化工设备设计试题
化工设备设计试题
一、单项选择题（每题2分，共24分）
1．内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在（B ）。
A．正常操作B．停车情况C．检修情况D．以上答案都不对
2．目前，裙座与塔体连接焊缝的结构型式有（B ）。
A．1种B．2种C．3种D．4种
3．塔盘在结构方面要有一定的（B）以维持水平。
A．强度B．刚度C．稳定性D．其它
4．搅拌器罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大，则夹套的传热面积（A）
A．越大B．越小C．不变D．以上答案均不对
5．与填料密封相比，机械密封的（A）大约为填料密封的百分之一。
A．泄漏率B．密封性C．磨损率D．使用率
6．列管换热器的传热效率（A）板式换热器，且金属消耗量大。
A．不如B．高于C．等同D．以上答案均不对
7．在高温高压条件下，换热器的管板与管子一般采用（A）连接保持紧密性。
A．胀焊结合B．胀接C．搭接D．对接
8．膨胀节是装在固定管板换热器上的挠性元件，其作用是（B）。
A．消除壳体薄膜应力B．消除或减小不利的温差应力
C．消除管子中的拉脱力D．增大换热器的换热能力
9．塔设备设计中最需要设置地脚螺栓的工况是（A）。
A．空塔检修B．水压试验C．满负荷操作D．其它
10．列管式换热强度焊的连接方式适用的条件范围为（D）。
A．较高压力和较大振动场合B．较高温度和较大振动场合
C．较大振动和间隙腐蚀场合D．较高压力和较高温度场合
11．塔节的长度取决于（B）。
A．工艺条件B．塔径C．操作情况D．塔板数
12．在塔和塔段最底一层塔盘的降液管末端设置液封盘，其目的是（B）。
A．防止液沫夹带B．保证降液管出口处的密封
C．防止淹塔D．防止液泛
二、填空题（每题2分，共12分）
1、塔设备按操作压力分为__正压__塔、常压塔和__负压塔__ 。
2．填料塔所用填料有鲍尔环、拉西环、阶梯环等___乱堆__填料；而随着金属丝网及金属板波纹等__规整__填料的使用，使填料塔效率大为提高。
3．管子与管板胀接时，除__机械滚胀__外，近年来已出现液压胀管与__爆炸__胀管的方法。4．搅拌反应器的传动装置包括：__电机__、_减速装置填料密封_、及机座等。
5．搅拌器转轴密封型式很多，有_填料密封_、机械液封和全封闭密封等。
6．正常操作的带夹套的反应器，其筒体和下封头的壁厚应按_承受内压_和_外压_分别计算。
三、判断说明题（每题4分，共24分）
1．塔体压力试验时，不论水压试验或气压试验，限制条件都是相同的。
正确。负压塔介质产生的是压应力，背风侧风弯矩产生的也是压应力。
2．对易起泡的物料和具有腐蚀性的介质，已采用填料塔为好。
正确。因填料能使泡沫破裂，且可通过选择填料材料达到防腐目的。
3．列管换热器温差应力只与换热器的类型及管壳程论热介质的温差有关，而与其它因素无关。
不正确。还与管壳所用材料有关。
4．折流板与换热器壳体一般采用点焊固定连接。
不正确。折流板一般通过拉杆、定距管进行定位连接。便于检修时拆卸。
5．填料密封中的液膜又使搅拌轴润滑和实现密封的双重作用。
正确。靠液膜作用使密封面的凹凸不平处实现密封，阻止设备内流体漏出和外部介质渗入。6．安装在混凝土框架内的塔设备，不宜作轴向变形的限制。
正确。因高塔在高温条件操作时，轴向膨胀量可达很大数值，要有自由伸缩的余地。
四、简答题（每题4分，共20分）
1．裙座圈与塔体间的焊接接头形式有哪些，各有什么特点？
包括对接和搭接焊缝两种形式。对接焊裙座圈直径与塔体直径相同，这种焊缝受压，可以承受较大的轴向载荷，常用于大塔，但因该焊缝位于塔底封头曲面部分，从而恶化了封头的受力状况。采用搭接时裙座圈内径稍大于塔体外径，该焊缝受剪，承载能力较差，多用于小塔。2．列管换热器机械设计包括哪些内容？
包括结构设计和强度设计。结构设计包括管壳程结构形式、管子排列方式、管板结构及管子与管板连接、管板与壳体连接方式等内容。强度设计包括设计筒体、封头、法兰、开孔、支座等；换热器特有的强度设计，包括管板设计、筒体和管子轴向应力校核及管子拉脱力校核等内容。
3．搅拌“打旋”是怎么回事，该如何考虑？
安装在搅拌设备中心的搅拌器，当液体粘度不高、搅拌器转速足够高时，切向流会形成“圆柱状回转区”；罐体内液体在离心力作用下甩向器壁，使周边的液体沿器壁上升而中心部分液面下降，形成一大旋涡，搅拌器转速越高，旋涡越深，即“打漩”。打漩几乎不产生轴向混合作用，为了消除打漩现象，可在反应器内按设挡板。
4．塔体上下封头受载有何区别？
塔体上封头受载主要是介质压力，其他载荷影响不大。而下封头除受气体介质压力外，还有液体重量、风弯矩、地震弯矩、偏心弯矩等载荷作用。
5．设计多管程换热器时，确定分程隔板位置的原则是什么？
各管程管数应大致相等；相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃；各程间密封长度应最短；分程隔板形状应简单。
五、综合题（每题10分，共20分）
1．试述圆筒型裙座圈设计计算过程。
（1）首先选取裙座圈厚度等于塔体壁厚；
（2）对基底截面（基础环与裙座圈的焊缝截面）及裙座开孔截面和其他危险截面进行轴向强度和稳定性校核；
（3）确定地脚螺栓直径、数量，基础环尺寸及选择混凝土牌号等。
2．下图所示为一塔板的局部结构，是对各编号注上结构名称并说明作用。
1–压圈，压紧石棉绳2–溢流堰，保持液层高度，促使液流均匀分布3–石棉绳，密封作用，4–塔盘板，承液，实现气、液传质5–降液管，液体由上层塔板流入下层塔板通道6–液封盘，保证降液管出口处的液封7–泪孔，检修、停工时排液
化工设备基础总复习
