最新6章教案容器零部件
化工设备设计基础第6章化工设备设计概述
外压容器 : 设计压力通常为低压
一、容器的结构与分类
• 4. 按壁温分类
• ⑴ 常温容器
– 指壁温高于-20℃至200℃条件下工作的容器；
• ⑵ 高温容器
– 指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳家钢或低 合金钢容器，温度超过420℃，合金钢（如Cr-Mo钢）超 过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃，均属高温容器；
• ⑶ 中温容器
– 指壁温在常温和高温之间的容器；
• ⑷ 低温容器
– 指壁温低于-20℃条件下工作的容器。其中低于-20℃至 -40℃者为浅冷容器，低于-40℃者为深冷容器。
一、容器的结构与分类
• 5. 按结构材料分类
– 金属容器：目前应用最多的是低碳钢和普通低合 金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的 场合，使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钴 等制的容器，在深冷操作中，可用铜或铜合金。 而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。
•无缝钢管做筒体的公称直径系列
159 219 273 325 377 426
三、压力容器的安全监察
• 1. 安全监察的必要性
– 应用广泛、特殊、事故率高、危害性大，一旦发生破坏会导致爆炸、 介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为特种设备进行管理。
• 2. 压力容器相关的法规和标准
– 法规性规定：具有强制性
• A.三类容器。符合下列情况之一者为三类容器： – (1)高压容器； – (2)中压容器(毒性程度为极度和高度危害介质)； – (3)中压贮存容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV ≥ 10MPa·m3)； – (4)中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV ≥0.5MPa·m3)； – (5)低压容器(毒性程度为极度和高度危害介质，且pV ≥0.2MPa·m3)； – (6)高压、中压管壳式余热锅炉； – (7)中压搪玻璃压力容器； – (8)使用强度级别较高(抗拉强度规定值下限≥540MPa)的材料制造的压力容器； – (9)移动式压力容器，包括铁路罐车（气体、低温液体或永久气体运输车）和罐 式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案容器零部件化工机械与设备一、教学目标1. 了解容器零部件的基本概念和作用。
2. 掌握常用容器零部件的名称、结构及工作原理。
3. 了解化工机械与设备的基本组成和功能。
4. 能够分析并解决实际工作中的容器零部件问题。
二、教学内容1. 容器零部件概述容器零部件的定义容器零部件的作用2. 常用容器零部件压力表安全阀法兰密封件搅拌器加热器冷却器3. 容器零部件的选型与安装零部件选型的依据零部件的安装方法及注意事项4. 化工机械与设备概述化工机械与设备的定义化工机械与设备的基本组成5. 常用化工机械与设备反应釜塔设备输送设备离心机压缩机三、教学方法1. 采用讲授法，讲解容器零部件的基本概念、作用及选型与安装方法。
2. 采用案例分析法，分析实际工作中的容器零部件问题。
3. 采用现场教学法，参观实验室或工厂，了解常用化工机械与设备。
四、教学评价1. 课堂问答：检查学生对容器零部件基本概念的理解。
2. 课后作业：要求学生绘制常用容器零部件的结构图，并简要说明其工作原理。
五、教学资源1. 教材：容器零部件及化工机械与设备相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解容器零部件及化工机械与设备的相关知识。
3. 实验室设备：实地参观实验室，观察容器零部件在实际工作中的运行情况。
4. 网络资源：查找相关视频资料，让学生更直观地了解容器零部件及化工机械与设备的工作原理。
第二章教案容器零部件化工机械与设备六、教学目标1. 理解常用容器零部件的名称、结构及工作原理。
2. 学会选择合适的容器零部件，并掌握其安装方法。
3. 掌握化工机械与设备的基本组成和功能。
4. 能够分析并解决实际工作中的容器零部件问题。
