化工设备机械基础 双语版PDF电子书下载

Ⅰ 化工设备材料 1

Chapter1 化工设备材料及其选择 1

1.1 概述 1

1.2 材料的性能 2

1.2.1 力学性能 2

1.2.2 物理性能 8

1.2.3 化学性能 9

1.2.4 加工工艺性能 10

1.3 金属材料的分类 10

1.4 铁碳合金 11

1.5 碳钢和铸铁 12

1.5.1 碳钢 12

1.5.2 铸铁 15

1.6 锅炉压力容器用钢材 18

1.6.1 合金元素对钢性能的影响 18

1.6.2 锅炉压力容器用钢板 20

1.7 钢材的热处理 22

1.8 有色金属 24

1.8.1 铝及其合金 24

1.8.2 铜及其合金 26

1.8.3 铅及其合金 27

1.8.4 钛及其合金 27

1.9 非金属材料 27

1.9.1 无机非金属材料 28

1.9.2 有机非金属材料 28

1.10 化工设备的腐蚀及防腐措施 29

1.10.1 金属腐蚀的评定 29

1.10.2 金属的腐蚀 30

1.10.3 金属设备的防腐措施 34

1.11 化工设备材料的选择 36

1.11.1 一般原则 36

1.11.2 选材举例 36

Summary 37

Question and Discussion 38

Ⅱ 化工容器设计 40

Chapter2 容器设计的基本知识 40

2.1 容器的分类与结构 40

2.1.1 容器的分类 40

2.1.2 容器的结构 43

2.2 容器零部件的标准化 44

2.2.1 标准化的意义 44

2.2.2 标准化的基本参数 44

2.3 压力容器的安全监察 45

2.3.1 安全监察的范围 45

2.3.2 压力容器相关标准和法规 46

2.4 容器机械设计的基本要求 46

Summary 47

Question and Discussion 47

Chapter 3内压薄壁容器的应力分析 49

3.1 回转壳体的应力分析——薄膜应力理论 49

3.1.1 薄壁容器及其应力分布特点 49

3.1.2 基本概念和假设 50

3.1.3 经向应力和环向应力 51

3.1.4 轴对称回转薄壳薄膜理论的应用范围 54

3.2 薄膜理论的应用 54

3.2.1 受气体内压的圆筒形容器 54

3.2.2 受气体内压的球形容器 55

3.2.3 受气体内压的椭球壳体 55

3.2.4 受气体内压的锥形壳体 57

3.2.5 算例 58

3.3 内压圆筒边缘应力 59

3.3.1 边缘应力的概念 59

3.3.2 边缘应力的特点 60

Summary 61

Question and Discussion 61

Chapter 4 内压薄壁容器与封头的强度设计 63

4.1 强度设计的基本知识 63

4.1.1 弹性失效设计准则 63

4.1.2 强度理论及其相应的强度条件 64

4.2 内压薄壁圆筒壳和球壳的强度设计 65

4.2.1 强度计算公式 65

4.2.2 设计参数的确定 67

4.2.3 容器的厚度和最小厚度 75

4.2.4 压力试验及其强度校核 76

4.2.5 算例 79

4.3 内压圆筒封头设计 81

4.3.1 半球形封头 82

4.3.2 椭圆封头 82

4.3.3 碟形封头 83

4.3.4 球形封头 85

4.3.5 锥形封头 86

4.3.6 平板封头 88

4.3.7 算 例 90

4.3.8 封头的选用 92

Summary 96

Question and Discussion 96

Chapter 5外压圆筒与封头设计 98

5.1 概述 98

5.1.1 外压容器的失稳 98

5.1.2 容器失稳类型 98

5.2 临界压力 99

5.2.1 影响临界压力的因素 100

5.2.2 长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 101

5.2.3 临界压力的理论计算公式 102

5.2.4 临界长度 103

5.3 外压圆筒的工程设计 103

5.3.1 设计准则 103

5.3.2 外压圆筒壁厚设计的图算法 104

5.3.3 外压容器的试压 111

5.3.4 算例 112

5.4 外压球壳与凸形封头的设计 113

5.4.1 外压球壳和封头的设计 113

5.4.2 凸面受压封头的设计 113

5.4.3 算例 114

