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化工设备机械基础*题

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化工设备机械*题及解答
一,填空题
(1) 衡量金属材料的强度指标是( ),( );衡量金 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 属材料的塑性指标是( );衡量金属材 料的耐腐蚀性能指标是( ),为了使设计的构件具有一定 料的耐腐蚀性能指标是( ),为了使设计的构件具有一定 的使用寿命,在设*孛娉叽缡北匦肟悸( ). 的使用寿命,在设*孛娉叽缡北匦肟悸( 答案: 答案:屈服极限或 σ S ;强度极限或 σ b ;延伸率或δ;断面收缩 强度极限或 率或Ψ;弹性模量或E ;腐蚀速率V ;腐蚀裕量 C2 (2)冷脆现象是指金属材料由常温下的( )材料,在深 冷脆现象是指金属材料由常温下的( 材料, 冷状态下变成( )材料的现象.答案: 塑性; 脆性 冷状态下变成( 材料的现象.答案: 塑性;
(3)金属材料具有( 金属材料具有(
),(
),(
),( )等
加工的可能性称为加工工艺性能. 加工的可能性称为加工工艺性能. 答案: 答案: 切削 ; 焊接; 铸造 ; 锻造 焊接; (4)弹簧,刀具等所用的金属材料主要是优质( )钢. 弹簧,刀具等所用的金属材料主要是优质( 答案: 答案: 高碳 (5)调质钢是指先进行( 调质钢是指先进行( 处理的钢.答案: 处理的钢.答案: )处理然后再进行高温( ) 处理然后再进行高温( 淬火; 淬火;回火 )应力,( 应力, )
(6)薄壁容器承受内压作用后,由于变形的不同产生的应 薄壁容器承受内压作用后, 力可分为三类,即( )应力,( 应力,( 力可分为三类, 应力.答案: 应力.答案: 薄膜应力;边缘应力;峰值应力
σ m σ θ p ρ2 + = ρ1 ρ 2 S
(7)回转壳体的轴对称问题是指壳体的( 回转壳体的轴对称问题是指壳体的( ,( )都是关于其回转轴对称的. 都是关于其回转轴对称的. 答案: 答案: 几何形状 ; 承受的载荷 ;约束条件 (8)薄膜应力理论的两个基本方程是( 薄膜应力理论的两个基本方程是( 其应用条件是壳体的( 其应用条件是壳体的( 和对称的. 和对称的.
pρ 答案: 答案: σ m = 2 2S
), (
)
),(
);
)及(
)必须是连续的
σ m σθ p ; ρ + ρ = S ;几何形状;承受的载荷 1 2
(9)计算压力是指相应的设计( 计算压力是指相应的设计( 小( )的压力. 答案: 的压力. 答案:
)下,用于确定元件最 温度; 温度; 壁厚
(10)按刚度条件设计不锈钢容器的最小壁厚不小于 10) mm. 答案: ( )mm. 答案: ≥3 mm 11)化工容器及设备制造完毕后,需做压力试验, (11)化工容器及设备制造完毕后,需做压力试验,目的 是为了检验其( ).对于碳纲 对于碳纲, 是为了检验其( )和( ).对于碳纲, 16MnR,15MnDR制容器做水压试验时 16MnR,15MnDR制容器做水压试验时,水温不低于 制容器做水压试验时, ( )℃ 答案: 宏观强度; 答案: 宏观强度; 致密性 ; 5 ℃ 12)在凸型封头,锥型封头,*板封头中受力最好, (12)在凸型封头,锥型封头,*板封头中受力最好,加工 最困难的是( 封头;受力最差, 最困难的是( )封头;受力最差,加工最易的是 封头.在高压容器中应用最广泛是( 封头. ( )封头.在高压容器中应用最广泛是( )封头. 答案: 半球形;*板; 答案: 半球形;*板;*板
(13)法兰联接结构设计的主要内容有( 13)法兰联接结构设计的主要内容有( 的选型,( 的设计,( ( )的选型,( )的设计,(
)的设计, 的设计, 的设计. )的设计.
