化工设备材料及其选择-习题解答
1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=E ε,比例系数E 为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能
力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al 等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO 中的氧还原出来，生成SiO 2和Al 2O 3。钢锭膜
上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn 脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量
CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。
8.铁素体：碳溶解在α-Fe 中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe 中所形成的固溶体叫奥氏体。
10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。
1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热
处理。
2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。
3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。
4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC ）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可
以增加工件的硬度、强度和耐磨性。
5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得
技术上所要求的性能。
6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。
7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S ≤0.055%，P ≤0.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点
数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235—A ·F 。
8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S 、磷P 均≤0.04%），非金属杂质少，组织均匀，表面质量较好。
9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。 10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器
的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。
1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器用钢板有比较严格的要求。
2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。
3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20℃以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温
韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。
4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。
（1）
根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：
t
F p p K ?-=
10（g/m 2·h ）K ：腐蚀速度，g/cm 2·h ；p 0：腐蚀前试件的重量，g ；p 1：腐蚀后试件的重量，g ；F ： 试件
与腐蚀介质接触的面积，m 2
；t ： 腐蚀作用的时间， h ； （2）
根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即：
ρ
ρK K K a 76
.8100036524=?=
（mm/a ）
式中：K a ：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a ； ρ：金属的相对密度，g/cm 3
。
5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生
化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。
6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。
7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。
8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。
9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。
10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。
二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
B组：
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×） （2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（√） （3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×） （4）
横截面为圆的椭球壳。 （√）
（5） 横截面为半圆的柱壳。 （×） （6） 横截面为圆的锥形壳。 （√）
2.
在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=
m 。 （√） 4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×） 5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
2. 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（√）
3. 凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是真实的。（×）
4. 椭球壳的长，短轴之比a/b 越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（√）
5.
因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封头。（×）
一、 指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径
图 3-31
图图 3-29
1、 球壳上任一点 R R R ==21
2、圆锥壳上之M 点 ∞=1R αc o s 22D
R m
=3、碟形壳上
之连接点A 与B A 点： 在球壳上：
R
C A R R ==→21:)(在弧面上：
R
B A R r R ==→ 211,:)(
B 点： 在弧面上：
r
A B R r R ==→ 211,:)(在圆柱壳上：
r
B B R R =∞=→ 21,:)'(
1. 圆柱壳上任一点
2. 圆锥壳与柱壳的连接点A 及锥顶点B
αcos ,:)(21R B A R R =
∞=→
R B R R =∞=→21,:)(柱0
,:21=∞=R R B
二、 计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力σσθ和m 。
2
1
MP S
PD
634==
σ
θ
2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=0.5Mpa ，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
α
cos 2,:
21
D A R R
=
∞=点M P
S PD m
58.14866
.01041010
5.0c os 4=???==
ασ
S
P
R
R
m =
+
2
1
σ
σ
θ
M P
S PD 16.29866
.01021010
5.0c os 2=???==
σ
θ
,:21=∞=R R B 点
==
σ
σ
θ
m
3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头
b
b
b y x A a
R a
R
2
22
1
,:
),0=
=
==点（
M P S Pa m
5.5020
1010
1=?==
=θσσ
MPa
sb
P
B b a
x a
m 3.43)(2 2
2
24
=--
=
σ点：MPa b a x a a sb
P
b a x
a
7.27)(2)(2 22244222
4
=??????
-----
=
θ
σ
:)0,(==y a x C 点
M Pa S Pa m
25.2520
21010
12=??==
σ
M Pa S Pa 5.5020
1010
1-=?-=-
=σ
θ
三、 工程应用题
1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为
2.5Mpa ，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m 。 【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm
1.00196.081616
<==D S
属薄壁容器
M P a S PD m
875.31164816
5.24=??==
σ
M Pa S PD m
75.6316
2816
5.22=??==
σ
2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为0.6Mpa ，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
【解】 P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm
1.0001996.01002020<==D S
属薄壁容器
M P a S PD m
15.7520410020
6.04=??==
=
σ
σθ
3.
有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：圆筒平均直径为2030 mm ，筒体与封头厚度均为30 mm ，工作压力为3Mpa ，试求；
⑴圆筒壁内的最大工作压力； ⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为
2，2，2.5时，计算封头上薄膜应力的σσθ和m 的最大值并确定其所在的位置。
【解】(1) 圆筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm
1.00148.0203030
<==D S
属薄壁容器
MP S PD m
75.503042030
24=??==
σ
最大工作应力：MP S PD 5.10130
22030
22=??==
σ
θ
（2）椭球： ①
时
2=b
a
在x=0，y=b,（顶点处）有最大值
MP
b a S Pa m
78.7130
22
10153)(2)(max =??
?===σσθ
②
时 2=b a
，在
x=0,y=b 处（顶点处）
M P
b a S Pa m
5.10130
2210153)(2)(max =???===σσ
θ
在x=a,y=0点（边缘处）M P b a S Pa 5.10130
22
10153)(2)(max -=???-=-
=σθ
③
时 5.2=b a
，在
x=0,y=b 处（顶点处）
M P b a S Pa m 88.12630
25
.210153)(2)(max =???==σ
在x=a,y=0点（边缘处）
MP b a S Pa 69.215)2(2)(22
max -=-=
σθ
1.
有一容器,其最高气体工作压力为 1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全阀,试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力p c =( 1.76 )Mpa;水压试验压力p T =(2.2 )MPa.
2. 有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200℃,试确定: (1)釜体的计算压力(外压)p c =( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力p T =( 0.75 )MPa. (2)夹套的计算压力(内压)p c =( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力p T =( 0.625 )MPa.
3. 有一立式容器,下部装有10m 深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力p c =( 0.617 )MPa;水压试验压力p T =(0.625 )MPa.
4. 标准碟形封头之球面部分内径R i =( 0.9 )D i ;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )D i .
5.
承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的(边缘 )处;若周边简支,最大应力是( 径向 )和( 切向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的( 中心 )处.