七、教学内容1. 压力表结构与原理选型与安装2. 安全阀结构与原理选型与安装3. 法兰结构与原理选型与安装4. 密封件结构与原理选型与安装5. 搅拌器结构与原理选型与安装6. 加热器结构与原理选型与安装7. 冷却器结构与原理选型与安装8. 化工机械与设备概述基本组成功能与用途9. 常用化工机械与设备反应釜塔设备输送设备离心机压缩机八、教学方法1. 采用讲授法，讲解常用容器零部件的结构、原理及选型与安装方法。
第六章 高压厚壁容器
第六章高压厚壁容器第一节厚壁容器设计理论及结构【学习目标】掌握高压容器设计理论及壁厚计算公式，了解多层包扎压力容器、热套压力容器等多层厚壁圆筒结构。
一、厚壁容器设计理论高压容器（10MPa≤P＜100MPa）又称为厚壁容器，δ/D＞0.1或K=D0/D i＞1.2。
厚壁容器由于径向应力较大，不能忽略，因此筒壁处于三向应力状态。
在三向应力中，除经向应力仍可视为沿壁厚均匀分布外，径向应力和环向应力并不沿壁厚均匀分布，最大当量应力发生在容器的内壁上。
1、厚壁容器的失效准则（1）弹性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处（内壁）的应力达到屈服极限后，容器便失去正常的工作能力，亦即失效，这种失效称之为弹性失效。
厚壁容器内壁屈服后，可能会在局部应力较大处出现微裂纹，并且在各种因素作用之下，可能会使裂纹进一步扩展，最终导致破坏。
弹性失效准则被许多国家采用，我国的GB150《压力容器》标准也是依据了这一准则。
（2）塑性失效准则这种观点认为，器壁上应力最大处的材料进入屈服阶段，并不导致整个容器的破坏，因为容器都是用具有一定塑性及韧性的材料制成的，内壁处的材料虽然屈服了，但在它外面的材料仍处于弹性状态，故屈服了的材料想进一步发生塑性变形，便要受到仍处于弹性状态的外层材料的约束。
只有当压力逐渐增加，塑性区不断扩展，直至容器的整个截面从里到外都达到屈服，才失去正常的工作能力。
这种失效称之为塑性失效。
（3）爆破失效准则这种观点认为，厚壁容器的壁很厚，材料的塑性又较好，它不会一达到整体屈服就发生破坏，它有明显的应变硬化现象，只有当容器承受的压力继续增大时，器壁中的应力和应变才会继续增加，直至压力增大到爆破压力，容器发生爆破，才能算真正失效。
2、厚壁容器弹性设计理论弹性设计理论下厚壁容器三向应力计算公式见表6-1。
在材料力学中，三个主应力按一定的顺序排列，即σ1＞σ2＞σ3，对应厚壁圆筒的三向应力为σt＞σx＞σr。
在弹性失效准则下，有四个不同的弹性强度理论，见表6-2。
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案——容器零部件化工机械与设备一、教学目标：1. 知识与技能：（1）掌握容器的基本概念和分类；（2）了解容器零部件的常见类型及作用；（3）熟悉化工机械与设备的基本构成及功能。
2. 过程与方法：（1）通过观察和分析，识别不同类型的容器及其零部件；（2）学会运用化工机械与设备的知识，解决实际问题。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生的团队合作精神，提高动手操作能力；（2）培养学生对化工机械与设备行业的兴趣和责任感。
二、教学内容：1. 容器的概念与分类（1）介绍容器的基本概念；（2）讲解容器的分类及特点。
2. 容器零部件（1）介绍容器零部件的常见类型；（2）讲解各种零部件的作用及其在容器中的重要性。
3. 化工机械与设备（1）介绍化工机械与设备的基本构成；（2）讲解化工机械与设备的功能及应用。
三、教学重点与难点：1. 教学重点：（1）容器的基本概念与分类；（2）容器零部件的常见类型及作用；（3）化工机械与设备的基本构成及功能。
2. 教学难点：（1）容器零部件在实际应用中的识别与选择；（2）化工机械与设备在化工生产中的应用。
四、教学方法与手段：1. 教学方法：（1）采用讲授法，讲解基本概念和原理；（2）采用案例分析法，分析实际问题；（3）采用小组讨论法，培养团队合作精神。
2. 教学手段：（1）使用多媒体课件，展示图片和视频；（2）利用模型和实物，进行直观教学；（3）布置实践作业，巩固理论知识。
五、教学安排：1. 课时：2课时（90分钟）2. 教学过程：（1）第一课时：讲解容器的基本概念与分类，容器零部件的常见类型及作用；（2）第二课时：讲解化工机械与设备的基本构成及功能，分析实际应用案例。
3. 作业布置：（2）查找相关资料，了解化工机械与设备在化工生产中的应用。
第二章教案——容器零部件化工机械与设备六、教学目标：1. 知识与技能：（1）掌握容器密封件的类型及作用；（2）了解容器支撑部件的分类与功能；（3）熟悉搅拌设备的工作原理与应用。
章教案容器零部件化工机械与设备
第一章教案容器零部件化工机械与设备教学目标：1. 了解容器零部件的基本概念和作用。
2. 熟悉常见容器零部件的名称、特点和应用。
3. 掌握容器零部件的选材和设计原则。
教学内容：1. 容器零部件的定义和分类。
