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 1

一、机械性能 2

二、物理性能 7

三、化学性能 7

四、工艺性能 8

五、其它性能 9

第三节 金属材料的分类及牌号 10

一、分类 10

二、钢铁牌号及表示方法 12

三、有色金属及合金牌号和表示方法 14

第四节 碳钢与铸铁 14

一、铁碳合金的组织结构 15

二、铁碳合金状态图 17

三、碳钢 19

四、钢的热处理 21

五、铸铁 23

第五节 普通低合金钢及化工设备用的特种钢 24

一、合金元素对钢的影响 25

二、普通低合金钢 25

三、锅炉钢 26

四、容器钢 27

五、不锈耐酸钢 27

六、耐热钢 28

七、低温用钢 30

八、钢材的品种和规格 30

第六节 有色金属材料 31

一、铝及其合金 31

二、铜及其合金 32

三、铅及其合金 33

四、钛及其合金 33

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 34

第八节 化工设备的腐蚀及防腐措施 36

一、金属的腐蚀 36

二、金属腐蚀破坏的形式 41

三、金属设备的防腐措施 42

第九节 化工设备材料的选择 43

一、选用材料的一般原则 43

二、其它方面的选材原则 44

习题 46

参考文献 50

第二编 化工容器设计 51

第二章 概论 51

一、容器的结构与分类 51

二、容器机械设计的基本要求 53

三、容器零部件的标准化 54

习题 57

第三章 内压薄壁容器的应力分析 59

第一节 内压薄壁圆筒的应力分析 59

一、薄壁容器及其应力特点 59

二、内压圆筒的应力计算公式 60

第二节 回转壳体的应力分析—薄膜应力理论 62

一、基本概念与基本假设 62

二、经向应力计算公式—区域平衡方程式 64

三、环向应力计算公式—微体平衡方程式 65

四、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 67

第三节 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） 69

四、受气体内压的锥形壳体 72

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 75

七、承受液体静压作用的球形壳体 76

八、例题 78

第四节 内压圆筒边缘应力的概念 81

一、边缘应力的概念 81

二、边缘应力的特点 83

三、对边缘应力的处理 84

习题 85

第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 90

第一节 强度设计的基本知识 90

一、关于弹性失效的设计准则 90

二、强度理论及其相应的强度条件 90

第二节 内压薄壁圆筒的强度设计 92

一、强度计算公式 92

二、设计参数的确定 93

三、容器的最小壁厚 100

四、压力试验及其强度校验 100

五、例题 101

第三节 内压圆筒封头的设计 104

一、半球形封头 104

二、椭圆形封头 105

三、碟形封头 107

四、无折边球形封头 108

五、锥形封头 110

六、平板封头 115

七、例题 118

八、封头的选择 120

习题 122

第五章 压力容器的应力分类及对各类应力的限制 126

第一节 压力容器的应力分类 126

一、常用应力术语 126

二、一次应力（代号P） 127

三、二次应力（代号Q） 128

四、峰值应力（代号F） 128

第二节 压力容器设计中对各类应力的限制 130

一、应力强度的概念 130

二、各类应力的应力强度限制 131

第三节 极限设计法和安定性的概念 132

一、极限设计法 132

二、安定性的概念 134

第六章 外压圆筒与封头的设计 137

第一节 概述 137

一、外压容器的失稳 137

二、容器失稳型式的分类 137

第二节 临界压力 138

一、临界压力 138

二、影响临界压力的因素 138

三、长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 139

四、临界压力的理论计算公式 140

五、临界长度 141

第三节 外压圆筒的工程设计 142

一、设计准则 142

二、外压圆筒壁厚设计的图算法 143

三、外压圆筒壁厚表 150

四、外压容器的试压 150

五、例题 150

第四节 外压凸形封头的设计 153

一、外压球壳和球形封头的设计 153

二、凸面受压封头的设计 153

三、例题 153

第五节 加强圈的设计 155

一、加强圈的作用与结构 155

二、加强圈的间距 155

三、加强圈尺寸设计 156

四、加强圈与筒体间的连接 156

五、例题 158

习题 159

第七章 容器零部件 163

第一节 法兰联接 163

一、法兰联接结构与密封原理 163

二、法兰的结构与分类 164

三、影响法兰密封的因素 166

四、法兰标准及选用 170

五、例题 173

第二节 容器支座 176

一、卧式容器支座 176

二、立式容器支座 183

第三节 容器的开孔补强 185

一、开孔应力集中现象及其原因 185

二、开孔补强设计的原则与补强结构 187

三、等面积补强的设计方法 190

四、整体补强 195

五、例题 195

第四节 容器附件 196

一、接口管 196

二、凸缘 197

三、手孔与人孔 197

四、视镜 198

第五节 容器设计举例 199

一、罐体壁厚设计 199

二、封头壁厚设计 199

三、鞍座 200

四、人孔 200

五、人孔补强 202

六、接口管 202

七、设备总装配图 203

习题 205

参考文献 209

第三篇 典型化工设备的机械设计 210

第八章 列管式换热器的机械设计 210

第一节 概述 210

一、列管式换热器的结构及主要零部件 210

二、列管式换热器的分类 211

三、列管式换热器机械设计内容 212

第二节 管子的选用及其与管板的连接 212

一、管子的选用 212

二、管子与管板的联接 213

第三节 管板结构 216

一、换热管排列形式 216

二、管间距 217

三、管板受力及其设计方法简介 217

四、管程的分程及管板与隔板的连接 218

五、管板与壳体的连接结构 220

第四节 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构 221

一、折流板及支承板 221

二、旁路挡板 224

三、拦液板 224

第五节 温差应力 224

一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力 224

二、管子拉脱力的计算 226

三、温差应力的补偿 228

四、膨胀节的结构及设置 230

第六节 管箱与壳程接管 232

一、管箱 232

二、壳程接管 233

第七节 列管式换热器的机械设计举例 234

习题 242

第九章 塔设备的机械设计 245

第一节 塔体、裙座的机械设计 246

一、塔体壁厚的计算 246

二、裙座设计 253

第二节 塔体与裙座的机械设计举例 259

一、选择塔体材料 259

二、按设计压力计算筒体和封头壁厚 261

三、各种载荷计算 261

四、塔体稳定验算 265

五、塔体拉应力验算 266

六、塔体水压试验应力验算 266

七、裙座验算 267

八、基础环设计 269

九、基础螺栓计算 270

十、焊缝结构设计 270

第三节 板式塔结构 270

一、总体结构 270

二、塔盘结构 271

三、塔盘的支承 275

第四节 填料塔结构 277

一、喷淋装置 277

二、液体再分布器 280

三、支承结构 281

习题 283

参考文献 289

附录 290