化工设备设计基础
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）；
化工设备设计基础
化工设备设计基础
化工设备设计基础包括以下几个方面：1.化工工艺流程：了解化工工艺流程，包括原料的输入、反应、分离、净化等过程，以及工艺参数的控制和调节。
2.设备选型：根据化工工艺流程的要求，选择合适的设备，包括反应器、分离器、换热器、泵、阀门等。
3.设备设计：根据化工工艺流程和设备选型，进行设备的设计，包括设备的尺寸、材料、结构、传热、传质等方面的计算和分析。
4.安全设计：考虑设备的安全性，包括防爆、防腐、防漏等方面的设计和措施。
5.经济性设计：考虑设备的经济性，包括设备的造价、运行成本、维护成本等方面的设计和优化。
6.环保设计：考虑设备的环保性，包括废气、废水、废渣等方面的处理和排放。
7.自动化设计：考虑设备的自动化程度，包括自动控制系统、传感器、执行器等方面的设计和应用。
以上是化工设备设计基础的主要内容，需要结合实际工程项目进行具体的应用和实践。
第二篇 化工设备设计基础
第四节 化工容器常用金属材料的基本性能
四、碳素工具钢
碳素工具钢的编号是在“碳”或“T”的后面附以数字来 表示的，数字是用其平均含碳量的千分之几来表示。
优质钢有T7、-T13七个牌号
高级优质钢有T10A、T12A等牌号
第四节 化工容器常用金属材料的基本性能
五、铸钢
铸钢与铸铁相比，机械性能好，但流动性差，凝固过程 中收缩率较大。
5. 密封性和节省材料。
6. 便于制造、运输、安装和操作
一、标准化的意义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三节 容器的标准化设计
1、便于成批生产；2、增加零部件的互换性；
3、便于专业化生产；4、消除贸易障碍，提高竞争力；
二、容器零部件标准化的基本参数
1、公称直径DN： 由钢板卷制而成的容器和成型封头，公称直径指它们的内径。 管子的公称直径，既不是内径也不是外径，由公称直径确定外径，再 由壁厚确定内径。 小直径筒体，采用无缝钢管制作的容器，公称直径指无缝钢管的外径.
第四节 化工容器常用金属材料的基本性能
非金属材料：工业塑料、玻璃钢、有机玻璃、陶瓷、
材料
水泥、石墨 等
金属材料
有色金属：铜、铝、钛 等
黑色金属：钢、铁（铁碳合金）
铁碳合金的分类：
工业纯铁—— C<0.020%
钢 铸铁 钢材的分类： 按化学成分分类；按用途分类；按冶炼方法分类；按质量等级分类。 —— C=0.020-2.0% —— C>2.0%
金属和合金对周围介质，如大气、水气、各种电解液侵蚀的 抵抗能力叫做耐腐蚀性。金属材料的耐腐蚀性指标常用腐蚀速 度来表示，一般认为，介质对材料的腐蚀速度在0.1mm／a以下 时，材料属于耐腐蚀的。 2、抗氧化性
化工设备设计基础
《化工设备设计基础》综合练习题第一篇工程力学基础第一章构件的受力分析一简答题1．什么叫力？力的三要素是什么？2．二力平衡条件是什么？什么叫二力杆？3．平面一般力系的平衡条件是什么？4．什么叫约束反力？5．工程中有哪几种常见的约束型式？二计算题1．如图所示的简易起重机横梁AB的A端以铰链固定，B端有拉杆BC，起重量W=10KN。
AB梁重P=4KN。
BC杆自重忽略不计，试求载荷W位于图示位置时BC杆的拉力和铰链A的约束反力。
2．车刀的A端禁固在刀架上，B端受到切削刀作用，已知Py=18KN，Px=7.2KN，L=60mm，求固第二章直杆的拉伸与压缩一简答题1．什么叫内力？如何求出直杆各截面处的内力？2．什么叫强度？直杆拉伸或压缩时的强度条件是什么？3．低碳钢的拉伸试验中，从开始加载至断裂经过哪几个阶段？4．钢材的机械性能主要包含哪些指标？5．什么叫应力集中？二计算题1．试求图示的杆横截面1-1的内力，已知P1=26KN，P2=14KN，P3=12KN。
32．一个总重为200N的电动机，采用M8吊环螺钉，螺纹根部的直径为6.4mm，其材料的许用应力[σ]=40MPa。