《化工设备设计基础》综合复习资料 一、填空题 1. 力的合成与分解法则有和两种。 2. 作用在梁上的载荷一般可分为集中力、和；根据梁的约束及支 承情况可以分为简支梁、和三种。 3. 钢材中含有杂质硫会造成钢材的性增加，含有杂质磷会造成性增加。 4. 两物体之间的机械作用称之为力。力的三要素是、和。 5. 材料破坏的主要形式有和。 6. 平面力偶系平衡的充要条件是。 7. 设计温度在压力容器的壁厚计算公式中尽管没有直接出现，但它是和确 定时不可缺少的参数。 8. 压力容器制造完成之后必须进行压力试验，按照压力试验的介质种类可以分为和 两种方法。 9. GB 150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的标准。 10. 在压力容器的四个壁厚中，图纸上所标注的厚度是厚度，用来承担外载荷强度 的厚度是厚度。 11. 法兰联接结构，一般是由、和三部分组成。 12. 为使薄壁回转壳体应力分析过程简化除假定壳体是的之外，还作 了、和。 13. 塔设备的裙座与筒体搭接结构焊缝受应力作用；对接结构焊缝承受应力作用。 14. 内压操作的塔设备其最大组合轴向拉应力出现在工况时设备侧。 二、判断题 1. 轴力图可以确定最大轴力的值及横截面危险截面位置，为强度计算提供依据。 2. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 3. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封， 所以预紧密封比压越大越好。 4. 使梁变成凹形的弯矩为负弯矩，使梁变成凸形的弯矩为正弯矩。 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。
化工设备设计大赛说明书
华东理工大学 第一届化工设备计算机辅助概念设计 比赛说明书 设计者： 高一聪（过程0１2) 杜鼎（机设015） 孙英策（机设011) ２0０3年1１月6日
目录 一.设计要求???? (3) 二.设计思路概述?? (3) 三.设计尺寸??? (4) 四.设计建模过程???………………４ 塔体???? (4) 裙座??? (4) 接管??? (6) 法兰??? (6) 人孔??? (6) 吊柱????………………７ 操作平台??? (7) 梯子??? (8) 五.椭圆形封头钣金展开???………………９ 六.心得体会????? (13) 七.参考书目???………………１4
一.设计要求 1塔设备三维造型 2设计平台、扶梯、并与塔组装。 ａ除了图中已注尺寸,其余部分形状大小由设计而定。 b塔筒体内零件忽略不作,只作塔设备外形。 c接管、人孔、支座等方位由设计而定。 d平台与扶手形状、大小自行设计。 e支座数量为4个。 f 支座与法兰大小应由有关系列标准而定。 3画出塔设备椭圆封头的展开图。展开方法合理，所用材料最省。 二．设计思路概述 塔设备是化工,炼油生产中最重要的设备之一。它主要分为板式塔和填料塔两大类。我们设计的塔设备就是以板式塔为模板的。我们通过查看实物图片,查阅相关塔设备资料和设计标准手册研究除了一套较合理的方案。我们的设计主要分为以下几部分: １、塔体：塔设备的外壳。它由等直径、等厚度的圆筒和作为头盖和低盖的椭圆形封头组成。 2、塔体支座：塔体安放在基础上的连接部分。它用以确定塔体的位置。本题中塔 设备采用的是最常用的支座形式——裙座。 3、除沫器：用于捕集夹带在气流中的液滴。对于回收物料，减少污染非常重要。 4、接管：用以连接工艺管道,把塔设备与其他设备连成系统。安用途可分为进液 管、除液管、进气管、出气管等。 5、人孔：为安装、检修、检查的需要而设置的。
《化工设备设计基础》综合复习资料
1．外压容器容器内外的压力差小于零叫外压容器。 2．边缘应力由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10 分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器对内压容器当其设计压力为0.1MPa P 1.6MPa 时为低压容器。6．等面积补强法在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准压力等级就是公称压力。 9．计算压力在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10. 20R 20表示含碳量为0.2%, R表示容器用钢。 1 1 ．设计压力设定在容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。 12.强制式密封完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13 .强度构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。 14. 临界压力导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15. 主应力在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力, 这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 二、判断是非题（正确的划"，错误划X） 1. 内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。（X） 2. 设计压力为4MPa的容器为高压容器。（X） 3. 容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（X） 4. 受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。（"） 5. 一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。（X） 6. 在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。（V） 7. 压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。（"） 8. 边缘应力具有自限性和局限性。（"） 9. 当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。（X） 1 0 .容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。（X） 11. 压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来（"） 12. 法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。（X） 13?当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（X） 14. 塔的最大质量出现在其水压试验时（"） 15. 塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。（X） 16. 从管理角度出发，低压容器一定是一类容器。（X）