5.5 外压圆筒加强圈的设计 115

5.5.1 加强圈的作用与结构 115

5.5.2 加强圈的间距 115

5.5.3 加强圈的尺寸设计 116

5.5.4 加强圈与圆筒间的连接 116

5.5.5 算例 117

Summary 119

Question and Discussion 119

Chapter 6 容器零部件 121

6.1 法兰连接 121

6.1.1 法兰连接结构与密封原理 121

6.1.2 法兰的结构与分类 122

6.1.3 影响法兰密封的主要因素 124

6.2 法兰的标准及选用 128

6.2.1 容器法兰 128

6.2.2 管道法兰 132

6.3 容器支座 137

6.3.1 卧式容器支座 137

6.3.2 立式容器支座 140

6.4 容器的开孔补强 141

6.4.1 应力集中现象 142

6.4.2 开孔补强的原则和结构 142

6.4.3 开孔补强的等面积设计方法 144

6.5 其他容器附件 148

Summary 149

Question and Discussion 150

Ⅲ 典型化工设备的机械设计 151

Chapter 7 管壳式换热器的机械设计 151

7.1 概述 151

7.1.1 管壳式换热器的结构和主要零部件 151

7.1.2 管壳式换热器的分类 152

7.1.3 管壳式换热器的机械设计内容 153

7.2 换热管的选用及其与管板的连接 154

7.2.1 换热管的选用 154

7.2.2 管子与管板的连接 155

7.3 管板结构 158

7.3.1 管子排列形式 158

7.3.2 管间距 160

7.3.3 管板受力及其设计方法 161

7.3.4 管程的分程及管板与隔板的连接 161

7.3.5 管板与壳体的连接 163

7.4 折流板、支撑板、旁路挡板和拦液板 164

7.4.1 折流板与支撑板 164

7.4.2 旁路挡板 167

7.4.3 拦液板 168

7.5 温差应力 168

7.5.1 管壁与壳壁温差引起的温差应力 168

7.5.2 管子拉脱力计算 169

7.5.3 温差应力的补偿 172

7.6 管箱与壳程接管 174

7.6.1 管 箱 174

7.6.2 壳程接管 174

Summary 175

Question and Discussion 176

Chapter 8塔设备的机械设计 177

8.1 塔体和裙座的机械设计 178

8.1.1 塔体厚度的计算 178

8.1.2 裙座设计 189

8.2 塔体和裙座的机械设计举例 196

8.2.1 设计条件 196

8.2.2 按计算压力计算塔体和封头厚度 198

8.2.3 塔设备质量载荷计算 198

8.2.4 风载荷与风弯矩计算 200

8.2.5 地震弯矩计算 202

8.2.6 偏心弯矩计算 203

8.2.7 各种载荷引起的轴向应力 203

8.2.8 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 204

8.2.9 塔体水压试验与吊装时的应力校核 206

8.2.10 基础环设计 207

8.2.11 地脚螺栓计算 208

8.3 板式塔和填料塔的整体结构 209

8.3.1 板式塔整体结构 209

8.3.2 填料塔整体结构 210

Summary 211

Question and Discussion 211

附录 213

附录1 常用金属材料的物理性能 213

附录2 锅炉和压力容器用钢板的化学成分和力学性能 214

附录3 钢板、钢管、锻件和螺栓的高温力学性能 216

附录4 无缝钢管的尺寸范围及常用系列 221

附录5 螺栓、螺母材料组合及适用温度范围 222

附录6 钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力 223

附录7 平盖结构特征系数K选择表 234

附录8 图5.6 、图5.8 ～图5.16 的曲线数据表（GB 150.3—2011） 238

附录9 压力容器用钢制法兰 245

附录10 钢制管法兰标准（HG/T 20592—2009） 252

附录11 鞍式支座标准（JB/T 4712.1—2007） 272

附录12 耳式支座标准（JB/T 4712.3—2007） 283

附录13 裙座参数 285

参考文献 289