答案: 法兰; 密封面形式; 垫片; 螺栓, 答案: 法兰; 密封面形式; 垫片; 螺栓,螺母 (14)开孔补强的方法有( )补强和( 14)开孔补强的方法有( 补强和( 补强, )补强,在容 器上开孔后,判断其是否需要补强的依据是: 器上开孔后,判断其是否需要补强的依据是:若( ) 则需要补强; 则不需要补强. 则需要补强;若( )则不需要补强. 答案: 答案: 局部 ; 整体 ; A > A1 + A2 + A3 ; A

A1 + A2 + A3
(15)在化工容器及设备上开圆形人孔时,人孔的最小直径 15)在化工容器及设备上开圆形人孔时, 不小于( mm; 不小于( )mm;开椭圆形人孔时其长轴不小于 mm;短轴不小于( mm. ( ) mm;短轴不小于( )mm. 答案: 400; 250或 答案: 400; 400 ; 250或380 ; 280
(16)边缘应力具有( 16)边缘应力具有(
),(
),(
)的特性. 的特性.
答案: 答案: 局部性 ; 自限性 ; 周期性 (17)内径为D i =1000,工作压力为 P w= 3.0Kgf/cm2 的容 17)内径为D =1000, 3.0Kgf/cm2 器,其DN( ),PN( ).答案: 1000 ; 6Kgf/cm2 DN( ),PN( ).答案 答案:
二,简答题
(1)化工容器及设备零,部件设计的机械要求有哪些? 化工容器及设备零,部件设计的机械要求有哪些? 答: ①具有一定的强度; ②具有足够的刚度; ③具有充分的 具有一定的强度; 具有足够的刚度; 稳定性; 稳定性; ④具有一定的耐久性; ⑤具有良好的密封性 具有一定的耐久性; (2)边缘应力和薄膜应力有何不同? 边缘应力和薄膜应力有何不同? 答: ①薄膜应力具有整体性,边缘应力具有局部性 薄膜应力具有整体性,
②薄膜应力无自限性,边缘应力具有自限性 薄膜应力无自限性, ③薄膜应力无周期性,边缘应力具有周期性 薄膜应力无周期性, (3)如何在内压薄壁容器及裙式支座上开椭圆孔? 如何在内压薄壁容器及裙式支座上开椭圆孔? 答:在内压薄壁容器上开椭圆孔时,由于危险截面是纵截 在内压薄壁容器上开椭圆孔时, 面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器 为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴与容器 的轴线垂直; 裙式支座上开椭圆孔时, 的轴线垂直;在裙式支座上开椭圆孔时,由于危险截面 是横截面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴 是横截面,为了减少其被削弱面积,应使椭圆孔的长轴 与容器的轴线*行. 与容器的轴线*行. (4)简述气压试验的操作过程. 简述气压试验的操作过程. 答: 试验时缓慢地将压力升至 p T 10%,且不超过0.05 10%,且不超过0.05 M Pa,保压5 min,对所有焊缝和连接部位进行出初次 Pa,保压5 min,
检查,合格后,将压力缓慢地升至p 50%,以后按p 检查,合格后,将压力缓慢地升至pT50%,以后按pT10% 的级差逐级升至p 保压30min,将压力降至p 87%, 的级差逐级升至p T,保压30min,将压力降至pT87%, 保持足够长时间,对所有焊缝和连接部位进行检查, 保持足够长时间,对所有焊缝和连接部位进行检查,如有 渗漏,修补后重新试验,直至合格为止. 渗漏,修补后重新试验,直至合格为止. 在设计碟形封头时,为防止封头受力太差, (5)在设计碟形封头时,为防止封头受力太差,作了哪些 规定? 规定? 答:在任何情况下球面的半径不大于与其连接筒体的内 过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于 且大于3 径,过渡圆弧的半径不小于连接筒体的内径10%且大于3 倍的封头壁厚 . 带折边锥形封头的直边作用是什么? (6)带折边锥形封头的直边作用是什么? 直边的作用是为了使焊缝避开边缘应力区. 答: 直边的作用是为了使焊缝避开边缘应力区. *板封头受力最差, (7)*板封头受力最差,为何在化工容器及设备中还广泛 应用? 应用?
