化工设备机械基础综述

化工设备机械基础综述 姓名：沈逍逍 学号1102012036 班级：生工（2）班 摘要：本综述主要对化工设备机械基础这门课程的相关知识作简要的总结，并且总结了对这门课程学习后的体会以及对这门课程学习的建议。 关键词：化工设备；材料；外压；内压；体会 1化工设备材料的认识 化学工业是国名经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求不尽相同。如压力的从真看到高压甚至超高压，温度从低温到高温，以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，是设备在极其复杂的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理选择材料是设计化工设备的主要环节。 1.1材料的性能 材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。 力学性能是金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。 1.2合金钢 随着现代工业和科学技术的不断发展，对设备零件的强度，硬度，韧性，塑性，耐磨性以及物理、化学性能的要求越来越高，碳钢已经不能完全满足需求。为了改善性能，合金钢是在碳钢基础之上有目的加入一定的合金元素而形成的钢材。 1.3化工设备的腐蚀及防腐措施 金属的腐蚀：金属和周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。根据不同的腐蚀过程，金属腐蚀又可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 金属腐蚀的损伤与破坏的形式：金属在各种环境条件下，因腐蚀而受到的损伤或破坏的形态多种多样。按照金属腐蚀的破坏形态可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。而局部腐蚀又可以分为区域腐蚀、点腐蚀、表面腐蚀等。 金属设备的防腐措施：为了化工设备被腐蚀，除了选择合适的耐腐蚀材料制造设备外，还可以采用多种防腐蚀的措施保护设备。常见的有电镀法、喷镀法、渗镀法、热镀法以及衬不锈钢衬里等。 金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法多种多样。均匀腐蚀速度常用单位时间内单位面积的腐蚀直梁或单位时间的腐蚀深度来平评定。 1.4化工设备材料 化工材料分为金属材料和非金属材料两大类。化工用金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料主要指铁和钢。 2容器的设计 在化工厂中，可以看到许多设备，有的用来贮存物料，例如各种贮存罐、计量罐、高位槽；有的进行物理过程，例如换热器、蒸馏塔沉降器、过滤器；有的用来进行化学反应，例如聚合釜、反应器、合成炉。这些设备虽然尺寸大小不一，形态结构各异，内部构件形式更是多种多样，但是他们都有一个外壳，这个外壳就称为容器。 2.1容器的分类 压力容器的种类很多，分类方法也各异，大致可以分为以下几类：按照容器的形状分类（方形和矩形容器、球形容器、圆筒形容器）；按照承受压力性质分类还可以按照制造材料分类以及应用情况来分类等。 2.2内压薄壁容器的设计 2.2.1薄壁容器及其应力特点 薄膜应力：容器的圆筒中段①处，可以忽略薄壁圆筒变形前后圆周方向曲率半径变大所引起的弯曲应力。用无力矩理论来计算。弯曲应力：在凸形封头、平底盖与筒体联接处②和③，则因封头与平底的变形小于筒体部分的变形，边缘连接处由于变形谐调形成一种机械约束，从而导致在边缘附近产生附加的弯曲应力。必须用复杂的有力矩理论及变形谐调条件才能计算。 2.2.2内压薄壁容器的设计 所谓薄壁容器并不是按照容器器壁厚度的大小来划分的，而是一种相对概念，

通常根据容器外径0D与内径iD的比值K值来判断的。2.1K为薄壁容器。

圆筒的应力计算：1、轴向应力41pD2、环向应力

22

pD

无力矩理论基本方程式：PRR2211筒体强度的计算：t

pD





2

为了满足运输和安装的要求，因此，必须限定一个最小的厚度以满足刚度和稳定性的要求。 2.3外压圆筒设计 外压容器是指容器外部的压力大于内部压力的容器。在石油、化工生产中，处于外压操作的设备很多，列入石油分馏的减压蒸馏塔、多效蒸发中的真空冷凝器、带有蒸汽加热夹套的反应釜以及真空干燥、真空结晶设备等。容器的失稳形式：容器的失稳主要分为整体失稳和局部失稳。整体失稳中又分为侧向失稳和轴向失稳。 临界压力的计算：1、长圆筒：3212OetcrDEp2、短圆筒：oo

e

crDL

DEp5.259.2



2.4封头的设计 封头又称端盖，按其形状可分为凸形封头、锥形封头和平板封头3类。其中凸形封头包括半球形封头、椭球形封头、蝶形封头和球罐形封头。锥形封头分为无折边与折边两种。 2.4.1半球形封头