6. 凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se 不论理论计算值怎样小,当K ≤1时,其值应小于封头内直径的( 0.15 )%;K>1时,Se 应不小于封头内直径的( 0.3 )%.
7. 对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚S min =( 3 )mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚S min =( 2 )mm.
8.
对碳钢,16MnR,15MnNbR 和正火的15MnVR 钢板制容器,液压试验时,液体温度不得低于( 5 ) ℃,其他低合金钢制容器(不包括低温容器),液压试验时,液体温度不得低于( 15 ) ℃.
二、 判断是非题(是者画√;非者画×)
1.
厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm 厚钢板的σs 大于6mm 厚钢板的σs . ( × ) 2.
依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该容器已经”失效”. ( √ )
3. 安全系数是一个不断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变小. ( √ )
4. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( × )
由于材料的强度指标σb 和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力.
1、 有一DN2000mm 的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力p w =2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=0.85,厚度附加量为
C=2mm,试求筒体的最大工作应力.
【解】（1）确定参数：p w =2MPa; p c =1.1p w =2.2MPa （装有安全阀）;
D i = DN=2000mm( 钢板卷制); S n =22mm; S e = S n -C=20mm
φ=0.85（题中给定）; C=2mm （题中给定）.
i.
最大工作应力：
某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,厚度附加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[σ]t =147MPa.
【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm; [σ]t =147MPa.
S e = S n -C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
2、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封
头上装有安全阀,试设计釜体厚度。 【解】
（1）确定参数：D i =1600mm; t w =5~105℃;
p w =1.6MPa; p c =1.1 p w =1.76MPa （装有安全阀） φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤） C 2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）
材质：0Cr18Ni9Ti [σ]t =112.9MPa （按教材附录9表16-2，内插法取值） [σ] =137MPa
（2）计算厚度：
mm p D p S c
t
i c 8.1476
.185.09.11221600
76.1][2=-???=
-=
φσ
C 1=0.8mm （按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）, C=C 1+C 2=0.8mm. 名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=14.8+0.8=15.6mm.
圆整后，S n =16mm. （3）
水压试验校核
s e
e i T T
S S D p φσσ9.02)
(≤+=
有效壁厚 S e
= S n
-C=16-0.8=15.2mm
试验压力
M P a
P
P t
T 67.29
.112137
76.125.1][][25.1=?
?==σσ 计算应力
141.86MPa 15.2
2 15.2)(16002.67 2)(=?+?=+=
e e i T T S S D P σ
应力校核
MPa
8.15685.02059.0 9.0=??=φσs
φσσS T 9.0 < ∴ 水压试验强度足够
3、 有一圆筒形乙烯罐,内径D i =1600mm,壁厚S n =16mm,计算压力为p c =2.5MPa,工作温度为-3.5℃，材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,
厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。
【解】（1）确定参数：D i =1600mm; S n =16mm; t w =-3.5℃; p c =2.5MPa.
φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤） 16MnR ： 常温下的许用应力 [σ] = 170 MPa
设计温度下的许用应力 [σ]t = 170 MPa
常温度下的屈服点 σs = 345 MPa
有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm （2）强度校核
最大允许工作压力[Pw ]
][ 2][e i e
t w S D S p +=φσMPa 33.213
16001385.01702=+???=
∵ Pc ＞[Pw ] ∴ 该贮罐强度不足
10、 设计容器筒体和封头厚度。已知内径D i =1400mm,计算压力p c =1.8MPa,设计温度为40℃,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%
探伤。封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算出其所需厚度,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。
【解】（1）确定参数：D i
=1400mm; p c
=1.8MPa; t=40℃;
φ=1.0（双面焊对接接头,100%探伤）；C 2=1mm.（介质无大腐蚀性） 15MnVR ：假设钢板厚度: 6~16mm ，则：
[σ]t =177MPa ， [σ] =177MPa ，σs = 390 MPa
（2）筒体壁厚设计：
mm p D p S c
t i c 16.78
.10.117721400
8.1][2=-???=
-=
φσ
C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》） C=C 1+C 2=1.25mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.16+1.25=8.41mm.
圆整后，S n =9mm.
（3）
筒体水压试验校核
s e
e i T T S S D p φσσ9.02)
(≤+=
有效壁厚 S e = S n -C=9-1.25=7.75mm
试验压力
M P a P
P t
T 25.2177
177
8.125.1][][25.1=?
?==σσ 计算应力
204.35MPa 7.75
2 7.75)(14002.25 2)(=?+?=+=
e e i T T S S D P σ
应力校核
MPa 35113909.0 9.0=??=φσs
φσσS T 9.0 < ∴ 筒体水压试验强度足够
（4）封头厚度设计
半球形封头：
mm p D p S c
t i c 57.38
.10.117741400
8.1][4=-???=
-=
φσ
C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》）
C=C 1+C 2=1.25mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=3.57+1.25=4.82mm.
圆整后，S n =5mm.
标准椭圆封头：
mm p D Kp S c
t i c 1.78
.15.00.117721400
8.10.15.0][2=?-????=
-=
φσ
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.1+1.25=8.35mm.
圆整后，S n =9mm.
标准碟形封头：
mm p D Mp S c
t i c 4.98
.15.00.117721400
8.1325.15.0][2=?-????=
-=
φσ
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=9.4+1.25=10.65mm.
圆整后，S n =11mm.