答: *板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容 *板封头受力虽然最差,但加工最容易,因此在化工容 器及设备中广泛应用. 器及设备中广泛应用. 什么叫金属热处理?其目的是什么. (8)什么叫金属热处理?其目的是什么. 将金属材料或金属构件保持在固态范围内, 答:将金属材料或金属构件保持在固态范围内,加热到一定温 度以上,在该温度下保温一段时间, 度以上,在该温度下保温一段时间,然后再冷却下来的一 种工艺.改变组织结构,提高其机械,加工性能. 种工艺.改变组织结构,提高其机械,加工性能. 阐述悬挂式支座的设计步骤. (9)阐述悬挂式支座的设计步骤. 首先确定支座的类型, 答: ① 首先确定支座的类型, ② 根据设备的重量确定每个 支座承受的重量(总重量m/2), 支座承受的重量(总重量m/2), ③ 由每个支座承受的 重量,设备的DN 查对应支座的标准,确定支座的尺寸. 重量,设备的DN 查对应支座的标准,确定支座的尺寸.
(10)S型,F型鞍式支座为何要配对使用? 10) 型鞍式支座为何要配对使用? S型 答: S型,F型鞍式支座配对使用的目的是使容器随温度的变 能够自由变形以降低温差应力. 化, 能够自由变形以降低温差应力. 11) 10的螺纹孔的作用是什么 的螺纹孔的作用是什么? (11)补强圈上规格为M 10的螺纹孔的作用是什么? M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气, 的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气 答: M10的螺纹孔的作用是为了向补强圈结构内注压缩空气, 以检验焊缝的质量. 以检验焊缝的质量. 12) (12)说明下列金属材料牌号的意义 Q235-B , 15MnVR , 65 , 00Cr18Ni11Ti , KT 350-5 23515MnVR 00Cr18Ni11Ti 350235- 表示屈服极限为 MPa,质量等级为B 表示屈服极限为235 答: Q235-B表示屈服极限为235MPa,质量等级为B级 的甲类三号镇静钢. 的甲类三号镇静钢. 15MnVR表示含碳量为万分之十五, 15MnVR表示含碳量为万分之十五,含M n 量低于 表示含碳量为万分之十五
1.5% 1.5%,含V 量低于 1.5%的普通低合金容器钢. 1.5%的普通低合金容器钢. 65表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲. 65表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲. 表示含碳量为万分之六十五的优质高碳纲 00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰ 00Cr18Ni11Ti表示含碳量为0.3‰,含Cr 量为 18% , 表示含碳量为 18% Ni量为 11% Ti量低于 1.5%的不锈钢. 含Ni量为 11%,含Ti量低于 1.5%的不锈钢. KT 350-5表示抗弯强度为350MPa,延伸率为5 % 的 350- 表示抗弯强度为 MPa,延伸率为5 表示抗弯强度为350 可锻铸铁. 可锻铸铁. 13) (13)阐述容器法兰的设计步骤 由与法兰配套的筒体或封头的PN 确定法兰的 答: ①由与法兰配套的筒体或封头的PN,DN 确定法兰的 PN,DN; DN; 法兰的类型; 根据法兰的PN DN法兰的类型 ②根据法兰的PN,DN法兰的类型; ③由法兰的类型选择对应的法兰标准,根据法兰的 由法兰的类型选择对应的法兰标准, PN,DN由标准确定法兰的尺寸. PN,DN由标准确定法兰的尺寸 由标准确定法兰的尺寸.