化工设备设计
Yi b i n U n i v e r s i t y 设计说明书 题目用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 系别化学与化工学院 专业应用化工技术 学生姓名雷静 学号110706028 年级2011级6班2013 年 6 月13 日
化工11级6班 雷静 110706028 - - - 1 - 化工设备设计基础课程设计 设计题目：用水冷却煤油产品的列管式换热器的设计 一、 设计任务及条件 (1) 使煤油从140℃冷却到40℃，压力1bar ； 处理量为21万吨/年 (2) 冷却剂为水，水压力为3bar 。 二、 设计内容 1. 主体设备和零部件材料选择； 2. 主体设备尺寸和零部件尺寸计算及选择规格； 3. 设备壁厚以及封头壁厚的计算和强度校核； 4. 各种接管以及零部件的设计选型； 5. 设备支座的设计选型； 6. 法兰的设计选型； 7. 设备开孔及开孔补强计算； 8. 设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。 三、 设计成果 （1） 设计说明书一份； （2） A 1设计图纸包括：换热器的设备尺寸图及机械设计。
化工11级6班 雷静 110706028 - - - 2 - 目 录 设计任务........................................................................................................................................... 1 第1章 绪论 . (4) 1．1 概述 ................................................................................................................................. 4 1.2 换热器设计依据 .............................................................................................................. 4 1.3 几种管式换热器的介绍 . (4) 1.3.1 固定管板式换热器 ............................................................................................... 4 1.3.2 浮头式换热器 ........................................................................................................ 4 1.3.3 U 形管式换热器 ..................................................................................................... 4 1.3.4 外填料函式换热器 ............................................................................................... 5 1.3本文研究的主要内容 ....................................................................................................... 5 第2章 确定设计方案 . (5) 2.1 换热器类型的选择 .......................................................................................................... 5 2.2 管程安排 ........................................................................................................................... 5 2.3 流向的选择 ..................................................................................................................... 6 第3章 确定物性参数 ................................................................................... 错误！未定义书签。 第4章 工艺计算 (6) 4.1 估算传热面积 ................................................................................................................... 6 4.1.1 热流量 ..................................................................................................................... 