从计算结果看，最佳方案是选用标准椭圆封头。 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弹性失稳。
（ X ）
1． 18MnMoNbR 钢板的屈服点比Q235-AR 钢板的屈服点高108%，因此，用18MnMoNbR 钢板制造的外压容器，要比用Q235-AR 钢板制造的同一设计条件
下的外压容器节省许多钢材。 （ X ）P129
2． 设计某一钢制外压短圆筒时，发现采用20g 钢板算得的临界压力比设计要求低10%，后改用屈服点比20g 高35%的16MnR 钢板，即可满足设计要求。
（ X ）
3． 几何形状和尺寸完全相同的三个不同材料制造的外压圆筒，其临界失稳压力大小依次为：P cr
不锈钢
> P cr
铝
> P cr
铜
。
（ X ）
4． 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。（ X ） a) 受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）的整数。
b) 直径与壁厚分别为D ，S 的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p 作用时，其环向应力σθ=（PD/2S ），经向应力σm （PD/4S ），它们均是（压）应力，且与圆筒的长度L （无）关。
c) 外压容器的焊接接头系数均取为Φ=（1）；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=（3）。
d) 外压圆筒的加强圈，其作用是将（长）圆筒转化成为（短）圆筒，以提高临界失稳压力，减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面）。
e)
外压圆筒上设置加强圈后，对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，该部分长度的范围为（加强圈中心线两侧各为0.55e
S D 0的
壳体）。
1、图5-21中A ，B ，C 点表示三个受外压的钢制圆筒，材质为碳素钢，σs =216MPa ，E=206GPa 。试回答：
（1）A ，B ，C 三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数n 等于（或大于）几？
（2）如果将圆筒改为铝合金制造（σs =108MPa ，E=68.7GPa ），它的许用外压力有何变化？变化的幅度大概是多少？（用比值[P]铝/[P]铜=？表示）
【解】
（1）A —长圆筒，L/D 0值较大，临界压力P cr 仅与S e /D 0有关，而与L/D 0无关，失稳时的波形数n=2。
B —短圆筒，临界压力P cr 不仅与S e /D 0有关，而且与L/D 0有关，失稳时的波形数为n ＞2的整数。
C —临界圆筒（长、 短圆筒拐点处），长度等于临界长度，发生失稳时的波形数为n ≥2。 （2）在圆筒几何尺寸一定情况下，[P]只与E 有关。所以，改用铝合金后： [P]铝/[P]铜=P cr 铝/P cr 铜=E 铝/E 钢=68.7/206=0.333 许用外压力下降了66.7%。 2、有一台聚乙烯聚合釜，其外径为
D 0=1580mm ，高L=7060mm （切线间长度），有效厚度S e =11mm ，材质为0Cr18Ni9Ti ，试确定釜体的最大允许外压力。（设计
温度为200℃）
【解】查表得E t =1.84×105
MPa
m m
S D S D D S
E L m m S D D L t
e e i e t cr e
cr 2.1625][)()(295.12215517.10
5.20
=+='==
L /D o
B
A
图5-21
∵cr cr
L L L <<' ∴该聚合釜属于短圆筒 其临界压力
MPa
D L D S E
P e t
cr 42.0)
(
59.20
5
.20
== 取m =3，[P]=P cr /m=0.42/3=0.14MPa ∴聚合釜的最大允许外压力为0.14MPa
4、试设计一台氨合成塔内筒的厚度，已知内筒外径为D 0=410mm ，筒长L=4000mm ，材质为0Cr18Ni9Ti ，内筒壁温最高可达450℃，合成塔内系统的总压力降为0.5MPa 。
【解】已知D 0=410mm, L=4000mm, E t
=1.64×105
MPa, 计算外压P c =0.5MPa （1）假设塔内筒名义厚度Sn=8mm ，取壁厚附加量C=2mm
Se=Sn-C=8-2=6mm L/D 0=9.76 D 0/Se=68.3
（2）求A 值 查图5-5 得A= 0.0026 （3）求B 值 查图5-12 得B=88MPa
MPa S D B P e 29.13
.6888
/][0===
Pc=0.5MPa, Pc ＜＜[P]，说明假设的Sn=8mm 偏大。
（1）重新假设 Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D 0=9.76 D 0/Se=102.5 （2）求A 值 查图5-5 得A= 0.0014 （3）求B 值 查图5-12 得B=78MPa
MPa S D B P e 76.05
.10278
/][0===
Pc=0.5MPa, Pc ＜[P]，且较接近，故取Sn=6mm 合适
该内筒采用Sn=6mm 的0Cr18Ni9Ti 制作，能够满足稳定性要求。
6、 有一台液氮罐，直径为D i =800mm ，切线间长度L=1500mm ，有效厚度S e =2mm ，材质为0Cr18Ni9Ti ，由于其密闭性能要求较高，故须进行真空试漏，试验条
件为绝对压力10-3
mmHg ，问不设置加强圈能否被抽瘪？如果需要加强圈，则需要几个？ 【解】确定计算外压力：
∵ 真空度=大气压-绝压=760-10-3
=759.99 mmHg
∴ MPa P c 1.009999.0760
99
.7591.0≈=?=
查表得：E t =1.95×105MPa
（1）
取壁厚附加量C=2mm ，有效厚度S e =2mm ，则名义厚度Sn= Se+C=2+2=4mm D 0= D i +2S n =800+8=808mm L/D 0=1.86 D 0/Se=404
（2）求A 值 查图5-5 得A= 0.000085
（3）求B 值 查图5-12 A 点落在曲线左侧，计算B 值：
MPa A E B t 05.11000085.010********=???==
MPa S D B P e 027.0404
05.11/][0=== ∵ P c >[P] ∴不设置加强圈会被抽瘪
（4）设置加强圈
所需加强圈最大间距
mm D S P D E L o e c o t
s 5.404)8082(1.08081019586.0)(86.05
.235.2=????== 加强圈个数：个）(7.215
.40415001=-=-=
s L L n 取整，n=3 需设三个加强圈 （5）验算
设三个加强圈，则：L e =L/4=1500/4=375mm L e /D 0=0.464 D 0/Se=404 查图5-5 得A=0.00035， 查图5-12，得B=45MPa
MPa S D B P e 11.0404
45
/][0===
因为Pc ＜[P]，且十分接近，故至少需设三个加强圈。
《化工设备机械基础》习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量 Ａ组 B组：
第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
第三章 内压薄壁容器的应力分析 四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力 σσ θ 和m 。 MP S PD m 6384100824=??==σ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 634== σ θ 2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。 α cos 2,:21D A R R = ∞=点