(14)提高和改善碳钢的机械性能和加工性能的方法和途径 14) 有哪些? 有哪些? 答: ①调正和控制碳钢的化学成份 ;
上封头 搅拌装置
②改变碳钢的组织结构
L
(如热处理和化学处理); 如热处理和化学处理); ③对碳钢进行热加工和冷加工. 对碳钢进行热加工和冷加工.
筒 体
Di
三,计算题
下封头
(1)有一带搅拌装置的反应器如图所示. (1)有一带搅拌装置的反应器如图所示.通过工艺计算知 有一带搅拌装置的反应器如图所示 其操作容积为 Vo = 1.5m3 ,若装料系数为η = 0.6 ,反应器
Di ≈
3
4V L π Di
的长径比L / Di = 1.0,液体介质的操作压力p W =0. 52MPa, 液体介质的操作压力p 52MPa, 试确定: 反应器的DN PN. 若采用标准碟形封头, 试确定:①反应器的DN,PN.②若采用标准碟形封头,设 计筒体的长度. 计筒体的长度. 反应器DN的确定 解:(1)反应器DN的确定 3 由 V = Vo / η得: 反应器的容积为 V = Vo / η = 1.5 / 0.6 = 2.5m 将反应器视为圆筒, 将反应器视为圆筒,则: V = π Di 2 L = π Di 3 L
4 4 Di
Di ≈ 3 4V /(π L ) = 3 10 /(π ×1.0) = 1.471(m) = 1471mm Di
圆整 Di = 1400mm , 反应器DN=1400mm 反应器DN=1400mm (2)反应器PN的确定 反应器PN的确定 根据p 52MPa由公称压力标准可知 反应器的PN为 由公称压力标准可知: 根据p W =0. 52MPa由公称压力标准可知:反应器的PN为 0. 6MPa. 6MPa.
(3) 筒体长度的设计 π Di 3 π × 1.43 标准碟形封头的容积为 V 容积为: 标准碟形封头的容积为:F = 26 = 26 筒体的高度 H 可由下式确定 π 2
V = VT + VF , VT = 4 Di H = V VF
4(V VF ) H= = 2 π Di 4(2.5
A
p D
B S
π ×1.4
26
2
3
)
r
α C
π 1.4
= 1.409(m), H = 1410mm
(2)有一内压薄壁容器由圆筒,半球 有一内压薄壁容器由圆筒, 形封头,无折边锥形封头组成, 形封头,无折边锥形封头组成,容器 的壁厚为S 中间面直径为D 的壁厚为S ,中间面直径为D,介质的 三点的薄膜应力. 压力为p 如图所示.试求A 压力为p,如图所示.试求A,B,C三点的薄膜应力.
解: A,B,C三点的 ρ1,ρ 2 分别为 A点: ρ1 = D / 2,ρ 2 = D / 2 ; B点: ρ1 = ∞,ρ 2 = D / 2 ; C点: ρ1 = ∞ , ρ 2 = r / con
α
2
A,B,C三点的薄膜应力为: 三点的薄膜应力为: A点: σ m = pD ,σ θ = pD
4S 4S
B点: σ m = C点: σ m =
pD pD ,σ θ = 4S 2S
pr pr ,σθ = 2 Sconα / 2 Sconα / 2
(3)中间面直径为D,壁厚为S 的敞 中间面直径为D 壁厚为S 口薄壁圆筒, 口薄壁圆筒,承受沿高度方向呈线性 分布的压力作用,最大压力为P 分布的压力作用,最大压力为Po,试 求距离上端为y 求距离上端为y处A点的薄膜应力及最 大薄膜应力. 大薄膜应力. 解: A点的 ρ1,ρ 2 分别为
ρ1 = ∞ , ρ 2 = D / 2
PO y A H
A点压力P x 的计算 点压力P 由于压力沿圆筒高度方向呈线性 分布, 点的压力P 可由相似比进行确定, 分布,故A点的压力P x 可由相似比进行确定,即:
PO Px H y = , Px = PO H H y H
A点的薄膜应力为:σ m 点的薄膜应力为:
PO D H y = 0, σ θ = × 2S H
最大薄膜应力为: σ m ax = σ θ 最大薄膜应力为:
PO D = 2S