6 4.1.2 平均传热温差 ........................................................................................................ 6 4.1.3 冷却水用量 ............................................................................................................ 7 4.1.4 总传热系数 ............................................................................................................ 7 4.2 主体构件的工艺结构尺寸 (7) 4.2.1 管径和管内流速 ................................................................................................... 7 4.2.2 管程数和传热管数 ............................................................................................... 8 4.2.3 传热管的排列和分程方法 .................................................................................. 8 4.2.4 壳体内径 ................................................................................................................ 8 4.2.5 折流板 ..................................................................................................................... 8 4.2.6 接管 ......................................................................................................................... 9 4.2.7 换热管的结构基本参数 ...................................................................................... 9 4.3 换热器主要传热参数核算 . (9) 4.3.1 热流量核算 ............................................................................................................ 9 4.3.2 壁温核算 .............................................................................................................. 11 4.3.3 换热器内流体的流动阻力（压强降） . (12) 第5章 结构设计 (14) 5.1 壳体直径、长度、厚度设计....................................................................................... 14 5.2 换热器封头尺寸 ............................................................................................................ 14 5.3 法兰及各连接材料的选择 . (15) 5.3.1 选定法兰结构 ...................................................................................................... 15 5.3.2 选定垫片结构 ...................................................................................................... 15 5.4 管箱 .................................................................................................................................. 16 5.5 开孔补强 . (16) 5.5.1 壳体接管的开孔补强 (16)
化工设备基础复习题
一、填空题） ●管路的热补偿分____、____两种。 ●过压保护用____阀，排水阻汽用____阀。 ●按工作原理可将泵分为____、____和其他类型泵等三类。 ●根据离心泵泄漏位置的不同，可将泄漏分为____和____。 ●风机按排气压力分为____（Pd≤1.5×104Pa）和____（1.5×104Pa＜Pd＜2.0×104Pa）。 ●活塞式压缩机工作过程按工作原理可分为____、____、____、____等。 ●离心式压缩机主要由____、____、轴承及密封装置等部件组成。 ●GB150—98《钢制压力容器标准》中按内压容器的设计压力（P），将内压容器分为____、 ____、____、____四个压力等级。 ●按冷热流体热量交换方式将热交换器分为____、____、____三种。 ●板式塔气液接触属于____式传质、传热过程；填料塔气液接触属于____式传质、传热过 程。 ●搅拌反应釜由____、____、____、轴封装置和其他结构等几部分组成。 ●搅拌反应釜最常用的传热装置有____和____。 ●多级离心泵轴向力平衡的措施有（）、（）、（）。 ●活塞的基本结构有：（）（）（）。 ●列管式换热器中，需要设置膨胀节以消除温差应力的是( )；换热管一端 固定，另一端可以在管内自由移动的是( )。 ●离心式风机叶片有三种主要弯曲形式，（）叶片，（）叶片和 （）叶片。 ●在换热器中参加换热的两种流体在间壁两边分别以相反的方向流动，称为 ( )，若以相同的方向流动，则称为( )，在工业生产中，一般都采用 ( )，只有在特殊情况时，才采用( )。 ●活塞式压缩机工作原理包括（）、（）、（）、 膨胀四个过程。 ●填料塔中的填料分为实体填料和网体填料，拉西环和鲍尔环属于实体填料。实体 填料的填充方式有（）和（）。 ●止回阀的作用是控制流体的方向，按照结构的不同可以将其分为两种，主要是 （）和（）。 ●1MPa≈（）kgf/cm2