2. 容器零部件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 常见容器零部件的名称、特点和应用。
4. 容器零部件的选材和设计原则。
教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾化工机械与设备的基本概念。
2. 提问：“什么是容器零部件？它在化工机械与设备中有什么作用？”二、新课内容讲解（15分钟）1. 讲解容器零部件的定义和分类。
2. 讲解容器零部件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 介绍常见容器零部件的名称、特点和应用。
4. 讲解容器零部件的选材和设计原则。
三、案例分析（15分钟）1. 提供几个容器零部件的案例，让学生分析其选材和设计原则。
2. 学生分组讨论，汇报分析结果。
四、课堂小结（5分钟）1. 回顾本节课的主要内容。
2. 强调容器零部件在化工机械与设备中的重要性。
五、课后作业（课后自主完成）1. 复习本节课的内容，整理笔记。
2. 完成课后练习题，巩固所学知识。
教学评价：1. 课后作业完成情况。
2. 课堂参与度和表现。
3. 案例分析的深度和准确性。
第二章教案容器零部件化工机械与设备教学目标：1. 了解容器密封件的基本概念和作用。
2. 熟悉常见容器密封件的名称、特点和应用。
3. 掌握容器密封件的选材和设计原则。
教学内容：1. 容器密封件的定义和分类。
2. 容器密封件的作用及其在化工机械与设备中的应用。
3. 常见容器密封件的名称、特点和应用。
4. 容器密封件的选材和设计原则。
教学过程：六、导入（5分钟）1. 回顾上一章的内容，引导学生了解容器零部件在化工机械与设备中的重要性。
2. 提问：“什么是容器密封件？它在化工机械与设备中有什么作用？”七、新课内容讲解（15分钟）1. 讲解容器密封件的定义和分类。
《化工设备机械基础》第六章习题解答
第六章 容器零部件二、填空题：A 组：1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR ）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：轴向应力应为（σ拉 ≤[]σt ） 轴向压力应为（σ压 ≤[]σt ）和（轴向许用压缩应力[]σac 的较小值） B 组：1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D 0,且A 不大于（0.2）L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°） 和θ=（150°）两种。
3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是：有效补强宽度是（}22,2m ax {nt n d d B δδ++=）外侧有效补强高度是（min {接管实际外伸高度,1nt d h δ= }） 内侧有效补强高度是（min {接管实际内伸高度,2nt d h δ=}） 4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di ≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i ,且不得超过（520）mm.当筒体直径D i ,>1500mm 时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i ,,且不得超过（1000）。
教案容器零部件化工机械与设备
教案容器零部件化工机械与设备一、教案基本信息1.1 课程名称：教案容器零部件化工机械与设备1.2 课程性质：专业课1.3 学时：32学时1.4 教学目标：（1）了解容器零部件的基本概念、分类和作用；（2）掌握常见化工机械设备的结构、工作原理和应用范围；（3）培养学生具备一定的实际操作能力和分析问题能力。
二、教学内容2.1 容器零部件（1）容器概述：容器的定义、分类和应用；（2）压力容器：压力容器的结构、工作原理和分类；（3）容器零部件：封头、人孔、人孔盖、人孔法兰、视镜、液位计、透气孔、支座等；（4）容器材料：常用材料及性能。
2.2 化工机械设备（1）泵：泵的分类、结构、工作原理和应用；（2）压缩机：压缩机的分类、结构、工作原理和应用；（3）换热器：换热器的分类、结构、工作原理和应用；（4）搅拌器：搅拌器的分类、结构、工作原理和应用；（5）其他常用化工机械设备：流量计、阀门、管道等。
三、教学方法与手段3.1 教学方法（1）讲授：讲解基本概念、原理和结构；（2）案例分析：分析实际案例，加深对知识的理解；（3）小组讨论：分组讨论问题，培养学生的沟通能力和团队合作精神；（4）实验操作：安排实验课程，锻炼学生的实际操作能力。