(4)中间面直径为D,壁厚为S的内压薄壁圆筒.圆筒上部 中间面直径为D 壁厚为S的内压薄壁圆筒. 气体介质的压力为p 气体介质的压力为p,下部液体的密度为 γ ,液体的高度为 H,试求A点和距离自由液面为y处B点的 试求A点和距离自由液面为y p A 薄膜应力及最大薄膜应力. 薄膜应力及最大薄膜应力. 解: (1)A点薄膜应力的计算 (1)A点薄膜应力的计算 A点 ρ1,ρ 2 的分别为: 的分别为: B
ρ1 =∞,ρ 2 = D / 2 由 σ m = p ρ 2 / 2S,σ m / ρ1 + σ θ / ρ 2 = p / S 得:
σ m = pD / 4S,σ θ = pD / 2S
H y
(2)B点薄膜应力的计算 (2)B点薄膜应力的计算 B点的压力为: pB = p + yγ g 的压力为: 由 σ m = p ρ 2 / 2S,σ m / ρ1 + σ θ / ρ 2 = p / S 得:
σ m = pD / 4 S, σ θ = ( p + yγ g ) D / 2 S
(3)最大薄膜应力的计算 (3)最大薄膜应力的计算 最大薄膜应力 薄膜应力最大 其大小为: 最大, 当 y=H 时,薄膜应力最大,其大小为:
σ max
( p + H γ g ) D pD H γ gD = σθ = = + 2S 2S 2S
四,综合题
(1)某化工厂需要设计一台液氨贮罐,厂方提供的设备设 某化工厂需要设计一台液氨贮罐, 计条件单如下: 计条件单如下:
设备名称25 设备名称25m3 液氨贮罐
根据上述设计要求单中的技术特性指标,解决下列 根据上述设计要求单中的技术特性指标, 有关问题. 有关问题. 解释罐体材料16MnR牌号和支座材料 235牌号和支座材料Q (1)解释罐体材料16MnR牌号和支座材料Q235-AF牌号 的意义. 的意义. 16MnR——含碳量为 含碳量为0.16%,含锰量低于1.5% %,含锰量低于 解: 16MnR——含碳量为0.16%,含锰量低于1.5%普通低 合金容器钢. 合金容器钢. Q235-AF——屈服极限为235MPa,质量等级为A级的 235——屈服极限为 MPa,质量等级为A 屈服极限为235 甲类三号沸腾钢. 甲类三号沸腾钢. 若罐体的长径比为L/D 3.2,试确定罐体的DN (2)若罐体的长径比为L/D i = 3.2,试确定罐体的DN, PN [1]罐体 罐体DN 解: [1]罐体DN 的确定 4V 4 × 25 3 π 2 = 由V = D i L , L / D i = 3 .2 得: Di = 3.5π 3.2π 4
D i = 2.150( m )
圆整 Di = 2000 mm
pc = p = 1.1× 1.6( MPa )
罐体 DN = 2000mm [2] 罐体PN 的确定 罐体PN PN 可知: 因操作压力 pW = 1.6MPa ,由文献 可知: = 1.6MPa 设计罐体的圆筒壁厚, (3)设计罐体的圆筒壁厚,圆筒 冷卷时的最小投料壁厚 是多少. 是多少. 解: [1]设计参数的确定 [1]设计参数的确定 p = 1.1 pW = 1.1×1.6( MPa ) ∵ pL ≈2000/10000=0.02<5% p 2000/10000=0.02< , ∴可以忽略 pL, pc = p + pL , pc = p = 1.1 × 1.6( MPa ) t =40℃ ,φ =1.0(100%无损探伤),C1=0.25mm,C2= 40℃ 1.0(100%无损探伤),C 0.25mm, 无损探伤), 1mm [2]筒体壁厚的设计 [2]筒体壁厚的设计 [ t S n = 12mm , σ ] = 170 M Pa 设筒体的壁厚 p c Di 由公式 S n = + C 得: t
2[σ ] Φ p c
Sn =
1.1× 1.6 × 2000 + 1 + 0.25 = 11.7(mm) 2 × 170 × 1.0 1.1× 1.6