介绍一本设计工具书_化工设备设计手册_(1)
67 方方面面 Department 2004.3 介绍一本设计工具书—— 由朱有庭、曲文海、于浦义主编，化工出版社出版的“化工设备设计手册”将于２００４年下半年出版。这本书是一本化载作者实用的工具书。该书的编写宗旨是为从事化工、石油、轻工、医药等行业的化工设备和化工机械专业设计人员进行工程设计而用。本手册具有下列特点。 （１） 压力容器等化工设备的设计准则和强度计算方法、公式均以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ、ＨＧ）及国际通用的标准规范（ＡＳＭＥ、ＴＥＭＡ）为依据，并汇集了作者多年的工程设计经验，以满足压力容器等化工设备的工程设计、制造。 （２） 对泵、压缩机和通风机的类型、结构、技术性能和适用范围等作了简明扼要的介绍；对这些化工机械的选型和选用设计亦以我国现行的国家和行业标准规范（ＧＢ、ＪＢ）及通用的国际标准规范如ＡＰＩ等为依据，并汇集了大量的选型计算用工程数据、图表等资料，能满足泵、压缩机和通风机的选型、询价、采购和现场安装、调试等的需要。 全书共分１５章和一个附录（腐蚀与防腐蚀），各章的主要内容如下所述。 （１） 第１章“常用资料”的主要内容 ① 工程计量单位及不同计量单位制的单位换算。② 常用物料、材料的物理性质，包括密度、线膨胀系数、导热系数、弹性模量、泊桑系数、磨擦系数、不同黏度单位制的黏度单位换算表和公式及常用液体的黏度等。 ③ 平面几何图形的力学参数如面积、惯性矩、断面模数等计算公式。 ④ 立体几何图形的体积计算公式及诺谟图。⑤ 常用力学、材料力学公式。⑥ 常用流体力学准数。 （２） 第２章“化工设备用材料”的主要内容 ① 压力容器用钢材（钢板等）的品种、牌号、规格及物理、力学性能。 ② 化工设备常用结构材料（碳素钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐蚀合金、有色金属、铸钢和铸铁的物理、力学性能。 ③ 常用结构钢（角钢、槽钢等）的品种、规格、材料和力学性能。 （３） 第３章“焊接”的主要内容① 常用焊接方法简介。 ② 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的品种、规格、力学性能、焊接特性和适用范围。 ③ 各种金属焊接用焊接材料的选用。④ 焊接结构设计（焊缝坡口型式、尺寸）。 ⑤ 各种金属材料的焊接如低碳钢、不锈钢、复合钢板、镍和镍合金、金属钛及异种金属材料的焊接方法、焊条（丝）选择等。 ⑥ 焊接缺陷和质量检验及评定。⑦ 焊接工艺评定。 （４） 第４章“紧固件”的主要内容① 专用紧固件 ? 管法兰用紧固件（螺、栓、螺母、垫片）规格系列、螺栓和螺母的材料匹配（ＨＧ标准）。 ? 设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）规格系列（ＪＢ标准）。 ② 通用紧固件（ＧＢ标准）（５） 第５章“压力容器”的主要内容① 压力容器受力分析基础知识。 ② 内压容器（圆筒体、锥体、封头等）强度计算（ＧＢ １５０）。③ 外压容器（圆筒体、锥体、封头）稳定计算（ＧＢ １５０）。④ 压力容器开孔补强计算（ＧＢ １５０）。⑤ 法兰计算（ＧＢ １５０）。 ⑥ 设备法兰标准规格压力系列（ＪＢ ４７００～４７０７）。⑦ 设备法兰用紧固件（双头螺柱、螺母、垫片）双头螺柱和螺母的材料匹配力学性能和许用应力。 ⑧ 压力容器用钢板的力学性能和许用应力。⑨ 低温压力容器设计准则。 （６） 第６章“球形容器（球罐）设计”的主要内容① 球罐设计用标准规范。 ② 球罐用材料（碳素钢、不锈钢等）。 ③ 球罐结构设计（球壳瓣结构类型、瓣片下料尺寸计算、球罐容积系列及其各构件参数、支柱及拉杆、球罐附件等）。 ④ 球罐强度计算及局部应力计算。⑤ 球罐的制造、检验与验收。（７） 第７章“大型储罐设计”的主要内容 ① 大型储罐结构设计，包括容积系列（最大至１０万产方米），筒体、罐顶（拱顶、内外浮顶、网架顶结构）、罐底及防火、消防设施设计。 ② 大型储罐用材料。 ③ 大型储罐构件的强度和稳定计算。④ 大型储罐设计用标准规范。⑤ 大型储罐的制造、检验和验收。 《化工设备设计手册 》 新书推荐
级化工设备设计基础课程试题(B卷)答案
2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B 卷）答案 一、力学部分计算题：（共50分） 1、（10分） 2sin 302306030 51.99tg300.577BC AB G S G KN G S KN = ==?====o o （5分） 安全 （5分） 2、（15分） 解：0y F ∑= （5分） 0M ∑= （5分） 最大弯矩发生在梁的中点，其值为2 max 8 ql M = （3分） （3分） max 159120MPa MPa σ=f 不满足要求 （2分） 1 ()02ql qx Q x --=1()2 Q x ql qx =-1()()2 M x qx l x =-211 ()022 qx qlx M x -+=0x l p p ()0x l ≤≤232 max max 331112102881590.043232 Z ql M MPa W D σππ???====?3 12 1 3 222 51.9910105.9[]120254 601084.88[]120304 AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ?===<=??===<=?
