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第一章 绪论1

1-1 导言1

1-2 化工容器及设备分类1

1.化工容器分类1

2.化工设备分类2

1-3 化工容器及设备设计基本知识3

1.化工容器及设备设计步骤3

2.化工容器及设备的选型3

3.化工容器及设备选材原则5

4.钢制与铝制化工容器及设备焊接结构特点6

第二章 薄壁容器设计的理论基础10

2-1 薄壁壳体的无力矩理论10

1.薄壁圆筒的应力分析10

2.一般薄壁壳体的应力分析12

1.承受气体压力的壳体18

2-2 无力矩理论在几种典型壳体中的应用18

2.承受液体压力的壳体22

3.承受离心载荷的壳体26

2-3 有力矩理论与边界问题27

1.由于壳体内压力而引起的弯曲应力27

2.边界问题的基本概念29

3.有力矩理论在边界问题上的应用30

4.边界应力的特性40

1.受轴对称载荷圆平板的挠度微分方程42

2-4 薄板理论42

2.两种边界条件下圆平板的应力分析46

3.薄板理论的应用50

第三章 内压薄壁容器设计53

3-1 内压圆筒和球形壳体的设计计算53

1.内压圆筒的强度计算53

2.球形壳体的强度计算54

1.半球形封头55

3-2 容器封头设计55

2.椭圆形封头56

3.碟形封头58

4.锥形封头59

5.平盖64

3-3 设计公式中各参数的确定66

1.设计压力66

2.设计温度68

3.许用应力68

4.焊缝系数70

5.壁厚附加量74

6.焊后热处理76

7.容器最小壁厚的确定77

8.公称直径与公称压力77

3-4 压力试验及密封性检查77

1.液压试验78

2.气压试验79

3.气密性试验80

第四章 外压容器设计84

4-1 外压容器的基本概念84

1.外压容器的稳定性84

2.临界压力及其影响因素84

3.承受外压圆筒的分类85

4-2 外压圆筒稳定性的理论计算85

1.长圆筒85

2.短圆筒87

3.刚性圆筒88

4.临界长度88

5.受有轴向压力的圆筒89

6.用理论公式计算筒体壁厚的步骤89

4-3 外压圆筒及球壳图算法90

1.外压圆筒计算图的来源90

2.外压圆筒及球壳图算法步骤92

4-4 加强圈的设计99

1.加强圈的作用及结构99

2.加强图的计算101

4-5 外压封头设计105

1.凸形封头(包括球形、椭圆形、碟形)105

2.锥形封头107

第五章 法兰连接设计109

5-1 法兰连接的结构分类109

1.法兰的分类109

2.法兰的基本结构型式110

5-2 法兰标准111

1.公称直径与公称压力111

2.容器法兰标准与管法兰标准115

3.标准法兰的尺寸分析115

5-3 法兰连接的密封性设计116

1.密封原理和影响密封的因素117

2.法兰密封面的型式118

3.垫圈类型及选用119

4.螺栓设计119

5-4 法兰强度分析127

1.铁木欣柯(S.Timoshenko)计算法128

2.华脱斯(E.O.Waters)计算法133

3.法兰的设计步骤143

第六章 容器的开孔与补强149

6-1 容器开孔的连接结构149

1.接管与突出接口149

2.视镜149

3.人孔与手孔150

6-2 开孔附近的应力分析151

1.壳体开小孔的应力分析151

2.应力集中、应力集中系数152

1.补强原理与方法154

6-3 开孔补强设计154

2.局部补强的结构155

3.等面积补强计算法155

4.用极限分析法进行开孔补强159

5.允许不另行补强的最大孔径164

第七章 卧式容器设计168

7-1 卧式容器支座类型168

1.卧式容器的受力分析169

7-2 双鞍卧式容器计算169

2.鞍座尺寸的确定175

3.双鞍卧式容器的应力验算178

第八章 厚壁容器设计187

8-1 厚壁容器的总体结构型式及选材要求187

1.厚壁容器的特点187

2.厚壁容器的总体结构型式188

3.厚壁容器的选材要求193

1.单层式厚壁圆筒的机械应力196

8-2 单层式厚壁圆筒的强度计算196

2.单层式厚壁圆筒的温差应力201

3.单层式厚壁圆筒按强性理论的强度设计204

4.现行《设计规定》中的强度计算公式211

8-3 多层式厚壁圆筒及自增强--提高厚壁圆筒承载能力的措施213

1.多层式厚壁圆筒214

2.自增强概念219

8-4 厚壁圆筒按塑性失效准则和爆破失效准则的设计简介222

1.塑性失效准则222

2.爆破失效准则224

8-5 厚壁容器的密封结构设计227

1.强制式密封结构设计227

2.自紧式密封结构设计230

3.管道密封236

