化工设备设计基础复习Word格式.docx

1、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

2、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-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。9.奥氏体：碳溶解在-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，得到一种碳原子在铁中过饱和的固溶体。形式名称组成C（%）表示性能固溶体铁素体（-Fe ）+C0.006F强度和硬度低，塑性和韧性好奥氏体（-Fe ）+C0.77A强度和硬度高，韧性好，无磁性马氏体过饱和M硬度高、脆、延展性差、不稳定化合物渗碳体C+Fe Fe3C6.69硬、脆，一定条件下分解混合物珠光体铁素体和渗碳体机械混合物0.77P介于铁素体和渗碳

3、体之间莱氏体珠光体和初次渗碳体共晶混合物L硬度高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3050oC）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

4、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S0.055%，P0.045%。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： Q235AF。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

5、质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。D. 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：（g/m2h）K：腐蚀速度，g/cm2h；p0：腐蚀前试件的重量，g；p1：腐蚀

6、后试件的重量，g；F： 试件与腐蚀介质接触的面积，m2； 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。 （mm/a） 式中：Ka：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a； ：金属的相对密度，g/cm3。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

7、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：腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧失。“内部瓦解”作用。例如：奥氏体不锈钢晶间腐蚀，在450850 之间，生成（CrFe）23C6，沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶粒成为阴极，形成微电池。9.应力腐蚀：定义：金属在腐蚀性介质和拉应力共同作用下产生的破坏形式。三个阶段：1） 孕育阶段机械裂纹。2） 裂纹扩展裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。3） 破坏阶段。1

8、0.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组钢号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-A普通碳素甲类钢沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AA:甲类钢20g优质碳素结构钢0.2%g:锅炉钢16Mn R普通低合金钢0.16%1.5%R:容器钢20MnMoMnMo16MnDRMn:D:低温钢14Cr1Mo0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:0Cr13铬不锈钢0.08%13%1Cr18Ni9

9、Ti奥氏体不锈钢0.1%18%;Ni:9%;Ti:00Cr19Ni100.03%19%;10%Q235-B,F普通碳素乙类钢Q235-AR普通碳素甲类容器钢16Mng18Nbb0.18%Nb:b:半镇静钢18MnMoNbRMn.Mo.Nb:09MnNiDR0.09%Mn.Ni:06MnNb0.06%Mn.Nb:!.5%2Cr13Cr13%12Cr2Mo10.12%1.52.49%;0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti12%;四、判断题1对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕量的方法，都能有效地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。（）2材料的屈强比（s/b）越高，越有利于充分发挥材料的

10、潜力，因此，应极力追求高的屈强比。3材料的冲击韧度k高，则其塑性指标5也高；反之，当材料的5高，则k也一定高。4只要设备的使用温度在0350范围内，设计压力1.6MPa，且容器厚度20mm，不论处理何种介质，均可采用Q235-B钢板制造。5弹性模量E和泊桑比是材料的重要力学性能，一般钢材的E和都不随温度的变化而变化，所以都可以取为定值。6蠕变强度表示材料在高温下抵抗产生缓慢塑性变形的能力；持久强度表示材料在高温下抵抗断裂的能力；而冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。（）五、填空题1对于铁碳合金，其屈服点随着温度的升高而（降低），弹性模量E随着温度的升高而（降低）。2

11、、是金属材料的（塑性）指标；b、s是金属材料的（强度）指标；Ak是金属材料的（冲击韧性）指标。3对钢材，其泊桑比（0.3）。4氢腐蚀属于化学腐蚀与电化学腐蚀中的（化学）腐蚀，而晶间腐蚀与应力腐蚀属于（电化学）腐蚀。5奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的温度范围是（450）（850），防止晶间腐蚀的方法一是减少奥氏体不锈钢中的含（碳）量，二是在奥氏体不锈钢中加入（Ti）和（Nb）元素。6应力腐蚀只有在（拉）应力状态下才能发生，在（压应力）和（剪切）应力状态下则不会发生应力腐蚀。1.2 其他习题1 衡量金属材料的强度指标是（ ）、（ ）；衡量金属材料的塑性指标是（ ）、（ ）、（ ）；衡量金属材料的耐腐蚀性

12、能指标是（ ），为了使设计的构件具有一定的使用寿命，在设计截面尺寸时必须考虑（ ）。2 冷脆现象是指金属材料由常温下的（ ）材料，在深冷状态下变成（ ）材料的现象。3 金属材料具有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等加工的可能性称为加工工艺性能。4 材料性能如何分类？5 什么是退火？什么是正火？说明退火正火的目的和区别？6 下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？Q215-B.F: 代表 普通碳素钢（钢种），其中Q为 屈服点的头一个拼音字母，215为屈服点值，B表示质量等级，F表示沸腾钢。20A:代表高级优质碳素钢，20为含碳量0.2%，A表示高。15MnVDR: 代表普通低合金钢，