3.2 教学手段（1）多媒体课件：运用课件展示图片、视频等资料，提高课堂教学效果；（2）网络资源：利用网络资源，丰富教学内容，拓宽学生视野；（3）实验设备：配备实验设备，为学生提供实践操作机会。
四、教学评价4.1 过程评价（1）课堂提问：检查学生对课堂知识的理解和掌握程度；（2）作业批改：评估学生的作业完成情况，发现并纠正错误；（3）实验报告：评价学生的实验操作能力和分析问题能力。
4.2 终结评价（1）期末考试：测试学生对课程知识的全面掌握；（2）综合素质评价：考察学生的团队合作、沟通能力和创新能力。
五、教学计划5.1 课时分配（1）容器零部件：8学时；（2）化工机械设备：16学时；（3）实验操作：8学时。
压力容器零部件设计
压力容器零部件设计什么是压力容器？压力容器是指用来贮存或运输气体、液体及其混合物的容器，在使用时内部压力可高达几百兆帕，因此具有高度危险性和技术性。
常见的压力容器有储气瓶、锅炉、压缩空气储存罐等。
压力容器在工业生产中起着非常重要的作用，但由于其压力和温度较高，所以零部件的设计十分关键。
在设计压力容器零部件时，需要考虑各种因素，如材料、结构、强度等。
压力容器零部件的种类压力容器零部件是指组成压力容器的各个零件，包括隔离元件、连接元件、支撑元件、附属设施及安全附件等。
根据其在压力容器中的功能，可以将压力容器零部件分为以下几类：•隔离元件：主要由容器壳体、管道、泵、阀门等部件组成，用于存放和输送介质或压缩气体。
•连接元件：主要由焊接、螺栓紧固、法兰连接等部件组成，用于连接压力容器零件。
•支撑元件：主要由支架、支柱、衬垫等部件组成，对容器内部结构进行支撑和固定，保证其稳定性。
•附属设施：包括排液管、补偿器、冷却器、加热器等，用于对压力容器环境进行控制。
•安全附件：包括安全阀、减压器、检测仪表等，用于对压力容器进行安全控制。
压力容器零部件是由不同的部件组成的复杂系统，这些部件的功能、结构、材料均需要经过严格的计算和测试，只有这样才可以确保整个系统的稳定性和安全性。
压力容器零部件的设计要求在设计压力容器零部件时，需要考虑许多因素，包括材料、结构、强度等。
以下列举了压力容器零部件设计的一些基本要求：1.材料的选择：在设计压力容器零部件时，需要考虑所用材料的特性。
在选择材料时需要考虑到其机械性能、耐热性、耐腐蚀性，同时还需要考虑到铸造、锻造、焊接等工艺条件。
常用的材料有不锈钢、碳钢、铝合金等。
2.结构设计：压力容器零部件的结构必须合理，才能保证系统的正常运行。
在设计结构时，需要考虑到不同力的作用、容器的密封性以及容器与其他零部件的连接方式等。
3.强度计算：强度计算是设计压力容器零部件的一项基本工作，其目的是确保零部件在正常使用过程中不会发生松动、变形、破裂等失效现象。
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• 在跨距中点：载荷——介质压力，弯矩。
1
pcRm 2Se
M1
R2mSe
膜应力 弯曲应力
“—”上部为负，“+”下部为正。
•在支座处：当A≤Rm/2时，封头有支撑作用，保持 筒体的圆形，保证了局部刚度。
2p 2cS R emK1M R2m 2Se
40
4).筒体轴向应力的验算
判据：拉应力 拉： t
L——封头赤道圆（切点）间的距离。 A——赤道圆至支座中心线间的距离。 思考：在施工图上，L,A标注在赤道圆上，可否？45
因素4.法兰的刚度
——法兰在外力作用下抵抗变形的能力。 刚度小——受力後变形大，垫片受力不均，易泄漏。
法兰受力：
思考：法兰将如何变形？
21
法兰变形1:
22
法兰变形2
23
—增加法兰厚度； —减小螺栓力与垫片力作用点间距离； —增大法兰盘外径； —螺栓数量要足够。
24
因素五.操作条件
• 压力高—介质泄漏的推动力大。 • 温度高
6章教案容器零部件
法兰连接结构（外观）
2
2.松套法兰
平焊环松套板式
翻边松套板式
9
3.螺纹法兰
——法兰与设备或管道之间以螺纹连接。
10
6.1.3 影响法兰密封的因素
因素1.螺栓预紧力—— • 大小合适。 • 垫片受力均匀。螺栓采取小直径多数量
(四的倍数）。 • 对称拧紧的方法。
11
36
4.确定密封面形式及垫片。 查表6-1，确定采用平形密封面，垫片采用耐油橡胶 石棉垫。垫片尺寸由相应标准确定。表6-3 给出参考 宽度值：20mm。 5.确定螺栓螺帽材质。由相应标准查得。表6-6给出 参考值：螺栓螺母均为Q235-A。 6.绘草图。
螺栓M20 ,36个
37
6.2 容器支座
作用：支撑容器的重量；固定位置。 6.2.1 卧式容器支座 种类：
a.板式平焊
b.带颈对焊法兰
33
c.带颈平焊
d.承插焊
e.平焊环松套板式