MP S PD m 58.14866 .01041010 5.0cos 4=???== ασ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 16.29866 .01021010 5.0cos 2=???== ασ θ 0,:21=∞=R R B 点 0==σ σθ m 3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。 25051010==b a 标准椭圆形封头 b b b y x A a R a R 2 2 21,:),0== ==点（ MP S Pa m 5.5020 10101=?== =θσσ MPa sb P B b a x a m 3.43)(2 2 2 2 4 =--= σ点： MPa b a x a a sb P b a x a 7.27)(2)(2 222442 22 4 =?? ????-----= θσ :)0,(==y a x C 点 MPa S Pa m 25.25202101012=??== σ MPa S Pa 5.5020 10101-=?-=-=σ θ 五、 工程应用题 1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ 和m 。 【解】 P= D=816mm S=16mm
化工厂通用化工设备说明介绍
化工厂常用化工设备简介 化工设备是指化工生产中静止的或者配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热、传质和化学反应等过程，或用于储存物料。 化工设备通常按以下方式分类。 1.按照结构特征和用途分为：容器，塔器，热换器，反应器（包括 反应釜，固定床或流化床和管式炉等）、分离器、储存器。 2.按照材料分为：金属设备（碳钢，合金钢，铸铁，铝，铜等），非 金属设备（内衬橡胶，塑料，耐火材料和搪瓷等），其中碳钢设备最常用。 3.按受压情况分为：外压设备（包括真空设备）和内压设备，内压 设备又分为常压设备（操作压力<=0.7MPA）低压设备（0.1 MPA
釜，反应器，合成塔等。尽管这些设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化工生产中所用设备外部壳体的总称。由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器痛常为压力容器。 化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组成. 1）筒体筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 2）封头根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。 3）密封装置化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。
第一章 化工设备材料及其选择
第一章 化工设备材料及其选择 本章重点：材料的力学性能及化工设备材料的选择 本章难点：材料的性能 建议学时：4学时 第一节 概述 一、化工设备选材的重要性和复杂性 1、 操作条件的限制 2、 制造条件的限制 设备在制造过程中，要经过各种冷、热加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、热处理等，要求材料的加工性能要好。 3、 材料自身性能的限制 二、选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。 (1)材料品种应符合我国资源和供应情况； (2)材质可靠，能保证使用寿命； (3)要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀； (4)便于制造加工，焊接性能良好； (5)成本低。 第二节 材料的性能 一、力学性能 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力，叫做材料的力学性能。主要包括强度、塑性、韧性和硬度，这是设计时选用材料的重要依据。 1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。 （我们先看两个实例，再作总结） 压力 温度 介质 (从高真空到几千大气压,故有强度要求) (-250℃~2000℃，材料受冷、热) 酸碱（腐蚀）、核反应堆中子照射（变脆)
[实例1]常温拉应力下20号钢的拉抻试验 [实例2]高碳钢T10A 的拉伸试验 (1)屈服点（s σ） 金屑材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现象，习惯上称为“屈服”。发生屈服现象时的应力．即开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”，用s σ(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 条件屈服点（2.0σ）工程中规定发生0.2％残余伸长时的应力，作为“条件屈服点” (2)抗拉强度（b σ） 金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。由于外力形式的不同，有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标， (3) 蠕变极限（n σ） （3）注意： δ的大小与试件尺寸有关； ψ的大小与试件尺寸无关。 （试件计算长度为试件直径5倍时，用5δ表示） 2、韧性 (韧性是表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。我们常用冲击韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力，用缺口敏感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。) （1）冲击韧性：材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功A K 或冲击韧度表示αK 表示。
常见化工设备学习资料
目录 一、容积设备 .......................................................................................... - 1 - （一）反应釜 ...................................................................................... - 1 - （二）精馏塔 ...................................................................................... - 2 - （三）列管式换热器........................................................................... - 6 - （四）膜过滤器 .................................................................................. - 7 - （五）储罐 .......................................................................................... - 8 - 二、动设备 .............................................................................................. - 8 - （一）离心泵 ...................................................................................... - 8 - （二）齿轮泵 .................................................................................... - 