3、（15分） 解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩 （3分） 实心轴 （5分） 空心轴 （5分） d 2＝=23 mm 确定实心轴与空心轴的重量之比 （2分） 4、（10分） 横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。 （2分） （4分） （4分） （2分） 75 954995497162N m 100 x P M T n ==? =?=?..max13 111640MPa πx x P M M W d τ= ==3 16 167162 0045m=45mm π4010 d ?= =??..() max234 221640MPa π1x x P M W D τα===-()3 246 167162 0046m=46mm π1-4010 D α?= =??..() 2231 132222245101 1.28461010.51A d A D α--???==? ??--?? ＝maxN cos N P A bh α σ= =12 6sin cos 148.7MPa []Pl P bh bh αασ= += 《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2011年月日 目录 一.设计任务书 (2) 二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14) 一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计。 设计题目： 各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求 《化工过程设备设计》期末复习题答案 一、名词解释 1．外压容器 内外的压力差小于零的压力容器叫外压容器。 2．边缘应力 由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值 以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度 由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器 对内压容器当其设计压力为 1.6MPa P 1MPa 0<≤.时为低压容器。 6．等面积补强法 在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体 一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力 将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准等级就是公称压力。 9．计算压力 在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10．20R 20表示含碳量为0.2%，R 表示容器用钢。 11．设计压力 设定在容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。 12．强制式密封 完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13．强度 构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。 14．临界压力 导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15．主应力 在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力，这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 16．内压容器 内外压力差大于零的压力容器叫内压容器。 17．强度 构件抵抗外力作用不致发生过大变形或断裂的能力。 18．无力矩理论 因为容器的壁薄，所以可以不考虑弯矩的影响，近似的求得薄壳的应力，这种计算应力的理论为无力矩理论。 19．压力容器 内部含有压力流体的容器为压力容器。 20.薄膜应力 由无力矩理论求得的应力为薄膜应力。 二、判断是非题（正确的划√，错误划×） 1．内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。（×） 2．设计压力为4MPa的容器为高压容器。（×） 3．容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。（×） 4．受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。（√） 5．一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。（×） 6．在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。（√） 7．压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。（√） 8．边缘应力具有自限性和局限性。（√） 9．当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。（×） 10．容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。（×） 11．压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来（√） 12．法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。（×） 13．当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（×）14．塔的最大质量出现在其水压试验时（√） 15．塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。（×） 化工设备机械基础复习题 一、填空题 1、强度是指构件—抵抗破坏—的能力。 2、刚度是指构件—抵抗变形—的能力。 3、稳定性是指构件—保持原有—平衡状态的能力。 4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于—平衡状态—。 5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为—内力 6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要—大一些_。 7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有—纵向—变形，同时—横向—也发生变形。 8、扭转是—杆件—的又种变形方式。 9、许Gr称为—剪切—虎克定律。 10、弯曲是工程实际中最常见的一种—基本—变形形式。 11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为—可动_。 