问起吊电动机时，吊环螺钉是否安全？第三章直梁的弯曲一简答题1．什么叫梁？2．什么叫平面弯曲？3．梁中内力有哪些？4．剪力和弯矩的正负如何规定？5．什么剪力图和弯矩图？6．梁弯曲时的正应力强度条件是什么？7．梁纯弯曲时的正应力分布有什么特点？第五章复杂应力状态下的强度计算一简答题1．什么叫应力状态？2．什么叫主应力？什么叫二向应力状态？3．工程设计中有哪几种常用的强度理论？4．什么是第一强度理论？5．材料破坏有哪几种主要形式？第二篇化工设备常用材料一简答题1．金属材料有哪些基本性能？2．金属材料中碳，硫，磷，锰，硅对材料性能各有何影响？3．什么叫弹性变形？什么叫塑性变形？4．什么叫材料的韧性？什么叫无塑性转变温度？5．什么叫热处理？什么叫调质处理？6．碳钢按含碳量如何分类？按冶炼方法如何分类？7．碳钢按质量如何分类？碳钢的牌号如何规定？8．指出Q235B中各符号的含义？指出20R中各符号的含义？9．合金钢按用途如何分类？10．合金钢的牌号如何规定？11．指出0Cr18Ni9Ti及16MnR中各符号的含义？第三篇化工设备设计基础绪论一简答题1．什么叫压力容器？2．内压容器有几种分类方法？3．判断容器是一类、二类或三类容器的原则是什么？4．何谓公称直径？管子DN20表示什么意思？5．何谓公称压力？第八章内压薄壁容器的应力理论一简答题1．什么叫薄壁容器？2．什么叫回转壳体？什么叫经线？什么叫纬线？3．什么叫无力矩理论？什么叫薄膜应力？4．什么叫边缘应力？边缘应力如何产生？边缘应力有何特点？5．什么叫第一曲率半径？什么叫第二曲率半径？二判断题1．下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用。
化工设备设计基础_封头设计
封头又称端盖，其分类
一、椭圆形封头
半椭球和高度为
h的短圆筒(通
称直边)两部分 构成，
直边保证封头制 造质量和避免 边缘应力作用。
㈠受内压的椭圆形封头
计算厚度
KpDi
2 t 0.5 p
K
K-椭圆形封头形状系数，
1 6
2
Di 2hi
2
标准椭圆形封头(长短轴之比值为
2)，K=1。壁厚计算公式：
1、锥壳大端
a. 过渡段的计算壁 厚
KpDi
2 t 0.5 p
b. 与过渡段相连
接处的锥壳计算 壁厚
fpDi
t 0.5 p
2、锥壳小端
a. 半锥角a450 ，小端 无折边计算同前
b. 小端有折边，过渡段 厚度按（4-38）确定， Q值查图4-29。
c. 半锥角a>450 ，小端 过渡段厚度仍按（438）确定，Q值查图 4-30。
p 2 t e
KDi 0.5 e
标准椭圆形封头的直边高度由表4-11确定。
封头 材料
碳素钢、普低钢、 复合钢板
不锈钢、耐酸钢
封头 壁厚
4～8
10～ 18
≥20
3～ 9
10～ 18
≥20
直边 高度
25 40 50 25 40 50
㈡受外压（凸面受压）椭圆形封头 外压椭圆形封头厚度设计步骤同外
压圆筒。
3、无折边锥壳的厚度
锥壳厚度 （4-36）
pDi
2 t
1
p cosa
（4-36）
pDis
2 t
p
1
cosa
（4-37） （4-38） r
化工设备基础设计
化工设备基础设计化工设备是化工工艺过程的核心，对于化工生产具有至关重要的作用。
化工设备的基础设计是实现化工流程控制和操作的关键，因此必须重视。
一、化工设备的分类根据化工过程的特点，化工设备可以分为反应器、蒸馏塔、吸收塔、萃取塔、离心机、过滤机、干燥机等多个类型。
其中，反应器是化工生产中的核心设备，用于完成化学反应，蒸馏塔则用于将混合物分离成不同的组分，吸收塔和萃取塔则主要用于气体分离和液体分离，离心机和过滤机则用于固液分离，干燥机则用于将制品的水分去除。
二、化工设备的基础设计化工设备的基础设计要考虑到化学反应、物料传输、热传导和传质等多种因素。
首先，设备的体积要大到足够容纳反应物和产物，同时确保反应物能充分混合。
其次，设备的加热和冷却方式要具有良好的热传导性，既能保证设备内的温度均匀分布，又能保证加热和冷却的速度可以得到控制。
此外，设备的流动性能也是令人关注的问题，必须考虑到物料在设备中的传输速度，避免产生物料的淤积和结块等问题。
最后，还要注意设备的可靠性和安全性，避免发生意外事故。
三、化工设备基础设计中的关键因素化工设备基础设计中的关键因素包括物料特性、工艺流程、温度、压力、材料选择等方面。
首先，物料特性对于设备的选择和设计具有决定性的作用。
例如，对于粉状物料，需要考虑到粉尘的排放和防止物料出现结块等问题；对于易燃易爆的物料，则需要考虑到设备的安全性和防火措施。
其次，工艺流程也是化工设备基础设计中不可忽视的因素，必须考虑到工艺流程的稳定性和可操作性。
温度和压力也是影响化工设备基础设计的关键因素，必须仔细考虑。
