化工设备基础

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1、化工设备机械基础FundamentalChemicalProcessEquipment主讲：谭志伟2008年春2021/7/19绪论化工生产和化工机械化工生产是以流体（气体、液体、粉体）为原料，以化学处理和物理处理为手段，以获得设计规定的产品为目的的工业生产。化工生产过程不仅取决于化学工艺过程，而且与化工机械装备密切相关，化工机械是化工生产得以进行的外部条件，所以先进的化工机械，一方面为化学工艺服务，另一方面又促进化学工艺过程的发展。化工机械通常分为：化工设备和化工机器2021/7/19化工设备：绪论2021/7/19绪论2021/7/19绪论2021/7/19化工生产自身的特点：1、生产的连

2、续性强2、生产的条件苛刻介质的腐蚀性强；温度和压力变化大介质大多易燃易爆有毒性生产原理的多样性生产技术含量高绪论2021/7/19本课程主要内容：1、化工设备材料及其选择2、化工容器的设计1）内压薄壁圆筒与封头的应力分析及强度设计；2）外压圆筒与封头的强度设计；3）容器的零部件（法兰支座开孔补强附件：接口管凸缘人、手孔视镜）。3、典型化工设备的机械设计1）换热器；2）塔设备；3）搅拌器。绪论2021/7/19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：材料的性能计划学时：8学时第1章化工设备材料及其选择2021/7/191.1概述1.1.1化工设备选材的重要性和复杂性1、操作条件的限

3、制压力：从高真空到几千大气压,故有强度要求温度：-250℃~2000℃，材料受冷、热介质：酸碱（腐蚀）、易燃、易爆、毒性以及核反应堆中子照射（变脆)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2021/7/191.1概述1.1.2选用材料的一般要求（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）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，经济上合算。选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的原则。2021/7/

4、191.2材料的性能1.2.1、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。主要特征指标包括强度、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。2021/7/191.2材料的性能金属材料的变形和破坏过程：（1）弹性变形阶段（2）弹－塑性变形阶段（3）断裂断裂的两种形式：脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶段的。（更危险）韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生断裂的。2021/7/191.2材料的性能（1）屈服点（σs）金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢

5、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σs(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。载荷不再增加，甚至有所降低时，试件还在继续伸长的最小载荷，N试件的原始横截面积，m22021/7/191.2材料的性能无明显屈服点的材料，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（σb）金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。2021/7/191.2材料的性能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

6、器设计常用的性能指标。屈强比（σs/σb）：屈强比越小，材料的塑性储备越大，越不容易发生危险的脆性破坏；屈强比越大，材料的强度水平发挥好，但塑性储备越小。(3)蠕变极限（σn）2021/7/191.2材料的性能高温（比如：碳素钢＞420℃，合金钢＞450℃）一定应力联合作用下金属将逐渐产生塑性变形2021/7/191.2材料的性能蠕变：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作用下逐渐产生塑性变形的现象。蠕变极限：材料在高温条件下抵抗发生缓慢塑性变形的能力。表现为两种：a在工作温度下引起规定变形速度的应力值；b在一定工作温度下，在规定的使用时间内，使试件发生一定量

7、的总变形的应力值。2021/7/191.2材料的性能（4）持久强度（σD或σ105）（5）疲劳强度（σ－1）2、塑性塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标是延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。（1）延伸率（δ）2021/7/191.2材料的性能手册中常见的是δ10和δ5。δ越大，材料的塑性越好。（2）断面收缩率（ψ）断