过程设备设计课后习题答案

过程设备设计课后习题答案
习题 1. 一内压容器，设计压力为，设计温度为50℃；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤/a，设计寿命B=20年。

试在Q2305-A·F、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。

解：pc=，Di=1000mm，φ=，C2=×20=2mm；钢板为~16mm时，Q235-A 的[σ]t=113 MPa，查表4-2，C1=；钢板为6~16mm 时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=。

材料为Q235-A 时：??pDt2?????p?n???C1?C2???2? 取?n?14mm材料为16MnR 时：??1000??113????pDt2?????p?n ???C1?C2???2?取?n?10mm??1000??170??
2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存
容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50℃时的最大饱和蒸气压小于MPa；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数φ=，装量系数为。

试确定：○1各设计参数；○2该容器属第几类压力容器；○3圆筒和封头的厚度；○4水压试验时的压力，并进行应力校核。

1p=pc=×解：○=，Di=2600mm，C2=2mm，φ=，钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=。

容积V??4Di2L??43??8?,pV????m3 2中压储存容器，储存易燃介质，且pV=·m>10MPa·m，属三类压力容器。

○3圆筒的厚度○33??pDt2?????p?n???C1?C2???2? 取?n?18mm标准椭圆形封头的厚度??2600??170?1???pDt2??????n?? ?C1?C2???2?取?n?18mm??2600??170?1?? 4水压试验压力○pT???? 应力
校核pT?Di??e???2600?18??3. ?T?????s???345 ??e2??18??3.今欲设计一台乙烯精馏塔。

已知该塔内径Di=600mm，厚度δn=7mm，材料选用16MnR，计算压力pc=，工作温度t=-20~-3℃。

试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。

解：钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=，取C2=，φ= 1半球形封头壁厚○??4?????pctpcDi??600??170?? ??1?取?n?7mm2标准椭圆形封头壁厚○??2???????600??170??? ??1?取?n?7mm3标准碟形封头壁厚○Ri???600?540mm,1?M??3?4??Rirr???600 ?102mm?1??????3?540???4?102??????54 0??????????170?????1?取?n?7mm4平盖封头厚度○取表4?8序号5的结构形式，系数
K??p?Dc???t?Kpc?600????查表4?2钢板厚度?34~40时，C1? ???取?n?40mm从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。

4. 一多层包扎式氨合成塔，内径Di=800mm，设计压力为，工作温度小于200℃，内筒材料为16MnR，层板材料为16MnR，取C2=，试确定圆筒的厚度。

解：钢板为6~16mm时，16MnR的[σi]t=[σ0]t = 170 MPa，σs=345 MPa，查表4-2，C1=，φi=，φ0=。

为安全起见取φ=，按中径公式计算：??2?????pctpcDi??800??170??取6mm层板16层，内筒1层，共17层的总壁厚负偏差为17?? ??1?取?n?110mm
5. 今需制造一台分馏塔，塔的内径Di=2000mm，塔身长L1=6000mm，封头曲面深度hi=500mm，塔在370℃及真空条件下操作，现库存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。

解：计算长度2hi2?500L?L1??6000??
33查表4-2得：8mm、12mm、14mm钢板，C1=；取C2=1mm。

三种厚度板各自对应的有效厚度分别为：=、=、=。

三种厚度板各自对应的外径分别为：2016mm、2024mm、2028mm 18mm塔计算○D0?e????20,LD0??查图4-6得：A?;查图4-7得：E??105MPa2AE2???105?p??????D0?e?3?钢板不能制造这台设备212mm塔计算○D0?e????20,LD0??查图4-6得：A?;查图4-7得：E??105MPa2AE2???105?p??????D0?e?3?钢板不能制造这台设备314mm塔计算○D0?e????20,LD0??查图4-6得：A?;查图4-7得：E??105MPa2AE2???105?p??????D0?e?3?钢板能制造这台设备 6. 图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。

反应器圆筒内反应液的最高工作压力pw=，工作温度Tw=50℃，反应液密度ρ=1000kg/m3，顶部设有爆破片，圆筒内径Di=1000mm，圆筒长度
L=4000mm，材料为16MnR，腐蚀裕量C2=，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进行100%无损检测；夹套内为冷却水，温度10℃，最高压力，夹套圆筒内径Di=1100mm，腐蚀裕量C2=，焊接接头系数φ=，试进行如下设计：1确定各设计参数；○2计算并确定为保证足够的强度和稳定性，内筒和夹套的厚度；○3确定水压试验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。

○1各设计参数：解：○1反应器圆筒各设计参数：◇按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力psmin???3? 查GB150表B3爆破片的制造范围，当设计爆破压力高于时，取精度等级级，其制造范围上限为3%设计爆破压力，下限为%设计爆破压力，设计爆破压力为pb?psmin?1????? 按内压设计时的设计压力：p?pb?1????? 按外压设计时的设计压力：p???
按外压设计时的计算长度：L?4000?300?40?1000?3990mm 4设计温度取工作温度钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t= 170 MPa，查表4-2，C1=，腐蚀裕量C2=，φ= 2夹套各设计参数：◇设计压力：取最高工作压力。

设计温度取10℃，C1=0。

2内筒和夹套的厚度：○1圆筒和标准椭圆形封头壁厚设计□1按内压设计时◇圆筒壁厚：??pD2?????pt??1000??170?1? ? n???C1?C2???2?取?n??1000标准椭圆形封头壁厚：??????????170?1???n???C1?C2???2?取?n?18mm圆筒稳定性校核：取?n?18mm,?e?18??,D0?1000?36?1036m mD0?e????20,LD0?39901036?查图4-6得：A?;查图4-8得：B?70MPa?p??B?D0?e??70???n?18mm满足稳定性要求标准椭圆形封头稳定校性核：取?n?18mm,?e?18??,D0?1000?36?1036m
m，查表4?5得系数K1?,R0?K1D0??1036??????查图4-8得：B?160MPa?p???R0?e??160????n?18mm
满足稳定性要求2夹套壁厚设计□圆筒壁厚：??pD2?????pt??1100??170?? ?n ???C1?C2??1?，取?n?4mm??1100标准椭圆形封头壁厚：?????170?????????n???C1?C2??1?，取?n?4mm?3mm7. 有一受内压圆筒形容器，两端为椭圆形封头，内径Di=1000mm，设计压力为，设计温度300℃，材料为16MnR，厚度δn=14 mm，腐蚀裕量C2=，焊接接头系数φ=；在圆筒和封头焊有三个接管，材料均为20号无缝钢管，接管a规格为φ89×，接管b 规格为φ219×8，接管c规格为φ159×6，试问上述开孔结构是否需要补强？答：根据GB150规定，接管a不需要另行补强。

接管b、c均需计算后确定。

椭圆形封头的计算厚度：16MnR在300℃时许用应力，查表D1，6~16mm
时，[σ]t= 144 MPa，查表4-2，C1=；查表D21，≤10mm时，[σ]tt= 101 MPa；fr=101/144=。