圆整 S ′ = 12 mm n 合理, ∵ S n′ = S n = 12mm, ∴ 假设 S n = 1 2 m m合理,故筒体壁厚为 12mm 12mm [3]最小投料壁厚 [3]最小投料壁厚 加工筒体的最小投料壁厚为: n C1 = 12 0.25 = 11.75( mm ) 加工筒体的最小投料壁厚为: S 若采用标准椭球形封头, (4)若采用标准椭球形封头,设计封头的壁厚并确定直 边的高度.标准椭圆形封头热冲压成型后, 边的高度.标准椭圆形封头热冲压成型后,封头的壁厚不 低于多少为合格. 低于多少为合格. [1]设计参数的确定 解: [1]设计参数的确定
p = 1.1 pW = 1.1 × 1.6( MPa)
p C = p + p L = p = 1.1 pW = 1.1 × 1.6( MPa)
t =100℃ , φ = 1.0(双面对接焊, 100%无损探伤),C1= 100℃ 双面对接焊, 100%无损探伤),C 无损探伤),
0.25mm, 0.25mm,C2=1mm [2]封头壁厚的设计 [2]封头壁厚的设计 设封头的壁厚 Sn = 12mm , [σ ] t = 170 MPa pC Di 由公式 S n = + C 得: t
2[σ ] φ 0.5 pC
1.1× 1.6 × 2000 Sn = + 0.25 + 1 = 11.63(mm) 2 ×170 × 1.0 0.5 × 1.1× 1.6
圆整 S n ′ = 12 mm ∵ S n = Sn′ = 12mm , ∴ 假设 Sn = 12mm 合理,故封头壁 合理, 厚为12 厚为12 mm [3]直边的高度及最小壁厚 [3]直边的高度及最小壁厚
直边的高度h 25mm 直边的高度ho=25mm 热冲压成型后, 热冲压成型后,封头的壁厚不低于Sn C1 = 12 0.25 = 11.75(mm) 为合格. 为合格. (5)设计筒体的长度 H. 解:根据EHA型封头的标准,由 Di = 2000mm 查表可得: 根据EHA型封头的标准 型封头的标准, 查表可得: VF = 1.18m3 π 由 V = VT + 2VF 得: VT = Di2 H = V 2VF
4
H=
V 2VF
π
4
Di2
4 × (25 2 ×1.18) = = 7.210(m) 2 2.0 π
圆整后得圆筒长度 H = 7210mm
(6)若按刚度条件设计圆筒壁厚,其最小壁厚为多少. 若按刚度条件设计圆筒壁厚,其最小壁厚为多少. 2000mm<3800mm 解: ∵ D i =2000mm<3800mm , ∴ S min ≥ 2 Di + C 2
S min = 2 × 2000 + 1 = 5 ( mm ) 1000
1000
(7)罐体做水压试验时,试确定水的温度及压力表的量 罐体做水压试验时, 程. 罐体做水压试验时,水的温度≥ 解:罐体做水压试验时,水的温度≥5℃ 试验压力 p = 1.25 p [σ ] = 1.25 × 1.1 × 1.6 × 1.0 = 2.2( MPa) T [σ ]t 压力表的量程 p表 = 2 pT = 4.4( MPa ) 或 1 .5 p T ≤ p 表 ≤ 4 p T , 即 :
3.3MPa ≤ p 表 ≤ 8.8MPa
(8)对罐体进行液压试验强度校核. 对罐体进行液压试验强度校核. p (D + S C ) 解:由 σ T max = T i n 得:
2( S n C )
σ max =
2 .2 × ( 2000 + 12 1 .25 ) = 205 .76 ( MPa ) 2 × (12 1 .25 )
∵σ max =205.8 MPa <0.9 σ sφ =0.9×345×1=310.5(MPa ) =0.9×345×1=310.5( ∴ 液压强度足够 (9)确定液氨排液口管法兰的DN,PN;选择管法兰密 确定液氨排液口管法兰的DN PN; 封面的形式及垫片的材质. 封面的形式及垫片的材质. 解:由设备设计要求单可知:液氨排液口管法兰的DN=32 由设备设计要求单可知:液氨排液口管法兰的DN=32 管法兰的PN=1.6MPa. ,管法兰的PN=1.6MPa.