最后，材料选择对于设备的耐腐蚀性、耐高温性和耐压性等方面起着重要作用，需要进行精心的选择。
四、化工设备基础设计中的常见问题及解决方法在化工设备基础设计过程中，常见的问题包括设备的维修难度、生产周期和成本问题、设备的升级和改进等。
维修难度可能会影响设备的使用寿命和生产效率，因此需要在设计过程中考虑到设备的易维护性和耐用性。
化工设备设计基础知识
化工设备设计基础知识1. 介绍化工设备设计是化工工程领域中至关重要的一部分。
它涉及到各种化工过程中所需的设备设计和选择，以满足生产需求并确保工艺的稳定和安全运行。
本文将介绍化工设备设计的基础知识，包括设备选择、设备设计准则、材料选择等。
2. 设备选择在化工设备设计过程中，选择合适的设备对于工艺的成功运行至关重要。
以下是一些常见的设备选择准则：•反应器：反应器是化工过程中最常见的设备之一。
它用于进行化学反应，并根据反应类型和条件选择适当的反应器。
常见的反应器类型包括批式反应器、连续流动反应器、固定床反应器等。
•蒸馏塔：蒸馏塔用于分离液体混合物中的组分。
在选择蒸馏塔时，需要考虑混合物的组成、分离的目标和运行条件等。
•干燥器：干燥器用于脱除固体物料中的水分。
在选择干燥器时，需要考虑物料的性质、水分含量和所需的干燥程度等因素。
•离心机：离心机用于液固分离或液液分离。
在选择离心机时，需要考虑分离的目标、物料的性质和流量等。
3. 设备设计准则在进行化工设备设计时，需要遵守一些基本的设计准则，以确保设备的可靠性和安全性。
以下是一些常见的设备设计准则：•材料选择：选择适当的材料对设备的耐久性和性能至关重要。
常见的材料选择准则包括化学兼容性、温度和压力限制以及耐腐蚀性等。
•结构设计：设备的结构设计应考虑到其所需的强度和刚度。
常见的结构设计准则包括静态和动态负荷分析、应力和变形分析等。
•传热和传质：在化工过程中，传热和传质是非常重要的。
设备的传热和传质性能应根据所需的热流量和物质传递速率进行设计。
•安全性：设备的安全性设计是至关重要的一部分。
设备应考虑到防爆和泄露的风险，并采取适当的安全措施，如安全阀和泄漏检测设备等。
4. 设备维护和检修设备的维护和检修是确保设备长期稳定运行的关键。
以下是一些常见的设备维护和检修准则：•定期检查：定期检查设备的工作状况，包括检查设备的运行参数、润滑系统的工作状态和泄漏等。
•清洁和保养：保持设备的清洁和保养，包括定期清洁设备的内部和外部，检查阀门和管道的漏损等。
化工设备基础知识点背诵版及试题详解
压力容器基础知识考试、检验、修理和改造，均应严格执行
《压力容器安全技术监察规程》的规定。
（ √）
2． 内压圆筒强度计算公式的理论依据是第一强度理论。
（√）
3． 压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ）
4． 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。（√）
Pcr 与什么因素有关？
1) 与材质有关 （E） 2) 与粗细有关 （Ø） 3) 与长短有关 （L）
失稳的实质:是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡
临界压力： Pcr 的数值与筒体的几何尺寸、材质及结构有关，是每个容器固有的。这种关系是怎 样的？
临界压力计算公式
Pcr
4 塔设备
1) 外压操作的塔设备，最大组合轴向拉应力应出现在什么工况？什么风面？ 2) 塔设备设计时，除了有操作压力作用外，还应考虑哪些载荷的作用？ 3) 填料塔常用液体分布装置主要有什么？ 4) 按照传热方式的不同，换热设备的分类 5) 管壳式换热器结构型式 6) 载荷以不同方式作用于杆件会产生不同变形，杆件变形的基本方式 7) 低碳钢材料在拉伸时，弹性阶段应力与应变成正比，该比例常数称为什么？ 8) 工程上塑性指标通常指什么？ 9) 设备选材时必须考虑的加工工艺性能主要指标 10) 设备材料的普通热处理的分类 11) 卧式容器支座主要形式 12) 立式容器支座主要形式 13) 塔设备按其结构特点分类可分为几类？
2 化工设备设计
1. 内压薄壁圆筒设计 1) 什么叫强度失效准则？ 2) 什么叫腐蚀余量？腐蚀余量与哪些参数有关？ 3) 为何引入焊缝系数？焊缝系数与哪些参数有关？ 4) 内压薄壁容器设计中，有几种壁厚名称？这些壁厚的含义是什么？这些壁厚之间的大小 关系如何？ 5) 水压试验的目的是什么？容器如何进行压力试验？