半球形封头是由半个球壳构成的。1、受内压的球形封头ppDti4 2.4.2椭圆形封头 椭圆形封头是由半椭球和高度为h的短圆筒两部分构成。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。

受内压的椭圆形封头：pKpDti5.02系数：







22261iihDK

2.5法兰连接 在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的连接结构。常见的可拆卸结构有法兰连接、螺纹连接和承插式连接。 2.5.1法兰连接结构与密封原理 原理：法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于压紧面之间的垫片压紧。 2.5.2法兰的分类 法兰按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰3种。 2.6容器支座 容器支座用来支撑容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。支座的结构形式很多，主要由容器自身的形式决定，分卧式容器支座、立式容器支座和球形容器支座。 2.7容器的开孔与附件 为了满足工艺、安装、检修的要求，往往需要在容器和封头上开各种形状的孔或者是接管。而开孔处或者是接管处就会形成一个局部的高应力集中区。因此，为了降低应力就需要进行补强。 开孔补强的设计与补强的结构：1、整体补强2、局部补强 3塔设备 塔设备是在一定条件下，将能达到气液共存状态的混合物实现分离、纯化的单元操作设备，广泛用于炼油、精细化工、环境工程、医药工程、食品工程和轻纺工程等行业和部门中。 3.1板式塔及其结构设计 在整个国名经济生产中，板式塔占有相当大的比重，工业上应用最多、使用最广。较为丰富的有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔和舌形塔。 主要结构：1、塔盘 2、塔盘的密封结构 3、降液管 4、塔盘支撑结构 5、塔节尺寸。 3.2填料塔及其结构设计 填料塔的传质形式与板式塔不同，它是连续式气液传质设备。这种塔由塔体与群座体、液体分布装置、填料、再分布器、填料支撑以及气、液的进出口等部件组成。 4管壳式换热器 换热设备是进行各种热量交换的设备，无论是在炼油、石油化工。还是在化工及轻工等生产过程中都具有极为重要的作用那个和广泛的应用价值。 根据换热的目的不同，换热设备可分为加热器、冷却器、冷凝器及再沸器。无论是哪种换热器，高传热效率、低流动阻力、合理紧凑的结果、可靠的强度、低制作成本、安装维修方便仍然是衡量换热器性能的基本标准。 4.1换热器的分类方式 混合换热器、蓄热换热器、间壁式换热器。 5搅拌反应器 在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置称为反应釜或反应设备。为了使化学反应快速均匀进行，需对参加化学反应的物质进行充分的混合，且对物料加热或冷却，采取搅拌操作才能得到良好的效果。 5.1搅拌器的分类 通常搅拌器的分类有机械搅拌、气流搅拌、射流搅拌、静态搅拌和电磁搅拌等。 6体会 在化工生产中化工设备在一系列的生产反应等过程中有着至关重要的作用。因此对化工设备的选择很重要。在选择前需要对设备材料以及性能有一定的了解，并且材料必须符合规定的要求，需要综合各方面的因素考虑。需要遵循适用，安全和经济的原则。 在对化工原理有一定的学习后对此课程的学习有很大的帮助。尤其体现在塔跟换热器的课程设计上。此次的化工原理课程设计由小组成员共同完成，我认为这是培养学生化工设计能力跟团队合作的重要教学环节。通过这次的课程设计使我们初步掌握了化工设计的相关基础知识，设计原则及方法；学会通过各种途径查找相关数据的方法和技巧；能画出工艺流程、塔板结构等图形。这对以前学习的化工原理以及工程制图的相关知识有了进一步的复习与巩固。由于是初次接触课程设计，在设计计算的过程中我们遇到了种种困难，从中体会到了用理论知识去解决实际问题的不易，同时也感受到了理论与实际结合的不易。虽然化工设备这门课程学习的并不深入，但是我深深体会到这门课程在工厂设计中的重要性。我认为这门课程的理论知识在工厂设计中只是一部分，更重要的是实践。把理论与实际相结合才是真正学好了这门课程。 7建议 这门课程只学习课本上的只是是远远不够的，这门课程需要与实践密切的结合，建议老师在上这门课期间带学生去工厂参观。参观工厂里的一些化工设备，对化工设备的外形以及简单的功能有所了解对学生学习这门课程有非常大的帮助。在对容器零部件的学习时老师可以考虑带某些体积不大的零件（比如法兰）到教室供学生查看（在学习法兰时好多人不知道法兰长什么样子）。 8参考文献 [1]化工设备机械基础/刁玉玮，王立业，俞建良编著.大连理工大学出版社，2006.12