管法兰密封面的形式为:凹凸型(或突面) 管法兰密封面的形式为:凹凸型(或突面) 垫片的材质为: 垫片的材质为:中压石棉橡胶板 10)提高和改善Q235(10)提高和改善Q235-AF机械性能和加工性能的方法有 哪些. 哪些. 调正和控制Q235的化学成分; 解:①调正和控制Q235-AF的化学成分;②改善其组织结 构(如热处理,化学热处理);③冷加工和热加工. 如热处理,化学热处理);③冷加工和热加工. ); 11)在筒体上开人孔时,确定人孔的DN; (11)在筒体上开人孔时,确定人孔的DN;若在人孔处 采用补强圈补强,试确定补强圈的外径. 采用补强圈补强,试确定补强圈的外径. 容器直径D =2000mm 选用DN=500mm 解:容器直径D i =2000mm 时,选用DN=500mm 采用补强圈补强,补强圈的外径Do 840mm 若采用补强圈补强,补强圈的外径Do = 840mm 12)若贮罐和液氨的总质量为30吨 (12)若贮罐和液氨的总质量为30吨,试初步设计鞍式支 座的尺寸. 座的尺寸.
解:选取两个鞍式支座,分别为F型和S型,每个支座承 每个支座承 选取两个鞍式支座,分别为F型和S 受的载荷为Q=300/2=150KN. i=2000mm, =150KN 受的载荷为Q=300/2=150KN.由D i=2000mm,Q=150KN 查表可知应选A 鞍式支座,其尺寸如下表: 查表可知应选A型鞍式支座,其尺寸如下表:
(13)确定进液口接管的伸出长度. 13)确定进液口接管的伸出长度. 液氨贮罐外无保温层, mm查表可知 查表可知: 解:液氨贮罐外无保温层,由DN = 40 mm查表可知: 接管的伸出长度l 接管的伸出长度l =150 mm (2)某化工厂需要设计一台气 (2)某化工厂需要设计一台气——固两相流化床反应器, 某化工厂需要设计一台气——固两相流化床反应器 固两相流化床反应器, 厂方提供的设备设计条件单如下: 厂方提供的设备设计条件单如下: 设备名称:体积为2.5m 的气——固流化床反应器 设备名称:体积为2.5m3的气——固流化床反应器
根据上述设计条件单,按下列程序对反应器的有关内 根据上述设计条件单, 容进行设计和计算 : 解释壳体材料0 18N 11T 支座材料20R (1)解释壳体材料0Cr18Ni11Ti 支座材料20R 牌号的意义 0Cr18Ni11Ti表示 含碳量为0.5 表示: 含铬量为18% 解: 0Cr18Ni11Ti表示:含碳量为0.5 ‰,含铬量为18% , 含镍量为11% 含钛量低于1.5 含镍量为11% ,含钛量低于1.5 %的不锈钢 20R表示:含碳量为0.2 的优质低碳容器钢. 20R表示:含碳量为0.2 % 的优质低碳容器钢. 试确定反应器筒体和封头的DN PN.( .(忽略筛板 (2)试确定反应器筒体和封头的DN,PN.(忽略筛板 的体积) 的体积) 公称直径DN 解:[1] 公称直径DN 的确定 由V=
π
4 Di 2 L =
π
4
Di 3
L 得: Di
3
Di =
3
4V = L π Di
4 × 2.5 = 0.683( m ) π × 10