13、含碳量0.15%左右，含Mn小于1.5%，含V小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢第二章 容器设计的基本知识三类压力容器（1）高压容器；（2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；（3） 中度危害介质，且pV大于等于10MPam3中压储存容器；（4） 中度危害介质，且pV大于等于0.5MPam3中压反应容器；（5） 毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPam3的低压容器；（6） 高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压搪玻璃压力容器；（8） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（9） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；（10） 容积大于等于50

14、m3的球形储罐；（11） 容积大于5 m3的低温液体储存容器。二类压力容器（1） 中压容器；（2） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；（3） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；（4） 低压管壳式余热锅炉；（5） 低压搪玻璃压力容器。一类在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。物质毒性危害程度：极度危害：光气、汞、氰化氢高度危害：甲醛,苯胺、氟化氢中度危害：二氧化硫,硫化氢,氨2.1 本书习题一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围温度分级温度范围（C）压力分级压力范围（Mpa）常温容器20C 200低压容器0.1P1.6中温容器壁温在常温和高温

15、之间中压容器1.6P10高温容器壁温达到材料蠕变温度高压容器10P100低温容器壁温低于20超高压容器P100浅冷容器壁温在20C至40C之间真空容器器外一个大气压，内部为真空或低于常压深冷容器壁温低于40二、 指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类序号容器（设备）及条件类别11500，设计压力为10Mpa的管壳式余热锅炉（高压）三2设计压力为0.6MPa，容积为1m3的氯化氢气体贮罐（）32000，容积为20 m3的液氨贮罐4压力为10Mpa，容积为800立升的乙烯贮罐5设计压力为2.5Mpa的糖玻璃容器压力为4Mpa的毒性程度为极度危害介质的容器800，设计压力为0.6Mpa，介质为非易

16、燃和无毒的管壳式余热锅炉二用抗拉强度规定值下限为=620Mpa材料制造的容器工作压力为23.5Mpa的尿素合成塔汽车罐车和铁路罐车三、填空题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。2.2 其他习题在化工设备中用字母E表示的压力容器为（ ）。A、反应器 B、换热器 C、分离器 D、存储器在化工设备中用字母C表示的压力容器为（ ）。A、反应器 B、换热器 C、分离器 D、盛装器13在化工设备中用字母S表示的压力容器为（ ）。1.判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？1）2000的液氨储罐2）p为4MPa的剧毒介质容器3）p

17、为10MPa，V为800L的乙烯储罐。2.下列容器属一、二、三类容器的哪一类？1）直径为2000mm，设计压力为1MPa的圆筒形容器2）设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器3）设计压力为0.5MPa的管壳式余热锅炉4）p为3MPa的氰化氢容器第三章 内压薄壁容器的应力分析3.1 本书习题一、 名词解释 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。 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。 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。 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。 第

18、一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。 小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。 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。 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。 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。二、 判断题（对者画，错着画）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

19、） 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，则该点的两向应力。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

20、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。三、 指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径1、 球壳上任一点 2、圆锥壳上之M点 1. 圆柱壳上任一点四、 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1. 球壳上任一点，已知：p=2Mpa，D=1008mm，S=8mm。2. 圆锥壳上之A点和B点，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。五、 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

21、mm，壁厚为16 mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm 属薄壁容器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=20mm3. 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； 圆筒壁内的最大工作压力；【解】（1） 圆筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm最大工作应力：3.2 其他习题回转壳体的轴对称问题是指壳

22、体的（ ）、 （ ）、（ ）都是关于其回转轴对称的。答案: 几何形状 ; 承受的载荷 ;约束条件薄膜应力理论的两个基本方程是（ ）、（ ）；其应用条件是壳体的（ ）及（ ）必须是连续的和对称的。在回转壳体上，若经线为直线时，第二曲率半径等于（ ）。A、平行圆半径 B、 C、第一曲率半径在回转壳体上，若经线为直线时，第一曲率半径等于（ ）。问答：边缘应力与薄膜应力的区别？第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计4.1 本书习题二、 填空题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pc=（ 1.

23、76 ）Mpa;水压试验压力pT=（2.2 ）MPa.2. 有一立式容器,下部装有10m深,密度为=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pc=（ 0.617 ）MPa;水压试验压力pT=（0.625 ）MPa.三、 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s大于6mm厚钢板的s. （ ）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s（t）时,即宣告该容器已经”失效”. （ ）3. 安全系数是一个不断

24、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. （ 四、 工程应用题1、 某球形内压薄壁容器,内径为Di=10m,厚度为Sn=22mm,若令焊接接头系数=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t=147MPa.（1）确定参数：Di =10m; Sn =22mm; =1.0; C=2mm; t =147MPa.Se = Sn -C=20mm. （2）最大工作压力：球形容器.2、 有一圆筒形乙烯罐,内径Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,计算压力为pc=

25、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。Di =1600mm; Sn =16mm; tw=-3.5; pc=2.5MPa.=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）16MnR： 常温下的许用应力 = 170 MPa设计温度下的许用应力 t = 170 MPa常温度下的屈服点 s = 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 PcPw 该贮罐强度不足3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5105,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0