12、外伸梁是简支梁的一端或—两端—伸出支座之 外。 13、悬臂梁是梁的一端固定，：另 — 「端—自由―。 14、最大拉应力理论又称—第 - - 强度理论。 15、最大伸长线应变理论又称一— 第二 — —强度理论。 16、最大剪应力理论又称—第三强度理论。 17、形状改变比能理论，又称_ 第四 ——强度理论。 18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为—交变「应力。 19、硬度是用来—衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。 20、裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力称为断裂—韧性_。 21、化工设备的密封性是一个十分—重要—的问题。 22、化工设备的耐久性是根据所要求的—使用—年限来决定。 23、发生边缘弯曲的原因是由于—薄膜—变形不连续。 24、当q/b= —时为标准型椭圆形封头。 25、圆柱壳体的环向应力为b e=PD/2 S 26、球形壳体的环向应力为b e=PD/4 3 27、3d是圆筒的—设计—厚度。 28、3是圆筒的—计算—厚度。 29、有效厚度3 e= —3+ △_ 30、凸形圭寸头包括半球形圭寸头—椭圆形—圭寸头、碟形圭寸头、球冠形圭寸头四种。 31、碟形封头由以 R i为半径的球面，以r为半径的—过度弧—高度为h o的直边三部分组成。 32、锥形封头在同样条件下与凸形封头比较，其—受力「情况较差。 33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的—中间—封头。 34、刚性圆筒，由于它的厚径比3 e/D o较大，而长径比L/D o —较小所以一般不存在因失稳破坏的问题。 35、加强圈应有—足够—的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢组成。 36、卧式容器的支座有—鞍座圈座和支腿三种。 37、立式容器有耳式支座、—支承式支座—腿式支座和裙式支座四种。 38、法兰按其整体性程度可分为松式法兰、—整体—法兰和任意式法兰三种。 39、国家标准中的手孔的公称直径有—DN150 —和DN250两种。 40、平带一般由数层帆布—粘合—而成并用接头连接成环形带。 《化工设备设计基础》复习资料 一、单项选择题（每题2分，共24分） 1．内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在（）。 A．正常操作 B．停车情况 C．检修情况 D．以上答案都不对 2．目前，裙座与塔体连接焊缝的结构型式有（）。 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 3．塔盘在结构方面要有一定的（）以维持水平。 A．强度 B．刚度 C．稳定性 D．其它 4．搅拌器罐体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大，则夹套的传热面积（）。A．越大 B．越小 C．不变 D．以上答案均不对 5．与填料密封相比，机械密封的（）大约为填料密封的百分之一。 A．泄漏率 B．密封性 C．磨损率 D．使用率 6．列管换热器的传热效率（）板式换热器，且金属消耗量大。 A．不如 B．高于 C．等同 D．以上答案均不对 7．在高温高压条件下，换热器的管板与管子一般采用（）连接保持紧密性。 A．胀焊结合 B．胀接 C．搭接 D．对接 8．膨胀节是装在固定管板换热器上的挠性元件，其作用是（）。 A．消除壳体薄膜应力B．消除或减小不利的温差应力 C．消除管子中的拉脱力 D．增大换热器的换热能力 9．塔设备设计中最需要设置地脚螺栓的工况是（）。 A．空塔检修 B．水压试验 C．满负荷操作 D．其它 10．列管式换热强度焊的连接方式适用的条件范围为（）。 A．较高压力和较大振动场合 B．较高温度和较大振动场合 C．较大振动和间隙腐蚀场合 D．较高压力和较高温度场合 11．塔节的长度取决于（）。 A．工艺条件 B．塔径 C．操作情况 D．塔板数 12．在塔和塔段最底一层塔盘的降液管末端设置液封盘，其目的是（）。 A．防止液沫夹带B．保证降液管出口处的密封 C．防止淹塔D．防止液泛 二、填空题（每题2分，共12分） 1、塔设备按操作压力分为塔、常压塔和。 2．填料塔所用填料有鲍尔环、拉西环、阶梯环等填料；而随着金属丝网及金属板波纹等填料的使用，使填料塔效率大为提高。 3．管子与管板胀接时，除外，近年来已出现液压胀管 与胀管的方法。 4．搅拌反应器的传动装置包括：、、及机座等。 5．搅拌器转轴密封型式很多，有、液封、 和迷宫密封等。 6．正常操作的带夹套的反应器，其筒体和下封头的壁厚应按 和分别计算。 三、判断说明题（每题4分，共24分） 1．塔体压力试验时，不论水压试验或气压试验，限制条件都是相同的。 2．对易起泡的物料和具有腐蚀性的介质，已采用填料塔为好。 3．列管换热器温差应力只与换热器的类型及管壳程论热介质的温差有关，而与其它因素无关。 4．折流板与换热器壳体一般采用点焊固定连接。 5．填料密封中的液膜又使搅拌轴润滑和实现密封的双重作用。 6．安装在混凝土框架内的塔设备，不宜作轴向变形的限制。 ． 四、简答题（每题4分，共20分） 中石油华东《化工设备设计基础》2016年秋学期在线作业（二） 一、判断题（共20 道试题，共100 分。） 1. 基本风压值是以一般空旷平坦地面、离地面10m高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 2. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 3. 由于容器的公称直径和管子的公称直径所代表的具体尺寸不同，所以，同样公称直径的容器法兰和管法兰，他们的尺寸亦不相同，二者不能互相代用。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 4. 受外压作用的长圆筒其临界压力与圆筒的长度、直径、壁厚及材料种类有关。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 5. 外压容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 6. 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保证，则在任何大的外压下也不会发生失稳。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 7. 内压薄壁圆筒形压力容器的壁厚公式是按照弹性失效设计准则利用第三强度理论推导出来的。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 8. 安全系数是一个不断发展变化的数据，按照科学技术发展总趋势，安全系数将逐渐变小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 9. 不论是压力容器法兰还是管法兰，在我国现行的标准都是一个。