f.翻边松套板式
34
g.螺纹法兰 方法兰
h.法兰盖 椭圆形法兰
35
例题为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。 塔的内径为1000mm,操作温度为280º，设计压力
为0.2MPa。塔体材质为Q235-B。介质无腐蚀性
及其他危害。
（1）.压力容器法兰材质为20R，300 ℃ 时设计压力为1.0MPa。其公称压力应该为 多少？
（2）管法兰材质为Q235-A,选用 PN=0.6MPa，问300℃时能否承受0.4MPa 的工作压力？
30
压力容器法兰设计步骤：
（1）确Байду номын сангаасDN; （2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确
定PN； （3）由PN,DN确定法兰形式及连接尺寸、螺栓尺寸
◎管法兰—与相联接管子的公称直径相同； ◎压力容器法兰— ·板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相同； ·无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公称直 径相同。
28
②.公称压力的确定：
基准：以16MnR在 200℃时的力学性能为基准确定法兰尺 寸系列。
即基准条件下，法兰的最大允许操作压力为该法兰的 公称压力。
法兰公称压力的确定：
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 0.4 0.6 0.65
300℃ 0.33 0.51 0.63
350℃ 0.30 0.49 0.6 29
③ 确定压力容器法兰PN —JB4700-92(见书P156,P329)
压应力 压：Bt 较小者
B值得计算：
1）由Rm和Se计算A:
A 0.094 Rm
2）由A，依据材料线求B值；
Se
3）如A在材料线左侧，由下式计算：
B 2 AEt 3
41
42
材质：垫板—与筒体相同，其它---Q235-A.F 。
43
（2）鞍座标准及其标记
鞍座分为轻型（A）和重型（B）（BⅠ~BⅤ）。 固定式——F型； 活动式——S型。
标准号：JB/T4712-92 . 鞍座标记：
JB/T4712-92 鞍座 [型号][公称直径]-[F或S] 例如：DN2600的轻型鞍座标记为 JB/T4712-92 鞍座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S
44
6).鞍座的位置——A的确定： A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。
38
1).支座反力计算
每一支座的反力：F=mg/2 式中 mg——设备总重。 2).筒体轴向弯矩哪里较大？
◎支座处(2-2截面）
弯矩为负，横截面的 上部受拉，下部受压
◎两支座中间处（1-1 截面）：
弯矩为正——横截 面上部受压，下部受 拉。
筒体受压处可能出现何种破坏形式？方向如何？ 39
3).筒体的轴向应力计算
—介质的粘度低，渗透性强，容易泄漏； —介质的腐蚀性能增强； —法兰、螺栓及垫片易发生蠕变，垫片比压下降； — 非金属垫片易发生老化，丧失塑性。
·温度压力联合作用，并且反复波动，垫片容易发生
“疲劳” 失效。
25
6.1.4 法兰标准
1.压力容器法兰标准
26
27
压力容器法兰的选用
确定法兰连接尺寸的基本参数： ——公称压力（PN）和公称直径（DN)。 ①.公称直径的确定：
因素2.法兰密封面形式
12
因素3. 垫片性能
• 垫片密封面的塑性变形能力 ——实现初始密封；
• 垫片材料及结构的回弹能力 ——提高工作状态下的残余密封比压。
• 耐腐蚀能力。 • 力学性能，尤其抗高温蠕变能力。 • 工作温度下的变质硬化或软化性。
13
14
垫片类型：
15
16
17
18
19
20
及数量。 （4）根据介质工作温度、工作压力确定密封面及垫
片类型； （5）确定螺栓、螺帽材质； （6）绘制草图。
31
2.管法兰 管法兰标准：
1）HG20592~20635——97 «钢制管法兰、垫片、紧固件»
2）GB9112~9123 «钢制管法兰»
注：«压力容器安全技术监察规程»推荐1）。
32
HG20592-97 管法兰类型：
解：1.确定DN DN=1000mm（板卷筒体）。
2.确定PN 法兰材质也采用Q235-BR,根据 操作温度（ 280°C）及设计压力（0.2MPa)，查 温度/压力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa)。
3.由DN和PN，查尺寸标准JB4701-92,确定 连接尺寸及螺栓的规格数量。
螺栓M20 ,36个