12 - （三）液环泵 .................................................................................... - 13 - （四）WLW型往复真空泵 .............................................................. - 15 - （五）罗茨真空泵............................................................................. - 17 - （六）喷射器 .................................................................................... - 18 - （七）减速机 .................................................................................... - 19 - 三、仪表 .................................................................................................. - 21 - （一）液位计 .................................................................................... - 21 - （二）温度计 .................................................................................... - 23 - （三）压力变送器............................................................................. - 24 - （四）流量计 .................................................................................... - 25 - 四、阀.................................................................................................... - 27 - （一）气动调节阀............................................................................. - 27 - （二）气动切断阀............................................................................. - 28 - （三）截止类 .................................................................................... - 28 - （四）止回类 .................................................................................... - 32 - （五）安全类 .................................................................................... - 32 - （六）分流类 .................................................................................... - 33 -
化工设备和管道的选择
化工设备和管道的材料选择 许多因素影响到材料的选择：工艺的设计条件，材料的经济性，维修方面，材料的可加工性，材料的是否方便供应，对最终产品的污染，工艺安全方面的考虑，材料特性（mechanical properties）, 但是对于化工装置，很多时候主要的考虑因素是抗腐蚀。 A. 材料特性 具体而言，以下是最重要的一些特性在设计阶段是需要考虑的。 1. 材料的机械特性 抗拉强度(strength) ，刚度（抵抗变形的能力,stiffness），韧性(toughness),硬度（hardness, wear resistance）, 抗疲劳性（fatigue resistance），抗蠕变性(creep resistance) 等。 2. 在高温和低温下，材料的机械特性的变化。 3. 抗腐蚀性。 4. 一些所需要的特别性质: 比如，热传导性，电阻，磁性等。 5. 材料的易加工性 6. 材料是否有标准尺寸 7. 价钱 对于上面第二点，展开来讲，一般说来，随着温度的上升，钢材的强度和刚度会随之降低。在这方面，不锈钢的表现要好于碳钢。如果材料在高温下会暴露于高应力下，那么材料的抗蠕变性就很重要。特殊的合金钢ALLOY, 比如Inconel, 就常常被选为加热炉的炉管材料. 在低温下,钢材会出现脆的现象, 这种发脆的现象常常是由于钢材中的结晶结构的变化.对于那些低温场合 (cryogenic plant, liquefied-gas storages), 奥氏体不锈钢(fcc: face-centred-cubic) 或者铝合金（ aluminum alloys (hex)）常常被选为用材。（对于LPG 的场合，因为常温下是气体，当设备失去压力的时候，液化气会气化，由于焦耳汤姆逊效应，气化吸收了大量的热，导致温度急剧下降，因此，液化气场合的选材常常要考虑低温的要求，防止出现失压低温的时候，钢材脆化） 对于第三点，抗腐蚀性。常见的类型有，介质造成的均匀腐蚀，电偶腐蚀（由于不同的金属材料相接触）（galvanic corrosion），点蚀(pitting)，晶间腐蚀（intergranular corrosion）, 应力腐蚀（stress corrosion）, 冲蚀，腐蚀疲劳，高温氧化（high temperature oxidation）, 氢脆。 从本质上讲，金属的腐蚀是电化学的过程。形成这个过程四个要素必不可少： 1. 阳极 2. 阴极 3. 导电介质（电解液） 4. 通过介质形成电路展开来讲： 均匀腐蚀 对于这种腐蚀，其腐蚀速度是可以通过试验来预测的。最终的选择，要考虑到装置的设计年限，材料的经济性，使用频率，工艺安全等。腐蚀速率常常取决于流体的温度和浓度。一般来讲，随着温度的上升，腐蚀速度也随之上升，但也并不都是这样的。另外，也有其他因素影响到腐蚀速率，比如流体中氧含量 (oxygen solubility). 常见到的例子有，用来传热的循环流体. 膨胀罐如果使用氮封，防止溶氧，就会减轻管道的腐蚀。 电偶腐蚀 当不同的金属接触在一块的时候，那么作为阳极的那一方的腐蚀速率就会增加。如果不同的金属的接触不可避免，那么可以用保温隔热来断开电路的形成。（insulated）. 或者，如果阳极一方作出牺牲，增厚阳极一方的腐蚀余量。常见的地下管道，比如消防水管，采用阳极牺牲保护法来减轻消防水管的腐蚀。 点蚀
化工设备与材料教学大纲(0803版)专 (1)
《化工设备与材料》课程教学大纲 一、课程的基本情况 课程中文名称:化工设备与材料 课程英文名称：Chemical Equipment and Material 课程代码： 2202047 课程类别：专业基础课 课程性质：必修课 课程学分：2.5 总学时：46 讲课学时：46 实验学时：0 授课对象：应用化工技术专业专科二年级学生 前导课程：大学物理机械制图机械设计基础 二、教学目的 《化工设备与材料》是应用化工技术类专业一门综合性的机械类技术基础课，包括工程力学、化工设备材料与焊接和化工容器设计三大部分。其任务是使学生具备基本工程力学知识，了解化工设备的选材要求及常用材料的特性，了解和掌握化工设备的设计计算方法和过程及典型设备的结构设计与计算，强化化工类专业专科生对化工设备的机械知识和设计能力。 三、教学基本要求 第一章物体的受力分析及其平衡条件 1.1 力的概念和基本性质 1.2 力矩与力偶 1.3 物体的受力分析及受力图 1.4 平面力系的平衡方程 基本要求：了解力、力矩与力偶的概念。掌握力的平移定理、常见典型约束性质与约束反力的确定、物体和简单物体系统受力图的画法、平面力系平衡的必要与充分条 件。 重点与难点：几种典型约束的约束反力；物体的受力分析及受力图的绘制 第二章直杆的拉伸和压缩 2.1直杆的拉伸和压缩 2.2拉伸和压缩时材料的机械性质 2.3拉伸和压缩的强度条件 基本要求：掌握以下内容：1. 轴向拉伸和压缩的概念；2. 轴向拉伸与压缩时直杆横截面上的内力和应力、许用应力、强度条件、应力集中的概念；3. 轴向拉伸或压缩时 的变形、拉伸和压缩时材料的力学性能。 重点与难点：轴向拉伸和压缩的受力特点和变形计算 第三章直梁的弯曲 3.1梁的弯曲实例与概念 3.2梁横截面上的内力 -- 剪力与弯矩 3.3弯矩方程与弯矩图 3.4梁弯曲时横截面上的正应力及其分布规律 3.5梁弯曲时的强度条件
