化工设备机械基础PDF电子书下载

第一篇 化工设备材料 1

第一章 化工设备材料及其选择 1

第一节 概述 1

第二节 材料的性能 2

一、机械性能 2

二、物理性能 8

三、化学性能 8

四、工艺性能 9

第三节 金属材料的分类及牌号 9

一、分类 9

二、钢铁牌号及表示方法 11

第四节 碳钢与铸铁 15

一、铁碳合金的组织结构 15

二、铁碳合金状态图 18

三、碳钢 20

四、钢的热处理 22

五、铸铁 24

第五节 低合金钢及化工设备用的特种钢 26

一、合金元素对钢的影响 26

二、低合金钢 27

三、锅炉钢 27

四、容器钢 28

五、不锈耐酸钢 28

六、耐热钢 29

七、低温用钢 30

八、钢材的品种和规格 31

第六节 有色金属材料 32

一、铝及其合金 32

二、铜及其合金 33

三、铅及其合金 34

四、钛及其合金 34

第七节 非金属材料 34

一、无机非金属材料 34

二、有机非金属材料 35

第八节 化工设备的腐蚀及防腐措施 37

一、 金属的腐蚀 37

二、晶间腐蚀和应力腐蚀 42

三、金属腐蚀破坏的形式 44

四、金属设备的防腐措施 44

第九节 化工设备材料的选择 45

一、选用材料的一般原则 45

二、其他方面选材原则 47

习题 48

参考文献 51

第二篇 化工容器设计 52

第二章 概论 52

一、容器的分类与结构 52

二、容器机械设计的基本要求 56

三、容器零部件的标准化 58

习题 60

第三章 内压薄壁容器的应力分析 61

第一节 回转壳体的应力分析--薄膜应力理论 61

一、薄壁容器及其应力特点 61

二、基本概念与基本假设 62

三、经向应力计算公式--区域平衡方程式 64

四、环向应力计算公式--微体平衡方程式 65

五、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 67

第二节 薄膜理论的应用 68

一、受气体内压的圆筒形壳体 68

二、受气体内压的球形壳体 69

三、受气体内压的椭球壳(椭圆形封头) 70

四、受气体内压的锥形壳体 73

五、受气体内压的碟形封头 73

六、承受液体静压作用的圆筒壳 76

七、例题 77

第三节 内压圆筒边缘应力的概念 80

一、边缘应力的概念 80

二、边缘应力的特点 81

三、对边缘应力的处理 82

习题 83

第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 87

第一节 强度设计的基本知识 87

一、关于弹性失效的设计准则 87

二、强度理论及其相应的强度条件 87

第二节 内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 89

一、强度计算公式 89

二、设计参数的确定 91

三、容器的壁厚和最小壁厚 96

四、压力试验及其强度校核 97

五、例题 99

第三章 内压圆筒封头的设计 101

一、半球形封头 101

二、椭圆形封头 102

三、碟形封头 103

四、球冠形封头 104

五、锥形封头 105

六、平板封头 111

七、例题 115

八、封头的选择 117

习题 120

第五章 外压圆筒与封头的设计 123

第一节 概述 123

一、外压容器的失稳 123

二、容器失稳型式的分类 123

第二节 临界压力 124

一、临界压力 124

二、影响临界压力的因素 125

三、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 127

四、临界压力的理论计算公式 128

五、临界长度 129

第三节 外压圆筒的工程设计 129

一、设计准则 129

二、外压圆筒壁厚设计的图算法 130

三、外压容器的试压 138

四、例题 138

第四节 外压球壳与凸形封头的设计 140

一、外压球壳和球形封头的设计 140

二、凸面受压封头的设计 140

三、例题 140

第五节 外压圆筒加强圈的设计 142

一、加强圈的作用与结构 142

二、加强圈的间距 142

三、加强圈尺寸设计 143

四、加强圈与圆筒间的连接 143

五、例题 145

习题 146

第六章 容器零部件 149

第一节 法兰联接 149

一、法兰联接结构与密封原理 149

二、法兰的结构与分类 150

三、影响法兰密封的因素 152

四、法兰标准及选用 156

五、例题 167

第二节 容器支座 167

一、卧式容器支座 168

二、立式容器支座 175

第三节 容器的开孔补强 177

