壳体（如圆柱壳、球壳、圆锥壳、椭球壳等）组合而成，再加上连接法兰、支座、接口管、人孔、手孔、视镜等零部件。
化工设备机械基础
化工设备机械基础期末复习题型：1、判断题2、解释题3、填空题4、简答题5、计算题6、论述题一、重要的定理、原理、准则1、力的平行四边形法则或三角形法则：作用于同一点的两个力可以合成为一个合力，合力的大小和方向是以这两个力为邻边的平行四边形的对角线矢量，其作用点不变。
也即：合力等于两分力的矢量和。
圆轴扭转时的强度条件虎克定理：纯弯曲时梁横截面上任一点的正应力与该点到中性轴的距离成正比，距中性轴同一高度上各点的正应力相等。
适用条件：1.材料是均匀的，各向同性的：厚度无突变，材料物理性能相同；2.轴对称——几何轴对称，材料轴对称，载荷轴对称，支撑轴对称；3.连续——几何连续，载荷（支撑）分布连续，材料连续。
4.壳体边界力在壳体曲面的切平面内：无横向剪力和弯距作用，自由支撑等；5. δ/DI ≤0.1 (薄壁容器)压力容器强度设计步骤6-7计算法则与符号规定轴力的计算法则：受轴向外力作用的直杆，其任意截面上的轴力，在数值上等于该截面一侧所有轴向外力的代数和。
背向该截面的外力取正值，指向该截面的外力取负值。
轴力正负号：拉为正压为负剪力的计算法则：任一横截面上的剪力在数值上等于该截面一侧所有横向外力的代数和（取其绝对值）。
弯矩的计算法则：任一截面上的弯矩，等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取矩的代数和。
其中向上的外力，其矩为正；向下的外力，其矩为负。
化工设备材料选择要考虑哪些因素？设备的操作条件——压力、温度、介质特性、操作特点；材料的使用性能——力学性能、物理性能、化学性能；加工工艺性能——焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能；经济合理性及设备结构——材料价格、制造费用和使用寿命。
碳钢与铸铁钢铁的组成 = 95%以上铁+（0.05 -- 4%）碳+1%杂质——铁碳合金含碳量0.02~2% 为钢；含碳量＞2% 为铸铁；含碳量＜0.02% 为工业纯铁；含碳量＞ 4.3% 无实用价值。
钢号表示法例：优质碳素钢——08F 20 R低合金钢——16MnR 16——含碳量0.16%；M n——合金元素；R ——容器钢。
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第三章平面弯曲
3、平面弯曲的应力计算（1）
第三章平面弯曲
4、平面弯曲的应力计算（2）
5、挠度和转角
内容：应力分布规律、变形特点
第5周
第四章剪切和扭转（4学时）
1、剪切和挤压的受力
2、变形特点和实例计算
3＞扭转变形的基木概念
第四章剪切和扭转
4、传动轴外力矩的计算
5、圆轴扭转时横截面上的内力、应力和强度条件
三、教学资源
指定教材
《化工设备机械基础》，汤善甫，朱思明，华东理工大学岀版社，2003年
参考文献
1、《化工设备机械基础》,刁玉伟编著，大连理T大学出版社，1997年；
2、《材料力学（I、II）》,刘鸿文编著,高等教育出版社,2003年;
《化工设备机械基础》，董大勤编著，化学工业出版社1994年；
4、《压力容器设计》,赵正修编著,石油大学出版社,1996年;
系主任签名:分管教学院长签名：
年 月LI
1、概述
2、载荷分析和应力计算
复习题：习题
17-1
〜17—2
第卜七章塔设备的机械设计
3.塔体强度和稳定性计算
4、蒸镭塔机械设计举例。
第16周
课程设计：夹套反应釜的施工图设计（8学时）
第17周
教学方法 与手段
通过教材进行基本内容讲解，理论联系实际，并辅以多媒体辅助教 学手段。
学习方法
课前预习，课上听讲、记笔记，课后复习。
1、材料力学的基本概念
2、拉伸和压缩
内容：基木概念、截面法、强度条件
作业：习题
2-2, 2-7
3、材料的机械性质
内容：基木概念、应力应变曲线、失效条件
第3周
第三章平面弯1山（8学时）
1、弯曲变形的实例和概念
内容：载荷种类、横梁特点
作业：习题
3-3, 3-8
3-12 (a)
2、直梁弯曲的内力分析