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 10. 强度设计准则是保证构件不发生强度破坏并有一定安全余量的条件准则。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 11. 有效厚度指名义厚度减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差，其数值等于计算厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 12. 法兰联接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封，所以预紧密封比压越大越好。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 13. 当短圆筒的长度增加到某一值，封头对筒体能起到的支撑作用，开始完全消失，该短圆筒的临界压力将下降到与长圆筒的临界压力相等，这个长度值称为临界长度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 14. A. 错误 B. 正确 正确答案： 15. 对内压容器，考虑其刚性需要，要规定其相应的最小厚度。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 16. 压力容器设计中规定最小厚度的原因主要是考虑低压薄壁容器在制造、运输及安装过程中的强度需要。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 17. 压力容器壁厚计算公式中的焊缝接头系数取决于主要取决于焊缝的接头形式和无损检测的比例，无损检测的比例越大，焊缝接头系数就越小。 A. 错误 B. 正确 正确答案： 18. 法兰联接密封的原理是：借助螺栓的压紧力，压紧法兰间的垫片并使之填满法兰密封 化工设备设计 第一章绪论 一.概念 1.过程:从原料到产品,要经过一系列物理的`化学的或者生物的加工处理步骤,这一系列额加工处理步骤称为过程。 2.过程设备：完成物理`化学或者生物加工所用到的设备叫过程设备。 3.过程设备设计：根据设备的工艺`强度`经济性等要求制定出得可用于制造的技术文件。 4.过程设备的特点： ①功能原理多种多样； ②化机电一体化； ③外壳一般为压力容器。 ５．过程设备的基本要求： ①安全可靠； ②满足过程要求；功能要求和寿命要求； ③综合经济性好； ④易于操作`控制和维护。 ６．影响过程设备安全可靠性的主要因素有： ①材料的强度`韧性和介质的相容性； ②设备的刚度`抗失稳的能力和密封性。 ７．过程设备更换新代有三个途径： ①改变工作原理； ②改进制造工业`结构和材料以提高综合技术性能； ③加强辅助功能使其更快适应使用。 第一章压力容器导言 １．压力容器基本组成 筒体、封头、密封装臵、开孔与接管、支座、安全附件 ２．安全附件安全阀 爆破片装臵、紧急切断阀、安全联锁装臵、压力表、液面计、测温仪表等 ３．不必开设检查孔的条件 a.筒体Di≤300mm 的压力容器 b.容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子，其尺寸不小于所规定检查孔的尺寸。 c.无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。 d.制冷装臵用压力容器。 e.换热器 ４．容器代号 反应压力容器 (代号R) 换热压力容器（代号E） 分离压力容器（代号S） 储存压力容器（代号C，其中球罐代号B） ５．GB150《钢制压力容器》 该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制 1．外压容器 容器内外的压力差小于零叫外压容器。 2．边缘应力 由于容器的结构不连续等因素造成其变形不协调而产生的附加应力为边缘应力。 3．基本风压值 以一般空旷平坦的地面、离地面10米高处，统计得到的30年一遇10分钟平均最大风速为标准计算而得的值叫基本风压值。 4．计算厚度 由计算公式而得的壁厚叫计算壁厚。 5．低压容器 对内压容器当其设计压力为 1.6MPa P 1MPa 0<≤.时为低压容器。 6．等面积补强法 在有效的补强范围内，开孔接管处的有效补强金属面积应大于或等于开孔时减小的金属面积。 7．回转壳体 一平面曲线绕同一平面的轴旋转一周形成的壳体为回转壳体。 8．公称压力 将压力容器所受到的压力分成若干个等级，这个规定的标准压力等级就是公称压力。 9．计算压力 在相应设计温度下，用以确定容器壁厚的压力为计算压力。 10．20R 20表示含碳量为0.2%，R 表示容器用钢。 11．设计压力 设定在容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷，其值不低于工作压力。 12．强制式密封 完全依靠螺栓力压紧垫片使之密封为强制式密封。 13．强度 构件在外力作用下不至发生过大变形或断裂的能力。 14．临界压力 导致外压圆筒失稳的外压为临界压力。 15．主应力 在单元体的三对相互垂直的平面上只作用有正应力而无剪应力，这样的平面为主平面。在主平面上作用的正应力为主应力。 二、判断是非题（正确的划√，错误划×） 1．内压圆筒开椭圆孔时，其长轴应与轴线平行。 （×） 2．设计压力为4MPa 的容器为高压容器。 （×） 3．容器的名义厚度与计算厚度的差值是壁厚附加量。 （×） 4．受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计。 （√） 5．一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧。 （×） 6．在补强圈上开有一个M10的小螺纹孔。 （√） 7．压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。 （√） 8．边缘应力具有自限性和局限性。 （√） 9．当焊缝系数一定时，探伤比例随焊缝系数的增加而减小。 （×） 10．容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力。 （×） 11．压力容器的设计寿命是从腐蚀裕量中体现出来 （√） 12．法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。 （×） 13．当材质与压力一定时，壁厚大的容器的应力总是比壁厚小的容器应力小（×） 14．塔的最大质量出现在其水压试验时 （√） 15．塔的稳定性计算也可用计算法进行计算。 （×） 16．从管理角度出发，低压容器一定是一类容器。 （×） 17．内、外压容器的壁厚设计均是按强度设计方法进行设计。 （×） 18．以无缝钢管制成的压力容器其公称直径为钢管的内径。 （×） 19．按无力矩理论求得的应力为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）化工设备课程设计计算书(板式塔)
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