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校核
合格 不 合 格
结构设计
壁厚设计
审核
合格
零部件设计
压力试验核算 绘制施工图
批准
结束
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7.2
容器机械设计的基本要求
1.强度：指容器抵抗外力破坏的能力。
如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。
2.刚度：指构件抵抗外力使其发生变形的能力。 如塔体倾斜，塔盘下凹等。 3.稳定性：是指容器或构件在外力作用下维持原有形 状的能力。 如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负 瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。
4、储运设备：主要是用来盛装生产和生活用的原料气体、 液体、液化气体等。
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7.1 容器的结构与分类
容器：化工生产所用各种化工设备外部壳体的总称。
容器一般由几种壳体（如圆柱壳、圆锥壳、椭球壳）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。
管子直径加以标准化以后的 标准直径。
（板卷） 接管 无缝管 筒体 法兰
公称压力PN：规定 的标准应力等级。
封头 接管
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7.3 容器标准化设计
公称直径DN：
A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒体， 公称直径是指它的内径；当筒体的直径较小，直接采用无缝钢管 制作时，容器的公称直径应是指无缝钢管的外径；封头的公称直 径与筒体一致。 B．管子：公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小 于管于外径的一个数值。只要管子的公称直径一定，它的外径也 就确定了，而管子的内径则根据壁厚的不同有多种尺寸，它们大 都接近于管子的公称直径。 C．其它零部件的公称直径：有些零部件的公称直径，如压 力容器法兰，鞍式支座等就是指与它相配的筒体与封头的公称直 径。而管法兰、手孔等则是指与它相配的管子的公称直径。
第二篇 化工设备设计基础
第七章
一、课时安排：6学时 二、本章的重点：
1.容器设计的基本要求； 2.常用金属材料的基本性能。
概述
三、本章授课内容：
7.1 容器的结构与分类； 7.2 容器机械设计的基本要求； 7.3 容器的标准化设计； 7.4 化工容器常用金属材料的基本性能。 7.5 金属材料的分类及牌号 7.6 化工容器常用材料简介
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7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
选用材料的一般要求：
（1）材料品种应符合我国资源和供应情况； （2）材质可靠，能保证使用寿命； （3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性 介质能耐腐蚀； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，经济上合算。 选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的 原则。
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7.1 容器的结构与分类
20 200 常温： 度 高温：达到材料蠕变温 壁温分 中温：常温 高温之间 低温：低于 20
卧式容器 支承形式分 立式容器
钢、不锈钢 金属：低碳钢、低合金 结构材料分 璃钢、搪瓷 非金属：硬聚乙烯、玻