内容：剪力、弯矩和剪力图、弯矩图
《化工设备机械基础》课程说明书
一、主讲教师信息
姓名
赫庆鹏性别 男
学历
硕士
职称
讲师
研究方向
化学工程
工作单位
化学化工学院
讲授课程
化工设备机械基础
联系电话
8239077电了信箱
heqingpeng^lcii・edu・cn
二、课程信息
课程 名称
中文
化工设备机械基础
先修课程
化丁.制图、机械制图、 化工原理
英文
第9周
第十四章内压容器设计
5、内压容器设计设计举例
作业：习题15
—5
第十五章外压容器设计（6学时）
1、外压薄壁容器的特点。
第计
第十五章外压容器设计
3、外压凸型封头的厚度设计
第11周
第九章焊接（4学时）
1、电弧焊
2、焊接接头和坡口形式
3、焊接材料
4、焊接缺陷与焊接质量检验
第12周
第十八章化工设备通用零部件（4学时）
1、筒体、封头、法兰
2、支座、开孔
复习题：习题
16-1
〜16-8
第十八章化工设备通用零部件
3、容器设计举例
第13周
第十八章反应釜的机械设计（4学时） 反应釜的概述和釜体设计 反应釜的概述和搅拌装置
课稈设计：夹 套反应釜的施 工图设计
第14周
劳动周
第15周
第十七章塔设备的机械设计（4学时）
Fundamental Mechanism of Chemical Engineering Equipments
课程性质
专业核心课
学时/学分
64 /4授课范围汽级鉴丁程与工艺
訂、6、7坍
授课时间 和地点
周二、周四9-10节：4-C-101室；
人数 限制
150
课 程 简 介
介绍和分析了化工设备及其零部件的受力，受力构件的变形规律及其强度、刚 度和稳定性条件，常川材料，传动装置、容器、塔设备及反应釜等典型化T设备的 机械设计方法等内容
考试说明
缺席1/3学时者，取消考试资格，重修；总成绩不及格者，补考； 补考不及格者，重修；补考或重修时，期末考试占100%o
备注
1.开学一周内，班长或课代表将其姓名、联络电话、手机以e-加订 传送给任课老师。
2.若以e-mai1与老师联络时，请于主题处注明您的班级、姓名及 事由等。
3.修读木课程的同学均应准时到课，若无法准时前来，应有请假条。
6、圆轴扭转的变形和刚度条件。
作业：习题
4-1, 4-5
第6周
第五章复杂应力情况下的强度计算（3学时）
1、应力状态的概念
2、二向应力状态分析
3、广义虎克定律
4、强度理论简介
作业：习题5-5
第八章压杆的稳定仃学时）
1、压杆稳定性的概念
2、临界压力的确定
3、提高压杆稳定性的措施
复习题：习题
6-1
〜6—2
第7周
第七章化工设备材料（4学时）
1、概述
2、碳素钢和铸铁
3、钢的热处理
复习题：习题
7-1
〜7 —12
第七章化工设备材料
4、合金钢
5、有色金属及其合金
6、非金属材料
第8周
第十四章内压容器设计（6学时）
1、压力容器概述
2、典型内压容器结构
作业：习题14
—6
第十四章内压容器设计
3、容器的受力分析
4、内压薄壁売体和封头的厚度设计
教学网站
、教学信息
教学目标
通过木课程的学习和实验，让学生掌握化工设备及其零部件的 受力分析方法，掌握受力构件的变形规律及其强度、刚度和稳定性 条件，了解常用材料，传动装置、学会常用容器、塔设备及反应釜 等典型化工设备的机械设计方法等。
教学进度 （以周为单位）
课堂讲授
实验、实习、 作业、课外阅 读及参考文献 等
教学内容摘要
（章节名称、讲述的内容提要，课堂讨论的题目等）
内容及时间、 地点
第1周
第一章零部件受力分析（4学时）
1、受分析概述
2、约束反力与受力图
内容：基本术语、受力图
作业：习题
1-2, 1-4
3、平血力系的合成和平衡条件、力偶系 内容：汇交力系平衡条件，基本原理，例题
第2周
第二章 拉伸与压缩（4学时）
五、实践教学（含课程实验、课程论文、读书报告、文物考察、野外实习、写生等）
课程设计：夹套反应釜的施工图设计（8学时）
六、成绩考核
平时成绩
占总成绩20%。其屮作业质量和上课出席参与占10%,课程设计片10%。
期末成绩
占总成绩80%,闭卷（时间为120分钟,满分为100分）。
题目类型有名词解释、简答题、判断题、计算题（携带计算器）、填 空题等。