一、开孔应力集中现象及其原因 177

二、开孔补强设计的原则与补强结构 179

三、等面积补强的设计方法 182

四、例题 185

第四节 容器附件 186

一、接口管 186

二、凸缘 187

三、手孔与人孔 187

四、视镜 188

第五节 容器设计举例 188

一、罐体壁厚设计 189

二、封头壁厚设计 189

三、鞍座 190

四、人孔 191

五、人孔补强 192

六、接口管 192

七、设备总装配图 193

习题 196

参考文献 198

第三篇 典型化工设备的机械设计 200

第七章 管壳式换热器的机械设计 200

第一节 概论 200

一、管壳式换热器的结构及主要零部件 200

二、管壳式换热器的分类 201

三、管壳式换热器机械设计内容 202

第二节 管子的选用及其与管板的连接 202

一、管子的选用 202

二、管子的管板的连接 204

第三节 管板结构 206

一、换热管排列形式 206

二、管间距 207

三、管板受力及其设计方法简介 208

四、管程的分程及管板与隔板的连接 208

五、管板与壳体的连接结构 210

第四节 折流板、支承板、旁路档板及拦液板的作用与结构 211

一、折流板及支承板 211

二、旁路挡板 214

三、拦液板 214

第五节 温差应力 215

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力 215

二、管子拉脱力的计算 216

三、温差应力的补偿 218

四、膨胀节的结构及设置 221

第六节 管箱与壳程接管 222

一、管箱 222

二、壳程接管 223

第七节 管壳式换热器的机械设计举例 224

习题 232

第八章 塔设备的机械设计 234

第一节 塔体与裙座的机械设计 235

一、塔体壁厚的计算 235

二、裙座设计 244

第二节 塔体与裙座的机械设计举例 251

一、设计条件 251

二、按计算压力计算筒体和封头壁厚 253

三、塔设备质量载荷计算 253

四、风载荷和风弯矩计算 255

五、地震弯矩计算 257

六、偏心弯矩计算 258

六、各种载荷引起的轴向应力 258

八、塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 259

九、塔体水压试验和吊装时的应力校核 261

十、基础环设计 262

十一、地脚螺栓设计 263

第三节 板式塔结构 263

一、总体结构 263

二、塔盘结构 264

三、塔盘的支承 268

第四节 填料塔结构 270

一、喷淋装置 270

二、液体再分布器 273

三、支承结构 274

习题 276

第九章 搅拌器的机械设计 280

第一节 概述 280

第二节 搅拌器的型式及选型 282

第三节 搅拌器的功率 283

一、搅拌器功率和搅拌器作业功率 283

二、影响搅拌器功率的因素 284

三、从搅拌作业功率的观点决定搅拌过程的功率 284

第四节 搅拌罐结构设计 285

一、罐体的尺寸确定 285

二、顶盖的结构 287

第五节 传动装置及搅拌轴 289

一、传动装置 289

二、轴的计算 291

第六节 轴封 292

一、填料密封 292

二、机械密封 293

参考文献 294

附录 295

一、常用金属材料的物理性能 295

二、优质碳素结构钢的钢号和化学成分 297

三、锅炉钢板的机械性能 298

四、容器钢的化学成分和机械性能 299

五、常用不锈钢的机械性能及用途 302

六、钢板、钢管、锻件和螺栓的高温机械性能 303

七、无缝钢管的尺寸范围及常用系列 309

八、螺栓螺母材料组合及适用温度范围 310

九、钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力 311

十、热轧钢板的尺寸规格(GB709-88) 323

十一、图5-5和图5-7～图5-14的数据表 325

十二、长颈法兰的最大允许工作压力(JB4700-92) 332

十三、甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺栓材料的选用 333

十四、甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列 336

十五、管法兰标准选择 341

十六、双鞍式支座标准(JB/T4712-92) 348

十七、耳式支座标准(JB/T4725-92) 358

十八、裙座上开设入孔处的断面模数及面积 360

十九、裙座标准系列尺寸 361