常用化工设备基础知识教材
化工设备基础知识 第一章轴轴的主要作用是用来支撑和固定旋转传动零件，常见的轴有直轴和曲轴两种。一、直轴的分类：根据承受荷载的情况不同，直轴可分为心轴、转轴和传动轴三类。 1、心轴：心轴工作时主要用来支撑转动零件，承受弯矩而不传递运动，也不传递动力。心轴随零件转动的（如火车轮轴）称为活动心轴，不随零件一起转动的（如自行车轴、滑轮轴）称为固定心轴，它们承载时均产生弯曲变形。 2、转轴：转轴既要支承旋转零件还要传递运动和动力，如机床主轴、减速机齿轮轴、搅拌轴等。这类轴在外力作用下将产生弯曲变形和扭转变形。 3、传动轴主要用来传递扭矩，它不承受或承受较小的弯矩，如汽车、拖拉机变速箱与后轮轴间的传动轴。 轴的材料：选取轴用材料主要取决于轴的工作条件载荷和加工工艺等综合因素，除满足强度、刚度、耐磨性外，还要求对应力集中敏感性小，常用碳素钢、合金钢的锻件和轧制圆钢做为轴的毛坯。 碳素钢对应力集中的敏感性较小，其机械性能可通过热处理进行调整，比合金钢价廉，所以应用最广，常用30、40、45、50 号钢，其中45 号钢最常用。对于非重要或受载荷较小的轴可用Q235、Q237 等普通碳素结构钢。 合金钢可淬性好，且具有较高的机械性能，常用于传递较大功率并要求减小尺寸和重量以及提高轴颈耐磨性的场合。 合金铸铁和球墨铸铁也常用来做轴的原因是铸造成型容易得到较复杂且更合理的形状，铸造材料吸振性高，并可用热处理的方法提高耐磨性，对应力敏感性较低，且价廉。但铸造质量不易控制，可靠性较差，需慎用。 二、轴的结构 轴的外形通常作成阶梯形的圆柱体。轴上供安装旋转零件的部位叫轴头，轴与轴承配合部分叫轴颈，轴的其他部分叫轴身轴的设计与选择要考虑很多因素的影响，在满足不同截面的强度和刚度要求的同时，还要便于轴上零件的固定、定位、拆装、调整，尽可能减小应力集中以提高轴整体的疲劳强度，以及轴本身的加工工 艺性。 旋转零件一般要随轴旋转传递运动和动力，零件在圆周方向和轴线方向都需要确定他们之间的相对位置以保证各零件正常的工作关系。
化工设备设计中材料的选择和有效运用
化工设备设计中材料的选择和有效运用 发表时间：2019-09-16T09:52:31.753Z 来源：《房地产世界》2019年5期作者：谭朝晖 [导读] 随着我国经济技术的不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。 谭朝晖 中泰化学(集团)公司华泰重化工有限责任公司热电厂发电部新疆乌鲁木齐市 830001 摘要：随着我国经济技术的不断发展，社会对于化工设备的设计质量要求越来越高，这就使得相关的企业要提高重视，加强对于化工设备的质量管理。具体到化工设备的设计中，就是要选择最合适的设计材料和设计工艺，以保证化工设备的质量和安全，同时企业在具体的生产环节，也要根据具体的情况合理应用化工设备，进而促进企业生产的效率。 关键词：化工设备；材料选择；设备设计 引言 我国经济的快速发展，推动了各行各业的迅猛成长。化工行业也在国家经济的推动下，快速成长起来。化工行业最重要的设施就是机械设备，它在化工生产中占有很重要的地位,所以机械设备的维护和保养是化工生产中最重要的环节。化工工艺链中设备管道接触到大量的强酸、强碱、高浓度氯离子以及电石渣循环浆液等粗糙介质，存在强腐蚀、强磨损的恶劣的化学物理环境，主要针对化工设备设计中的材料选择和应用进行分析和研究，从而在设备材料方面不会再发生影响设备正常运行的问题。 1化工设备的材料选择 1.1选择载荷类型的材料 选择载荷类型材料的优势是，它可以避免发生机械设计的部分元件失效的现象。经过对机械设备设计的研究发现，在设计环节中，机械材料外载荷性能很容易引发机械设计的部分元件发生失效的现象。从此可以看出失效零部件的性能和材料的外载荷性能之间的矛盾问题，所以在机械材料的选择上，一定要考虑材料的载荷性，要根据材料的载荷性选择机械设备。通过对载荷性能的分析，在选择时需要注意两个方面：第一个方面是如果在化工生产中机械需要受到载荷力，那么就要选择低碳性的钢渗碳，或者是选择中碳性的钢调质方式来对材料进行加工作业，这样的选择方式主要是因为零部件如果在外载荷力的作用下发生了扭转的现象，而应力又大多集中在材料的表层上，那么就说明材料的表面性能直接决定着零部件之间的控制效果。这样的举措，主要是要保障产品的质量达到标准。第二个方面是如果是外载荷力作用在零件的横截面，促使横截面的应力达到了均衡，那么在设计时，就要选择能够承受压缩的或者是能够承受拉伸的，而且其性能分布也较为均匀的材料，这样的举措，主要是为了保障机械设计在加工和生产环节中能够对材料进行较高效的工作。 1.2对合金钢材料和碳素钢材料的分析 在材料的选择上，也可以采用合金钢材料和碳素钢材料，但在两者的选择上也要依据实际的情况进行选择。合金钢是一种合成的材料，是在碳素钢的基础上改进而来的，它是在碳素钢内加入合金而形成的合金钢。此改善的措施，主要是针对碳素钢的缺点，碳素钢存在着韧性差和强度差的特点，中等以上的形状材料，不能达到完全淬透的状态，这就影响了碳素钢的充分利用。合金钢的特点则是满足了这一点，其淬透性和韧性以及强度都得到了大力的提升，而且还增加了另一个特点，其耐磨性也得到了提升。虽然合金钢弥补了碳素钢的缺点，但是也不是任何条件下都可以用合金钢。经过研究和分析，只有在零横截面较大和材料外载荷应力很大的情况下，以及需要对材料进行完全淬透的情况下才能利用合金钢材料，其他的情况下要选择碳素钢材料，碳素刚材料拥有的优势是价格低廉，稳定性能高。 1.3选择可循环利用和回收的材料 在材料使用上，选择可循环利用和回收的材料的好处是，可以节省成本，还可以达到国家的环保节能要求。通过分析和研究，要达到循环利用和回收的材料只有单一性的合金系材料，主要是合金系的构成元件很少，从而不会对环境造成污染，所以能够提升对合金的回收和循环利用。以往的机械设计中，经常存在着不同种类的材料都堆放在了一起，不能达到对材料进行分类的要求。通过调查，可以得到的是金属材料的种类太多，钢材材料就有上百种，如果不能对这些种类的材料进行分类，就无法达到回收利用的目的。 2化工设备设计中材料的选择与应用需要注意的问题 2.1关于生产成本 在具体使用化工设备进行生产的过程中，一定要把控好生产的成本。一方面也对于产生的环境进行检测，评估其可能会对于生产设备造成的损害。一般来说，化工设备的价格较高，而对于设备的损害也是企业生产的无形的成本，企业可以对设备的损害进行预测，并将其算入投资的成本，然后预算生产的收益，比较二者之间是否合理，如果成本与收益相同或者成本大于收益，企业就要考虑改善生产的环境，尽可能的降低生产过程中对于设备所造成的损害。 2.2关于生产环境 由于不同化工设备的设计材料有所不同，其对于各类环境的耐受力也不一样，因此在具体使用化工设备的过程中，一定要对于生产的环境进行检测与分析，比如环境中气体的活性、是否存在腐蚀性、温度等，根据具体的生产环境选择不同化工设备进行操作，一方面可以有效避免危害环境对于化工设备的损害；另一方面也可以选择最合理的设备，进而保证生产的质量和效率，实现企业的经济效益。 2.3关于设计工艺 为了使得设备达到最好的质量和效果，在具体设计中，要严格遵守效果设计工艺，避免由于工艺的差错而影响设备价值。一是要平衡好材料的价格和设备的性价比之间的关系，避免为了追求设备的高性能，比如抗腐蚀性和耐高温，而选择使用非常昂贵的设计材料。二是在具体的设备设计环节，要严格的遵守相关工艺的技艺标准和规范，合理的进行操作，避免因为技艺的操作不当而影响化工设备设计的质量，要尽可能的将相关材料的价值发挥到最大，制作出性能优异的化工设备，为企业的生产提供动力。 2.4达到经济性能和实用性能相统一的要求 各行各业的健康发展，都离不开对成本的有效控制，这样才能增加企业的经济效益。化工机械设备的材料选用上也要遵循这一原则，
