过程设备设计绪论

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1、过程设备设计主讲张兴芳过程装备及控制工程系2绪论INTRODUCTION3专业课设置过程装备与控制工程过程装备过程控制实践环节毕业环节压力容器部分过程设备部分4过程设备设计第一篇压力容器部分(第1章—第4章)最终目的：防止压力容器失效、确保其安全可靠运行主要内容：压力容器总体结构应力分析模型环境和时间对材料性能的影响失效形式设计方法达到目标：掌握设计方法；提高设计阶段分析和解决压力容器在全寿命过程中安全问题的能力5过程设备设计第二篇过程设备部分（第５章—第８章）主要内容：介绍储存设备、换热设备、塔设备和反应设备等典型过程设备，突出功能要求、结构特点与设计选用的联系。6过程设备设计本课程

2、的性质：是过程装备与控制工程专业的主干课之一，是一门涉及多门学科，综合性很强的课程。比如，它涉及到化学、力学、热力学、机械学、化学工程与工艺学、信息技术科学、课程设计、实习经验等许多方面。本课程的任务：综合运用基础课、技术基础课中的基本理论，培养学生具有过程设备工程设计的初步能力。7过程设备设计绪论过程：原材料产品物理或化学加工过程设备：即：完成物料的粉碎、混合、储存、分离、传热、传质、反应等操作的设备。例如，泵、压缩机、管道、储罐、塔、换热器、反应器等。过程设备设计：根据设备的工艺、强度、经济性等要求制订出的可用于制造的技术文件。完成物理或化学加工所用到的设备。8过程设备设计●过程设

3、备的应用●过程设备的特点●过程设备的基本要求●过程设备的质量保证●本课程的内容内容：9过程设备设计1.过程设备的应用过程设备的应用领域：所有的工业过程。过程设备的典型例子：a、加氢反应器:加氢过程的关键设备。b、用于液氢的深冷（-253℃）高压（40MPa）储存。c、超高压食品杀菌釜：超高压食品杀菌所需关键设备。10d、核反应堆：核电站的核心设备。e、超临界流体萃取装置：萃取和分离过程中所需的萃取釜、换热器、分离器等设备。f、潜艇外壳：承受外压作用的壳体。日本于1988年研制成功的潜深为6000m的深海潜艇，其耐压舱为一壁厚70mm的钛合金制球形壳体。11随着科学技术的发展，过程设备向

4、多功能、大型化、成套化、轻量化和专业化方向发展，呈现出以下特点：a、功能原理多种多样，是典型的非标设备。b、化机电一体化。2.过程设备的特点c、外壳一般为压力容器。含有压力介质的封闭容器都被称做压力容器12过程设备=承受一定压力的外壳+各种各样的内件压力容器的载荷除压力载荷、温度载荷外，还可能受风载荷、地震载荷、冲击载荷的作用。压力容器的失效失去正常的使用功能。图１是容器失稳外观，图2和图3是压力容器断裂后的外观。可能的失效原因选材不当、材料误用、材料缺陷、材质劣化、介质腐蚀、制造缺陷、设计失误、缺陷漏检、操作不当、意外操作条件、难以控制的环境等原因。13过程设备设计压力容器的规范标准

5、——如我国的GB150《钢制压力容器》JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》JB/T4735《钢制焊接常压容器》技术法规《固定式压力容器安全技术监察规程》等对压力容器的材料、设计、制造、安装、使用、检验和修理、修改提出相应的要求。14过程设备设计绪论3.过程设备的基本要求a、安全可靠b、满足过程要求c、综合经济性好d、易于操作、维护和控制e、优良的环境性能15过程设备设计a、安全可靠影响设备安全可靠性的因素主要有:材料的强度、韧性;与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。16（1）材料的强度高、韧性好材料强度：是指载荷作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力。屈服点和抗拉强度

6、是钢材常用的强度判据。材料韧性：韧性是指材料断裂前吸收变形能量的能力。材料韧性越好，临界尺寸越大，过程设备对缺陷就越不敏感。韧性随着强度的提高而降低。在选择材料时，应特别注意材料强度和韧性的合理匹配。环境：影响材料韧性。低温、受中子辐照或在高温高压临氢条件下工作，都会降低材料韧性，使材料脆化。17过程设备设计（2）材料与介质相容材料被腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，而且有可能改变其组织和性能。因此，材料必须与介质相容。18过程设备设计（3）结构有足够的刚度和抗失稳能力（4）密封性能好——密封性是指过程设备防止介质泄漏的能力。刚度：是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力。失稳：是过程设备常

7、见的失效形式之一。内泄漏：内部各腔体间的泄漏；引起污染，爆炸等；外泄漏：通过可拆部件向外或向内泄漏；引起环境污染、中毒、燃烧和爆炸等。19过程设备设计（1）功能要求（2）寿命要求b、满足过程要求如：储罐的储存量、换热器的传热量和压力降，反应器的反应速率，塔的流量、传热传质效率等。高压容器：>20年塔设备、反应设备：>15年一般设备：>10年20过程设备设计（1）生产效率高、消耗系数低生产效率：过程设备常用单位时间内单位容积（或面积）处理物料或所