第三类压力容器 安全技术管理分 第二类压力容器 第一类压力容器
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7.1 容器的结构与分类
一、容器的结构
在化工厂和石油化工厂中，有各种各样的设备。这些设备按 照它们在生产过程中的原理，可以分为反应容器、换热设备、分 离设备和储运设备。
1、反应设备：完成介质的物理、化学反应的设备。 2、换热设备：完成介质的热量交换的设备。
3、分离设备：主要是用来完成介质的流体压力平衡和气体 净化分离等的设备。
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7.3 容器标准化设计
7.3.1 标准化的意义
1、设计：无需计算和制图，按已有标准图选择。 2、制造：有利于成批生产，降低成本，保证产品 质量，提高竞争力。 3、维修：备件规格尺寸实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、 法兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。
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7.2
容器机械设计的基本要求
4.耐久性：保证使用寿命。一般化工设备设计使 用寿命为10～15年。大多取决于腐蚀情况， 有些取决于疲劳、蠕变或振动。 5.密封性：包括内漏和外漏。
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7.2
容器机械设计的基本要求
6.节省材料和便于制造 化工设备应在结构上保证尽可能降低材料消耗， 尤其是贵重材料的消耗。同时，在考虑结构时应使其 便于制造，保证质量。尽量使用标准件。 7.方便操作和便于运输 化工设备的结构欢迎考虑到操作方便，以及安装、 维护、检修的方便。在化工设备的尺寸和形状上还应 考虑到运输的方便和可能性。
设计资质
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7.2
容器机械设计的基本要求
7.2.1 容器机械设计条件及程序：
1.容器机械设计条件：
（1）工艺结构要求及基本工艺尺寸；
（2）工作压力、工作温度及工作介质；
（3）容器的工作环境、重要程度；
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开始
2.机械设计程序
不合格
确定设计依据及相关标准
选择材料 确定容器类别
GB151-99 《管壳式换热器 》国家标准
JB4709-2000 《钢制压力容器焊接规程》 JB4730-2005 《压力容器无损检测》
HG20592~20635-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》
JB/T4700~4707-2000《压力容器法兰》
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7.3 容器标准化设计
二、容器零部件标准化的基本参数 公称直径DN：将容器及
液位计 管口 人孔 封头
支座
筒体
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7.1 容器的结构与分类
二、容器的分类
容器通常可按容器形状、厚度、承压性质、工作温度、 支承形式、结构材料及容器的技术管理等进行分类。
方形和矩形容器 形状分 球形容器 圆筒形容器
薄壁容器 容器厚度分 厚壁容器
内压容器：常、低、中、高、超高 承压性质 外压容器
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7.3 容器标准化设计 国外主要规范
国外的规范主要有四个： 美国ASME规范， 英国压力容器规范（BS）， 日本国家标准（JIS）， 德国压力容器规范（AD）。
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7.3 容器标准化设计
相关法规及常用标准
1.基本法规：
《压力容器安全技术监察规程》 —国家质量技术监督局 1999 2. 压力容器常用标准： GB150-98 《钢制压力容器》国家标准