化工设备常用金属材料与非金属材料
第8章 化工设备常用金属材料与非金属材料 本章重点要讲解内容： （1）掌握金属的主要晶格结构及其特点。 （2）掌握压力容器与化工设备常用金属材料的种类、牌号及主要性能 （3）熟悉金属的腐蚀与防护。 （4）了解金属热处理的种类及方法。 第一节 材料的性能 材料的性能主要有：力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。 1、力学性能 该性能决定许用应力，主要的指标如：强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。 （1）强度 设备的强度指的是构件抵抗外载荷而不破坏的能力。利如提升重物的钢丝绳，不允许被重物拉断。例如提升重物的钢丝绳，不允许被重物拉断。但在设计中，为了保证强度而盲目的加大结构尺寸是不合理的，因为会造成材料的极大浪费，增加运输及安装费用。 常温强度指标：[]0 /n σσ=，屈服强度和抗拉(压)强度；蠕变极限σn 疲劳极限σr 。 （2）硬度 局部抵抗能力，是弹性、强度与塑性的综合性能指标。 ◆ 压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC 、HRB)和维氏硬度(HV)； ◆ 低碳钢 σb =0.36 HB ◆ 高碳钢 σb =0.34 HB ◆ 灰铸铁 σb =0.1 HB （3）塑性 （在第二章中已经详细讲过，在此让学生复习一下） （4）冲击韧性 冲击韧度αk ，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积。 低温容器所用钢板αk 值不得低于30J/cm 2 2、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。 3、化学性能 ◆ 耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力； ◆ 抗氧化性 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度，选耐热材料。 4、加工工艺性能 (1) 可铸性：收缩与偏析； (2) 可锻性； (3) 焊接性； (4) 可切削加工性。
《化工设备机械基础》第一章-习题解答
第一章化工设备材料及其选择 一. 名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变 形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及 时和迅速塑性变形的能力。 6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生 成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自 脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不 同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能， 这样的加工工艺称为热处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退 火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的 热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一 种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使 组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。
机电工程常用材料及工程设备
1、 2、 3、黑色金属材料（钢铁材料），是机电工程中应用最广、用量最多的金属材料。都以铁与碳为主要元素组成的合金。 4、 名 称 碳含量分类用途生 铁W C>2% 按用途分：炼钢生铁、铸造生铁 按化学成分分：普通生铁、特种生铁 铸 铁%~% 按断口颜色分：灰铸铁、白口铸铁、麻口铸铁。 灰铸铁多用于制造低中参数汽轮机的低压 缸和隔板。 按生产方法和组织性能分：普通灰铸铁、孕育 铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁。 钢W C≤2%按化学成分和性能分类：碳素结构钢、合金结 构钢和特殊性能低合金高强度钢 主要用于压力容器、高温和低温构件、耐 腐蚀、耐磨及耐热构件、零部件、管道和锻 件 按用途分：结构钢、工具钢、特殊用钢、专用 钢、铸钢、锻钢、热轧钢、冷轧钢、冷拔钢。 5、钢按化学成分和性能分类： 名称分类用途 碳素结构钢 低碳钢（W C≤%）Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（Q为屈服强度，数字为屈服强度的下限值） 型钢、钢筋、钢丝等都是碳素结构钢，优质的碳素结构钢还可以制成钢丝、钢绞线、 圆钢、高强螺栓及预应力锚具等。 中碳钢（%
6、钢材：
7、纯铝：（1）密度：cm3，仅为铁的1/3； （2）导电性好，磁化率极低，接近于非铁磁性材料； （3）在电气工程、航空及宇航工业、一般机械和轻工业中广泛应用。 8、铝合金 铝合金而处理后可显著提高强度，可用于制造承受较大载荷的机器零件和构件。 9、纯铜（紫铜）：（1）纯铜、铜合金的导电、导热性很好。 （2）对大气和水的抗蚀能力很高 （3）抗磁性物质
第一章化工设备材料及其选择
第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释: 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度６、普通碳素钢7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢1０、容器钢１1、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径３、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组： １、球壳上任一点2、圆锥壳上之M点3、碟形壳上之连接点Ａ与 B
三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知：p ＝２M Ｐａ,D ＝1０08m ｍ，S ＝8mm 。(图３－34) 2、圆锥壳上之A 点和Ｂ点。已知：p =０.5M Ｐa ，D =1０１0mm ，S ＝10mm ，α＝３０°。(图３－35) 3、椭球壳上之Ａ、B 、Ｃ点。已知:p ＝1MPa,a ＝1010mm,b=50.5ｍm,Ｓ＝20mm,B 点处座标ｘ=600mm 。(图3-3６) 图３－34 图３-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为１00２0mm 的球形容器,其工作压力为0.6MPa ,厚度为20m ｍ ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器,两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为２030mm ,筒体与封头厚度均为３0m ｍ，工作压力为３MPa ,试求： （1） 圆筒壁内的最大工作应力； （2） 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,２.5时，计算封头上薄膜应 力m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
浅析化工设备设计中材料的选择及应用