8-6 厚壁容器零部件设计238

1.平盖设计238

2.封头设计241

3.筒体端部设计244

第九章 现代压力容器设计中的几个问题246

9-1 应力分类246

1.应力分类246

2.极限设计法248

3.安定状态的概念250

4.应力强度及其限制253

9-2 压力容器的低循环疲劳255

1.低循环疲劳曲线257

2.疲劳设计规范简介259

9-3 低应力破坏260

1.低应力破坏260

2.断裂判据及应用261

3.疲劳寿命的估算261

4.应力腐蚀的概念265

1.有限单元法简介268

9-4 有限单元法的应用268

2.工程计算实例270

第十章 换热器274

10-1 换热器的分类与标准274

1.换热器的分类274

2.列管式换热器的标准与系列276

10-2 换热器设计的基本步骤277

1.列管式换热器设计中的几个基本问题278

2.列管式换热器设计的基本步骤281

10-3 列管式换热器的结构283

1.列管式换热器的结构形式283

2.管子在管板上的固定289

3.管板与壳体的连接结构293

4.换热器其它零件的结构297

10-4 列管式换热器管板的强度计算302

1.影响管板强度与刚度的因素302

2.管板强度的理论基础304

3.管板强度分析的基本方程311

4.管板的计算方法312

10-5 波形膨胀节的计算319

1.换热器中的温差应力319

2.膨胀节要否的判定321

3.波形膨胀节的计算322

4.我国设计规定中的膨胀节计算公式324

1.板式换热器的结构331

10-6 板式换热器331

2.板式换热器的结构特点及存在问题334

3.板式换热器的流道组成及组装表示方法334

4.板式换热器的设计计算335

第十一章 塔器341

11-1 塔器类型341

1.填料塔341

2.板式塔341

1.塔的工艺计算344

3.各类塔型比较344

11-2 塔器设计顺序344

2.塔的机械设计345

3.塔的结构设计345

11-3 填料塔的结构345

1.总体结构345

2.填料346

3.填料支承装置348

4.液体喷淋装置350

5.液体再分布装置353

6.接管354

11-4 板式塔的结构357

1.总体结构357

2.塔盘结构357

3.接管结构357

5.支座结构369

4.除沫器369

6.其它装置372

11-5 塔设备机械计算373

1.载荷373

2.筒体应力合成及校核379

3.裙式支座计算382

第十二章 搅拌反应器393

12-1 搅拌反应器的容器部分400

1.容器部分的几何尺寸的确定400

2.传热构件-夹套和蛇管401

3.接管结构404

4.安全装置408

12-2 搅拌器的型式与选用409

1.搅拌器的作用409

2.搅拌器的分类410

4.搅拌器的选用411

3.搅拌器的参数411

12-3 搅拌器的功率及强度418

1.搅拌功率的影响因素及准数关联式418

2.搅拌功率的全挡板条件419

3.搅拌器的功率计算420

4.搅拌器的结构与强度428

12-4 搅拌轴与轴封433

1.搅拌轴的强度及轴的临界转速433

2.搅拌轴的填料密封439

3.搅拌轴的机械密封441

第十三章 化工设备设计示例447

13-1 列管式换热器设计示例447

1.筒体壁厚计算447

2.封头壁厚计算448

3.设备封头法兰连接设计450

4.管板强度计算454

5.波形膨胀节计算463

1.筒体和封头强度计算467

13-2 填料塔设计示例467

2.塔体重量载荷计算468

3.塔自振周期计算470

4.地震载荷及弯矩计算473

5.水平风力及风弯矩计算473

6.塔体稳定性校核476

7.裙座稳定性校核477

8.基础环设计480

9.基础螺栓计算480

13-3 搅拌反应器设计示例481

1.结构方案选择482

2.筒体部分结构设计与强度计算482

3.搅拌器与电机、减速机的选择485

4.搅拌轴直径的计算486

表1，钢板、钢管以及锻件机械性能表489

附录489

一、钢板、钢管以及锻件机械性能489

二、常用金属材料物理性能493

表2，钢材弹性模数值表493

表3，平均线膨胀系数值表494

三、钢板、钢管以及锻件许用应力值495

表4，钢板、钢管、锻件许用应力值表495

四、螺栓材料机械性能及许用应力值500

表5，螺栓机械性能表500

表6，螺栓许用应力值表501

五、常用金属材料的耐腐蚀性能502

表7，碳钢与铸铁的耐腐蚀性能表502

表8 铬18镍9不锈钢耐腐蚀性能表503

表9，铝及铝合金耐腐蚀性能表504

六、工程单位与国际单位的换算506

表10，单位换算表506