浅析化工设备设计中材料的选择及应用 化工设备在工业中应用十分广泛，生活中的很多必需品都是由化工设备制造的，化工设备性能的好坏关系到工业生产的安全和稳定。而化工设备的材料又很大程度上影响着设备的质量。要选择适宜的化工设备材料，保证其机械性能和安全性，这样才能制造出质量过硬的设备来，为工业的发展做出贡献。本文分析探究化工设备材料的选择和应用，并给出选择材料时应该注意的事项。 标签：化工设备设计；材料选择；应用 选择适宜的设备材料不仅可以保证设备的质量和性能，还可以使得设备运行更加安全，更加人性化，例如好的材料可以降低噪音，减小对人体耳膜的伤害。此外，材料的选择不能仅仅局限于眼前，还要放眼长远，要为长久的利益着想，例如不能为了图一时便宜就使用廉价的高污染的材料，这样和生态环境相违背的做法是不可能长久的，因此必须重视化工材料的选择，从多方面考虑，不仅保证材料的机械性能，同时要考虑互换性、环保性以及可持续性和经济性等，这样才能促进化工设备健康持续发展。 1 化工设备设计中材料选择和应用的重要意义 着我国经济的飞速发展，各方面的建设如火如荼，对化工产品的需求迅速增长，因此也带动了化工设备的发展。但是由于各个行业对材料的需求增大，化工设备设计所需要的材料供应不足，材料稀缺问题越来越严重。在这种大的环境下，就不能只考虑眼前材料的低品质性，而要选择经济型、环保型、可持续型的材料，充分利用有限的资源来发展化工行业，这才是可行之路，也是必行之路。 2 化工设备设计中材料选择与应用应该注意的事项 2.1 在材料选择和应用中应该注意经济性和适用性 化工设备的材料选择很重要的两点就是材料的经济性和适用性，要选择适合的材料，不能只追求材料性能，還要注重材料的价格，要选择性价比高的材料。现在工业发展迅速，对各种材料的需求增大，所以在设备材料选择中就不能选择那些稀缺的材料，稀缺的材料不仅供应不足，而且价格高昂，不满足经济性的要求，为了使得化工设备能够持久性发展，必须避免选择这种材料。 化工设备的制造需要很多种材料，而不同的化工设备对材料的要求不同，例如生产化肥的设备就要保证其耐腐蚀性，而炼钢设备要保证其耐高温性。因而在化工设备的设计时就要考虑化工设备所应用的环境，选择适当的材料，不然不仅浪费了材料，还使得设备最终达不到质量要求。 2.2 化工设备设计中材料的选择和应用应该重视绿色环保
化工设备机械基础习题-力学部分.doc
第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释： 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度 6、普通碳素钢 7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢10、容器钢11、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径 3、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组： 1、球壳上任一点 2、圆锥壳上之M点 3、碟形壳上之连接点A与 B
三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知：p ＝2MPa ，D ＝1008mm ，S ＝8mm 。(图3-34) 2、圆锥壳上之A 点和B 点。已知：p ＝0.5MPa ，D ＝1010mm ，S ＝10mm ，α＝30°。(图3-35) 3、椭球壳上之A 、B 、C 点。已知：p ＝1MPa ，a ＝1010mm ，b ＝50.5mm ，S ＝20mm ，B 点处座标x ＝600mm 。(图3-36) 图3-34 图3-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为10020mm 的球形容器，其工作压力为0.6MPa ，厚度为20mm ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器，两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为2030mm ,筒体与封头厚度均为30mm ，工作压力为3MPa ,试求： （1） 圆筒壁内的最大工作应力； （2） 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,2.5时，计算封头上薄膜应力 m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
化工厂常用化工设备简介讲解学习
化工厂常用化工设备 简介
化工厂常用化工设备简介 化工设备是指化工生产中静止的或者配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热、传质和化学反应等过程，或用于储存物料。 化工设备通常按以下方式分类。 1.按照结构特征和用途分为：容器，塔器，热换器，反应器（包括 反应釜，固定床或流化床和管式炉等）、分离器、储存器。 2.按照材料分为：金属设备（碳钢，合金钢，铸铁，铝，铜等）， 非金属设备（内衬橡胶，塑料，耐火材料和搪瓷等），其中碳钢设备最常用。 3.按受压情况分为：外压设备（包括真空设备）和内压设备，内压 设备又分为常压设备（操作压力<=0.7MPA）低压设备（0.1 MPA
处理，如换热器、精馏塔等；有的用于进行化学反应，如聚合釜，反应器，合成塔等。尽管这些设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化 工生产中所用设备外部壳体的总称。由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器痛常为压力容器。 化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组成. 1）筒体筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 2）封头根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。 3）密封装置化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度
化工设备机械基础第六版课后答案
第一篇: 化工设备材料 第一章化工设备材料及其选择 2.名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下 逐渐产生塑性变形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。 6.泊松比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性 变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧 还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地 凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液 在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔， 凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半 部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C组： 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化 学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下 来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近 平衡状态组织的热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到 马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火 后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调 质处理。