因为筒体的内径已系列化,由标准可知: 700mm 因为筒体的内径已系列化,由标准可知:Di 取700mm 反应器筒体DN=700mm, 反应器筒体DN=700mm, 与之配套的封头DN=700mm. 与之配套的封头DN=700mm. [2] 公称压力PN的确定 公称压力PN的确定 由工作压力0.55MPa,操作温度150℃ 由工作压力0.55MPa,操作温度150℃.根据压力容 器 法兰规定,筒体公称压力等级取PN=1.0MPa. 法兰规定,筒体公称压力等级取PN=1.0MPa.封头与之一 PN=1.0MPa. 致,亦PN=1.0MPa. 按强度条件设计筒体的壁厚, (3)按强度条件设计筒体的壁厚,筒体冷卷时的最小投 料厚度不小于多少. 料厚度不小于多少. 解p =[1] pW = 1.1× 0.85(MPa) pC = p + pl pl = 0 : 1.1 设计参数的确定 , 无液柱静压) pC = p = 1.1 × 0.85( MPa, [σ ]t = 137 M Pa (无液柱静压) ), ,
φ = 1.0 (单面全焊透,100%无损探伤), 无损探伤), 单面全焊透,100%无损探伤
C1= 0.25mm ,C2= 0 mm 0.25mm [2] 筒体壁厚的设计
pc Di 由 S n = 2[σ ]t Φ p + C 得: c
1.1× 0.85 × 700 Sn = + 0.25 + 0 = 2.65( mm) 2 × 137 × 1.0 1.1× 0.85
圆整 Sn = 3mm ,考虑筒体的加工壁厚不小于5mm , 考虑筒体的加工壁厚不小于5 故取 Sn = 5mm [3] 最小投料厚度 筒体冷卷的最小投料厚度:Sn C1 = 5 0.25 = 4.75(mm) 筒体冷卷的最小投料厚度:
(4)设计上,下标准椭球形封头的壁厚和封头的体积, 设计上,下标准椭球形封头的壁厚和封头的体积, 封头热冲压成型后的最小厚度不小于多少为合格. 封头热冲压成型后的最小厚度不小于多少为合格. 解:[1] 设计参数的确定 p p = 1.1 pW = 1.1× 0.85(MPa),p C = p + p l , l = 0 pC = p = 1.1× 0.85( MPa) , σ ]t = 137 MPa [ φ = 1.0(整板冲压成型), C1= 0.25mm 整板冲压成型), 0.25mm C2= 0 mm [2] 封头壁厚的设计 由 Sn =
pc Di +C t 2[σ ] Φ 0.5 pc
得:
1.1× 0.85 × 700 Sn = + 0.25 + 0 = 2.65(mm) 2 × 137 × 1.0 0.5 × 1.1× 0.85
圆整 S n = 3mm 取封头的壁厚与筒体的壁厚一致 S n = 5 mm [3] 封头的体积 由DN=700 mm 查表可知:VF =0.0545m3 DN=700 查表可知: =0.0545m [4]热冲压成型后的最小厚度 [4]热冲压成型后的最小厚度
Sn C1 = 5 0.25 = 4.75(mm)
(5)设计反应器筒体的长度 H 解: 由 V = VT + 2VF 得:
4 V 2VF 2.5 2 × 0.0545 H= = π 2 π Di × 0.7 2 4 4
VT =
π
Di2 H = V 2VF
H = 6.213m
H = 6210mm
圆整后得圆筒长度 H = 6210mm 反应器做空压试验时,进行气压试验强度校核. (6)反应器做空压试验时,进行气压试验强度校核. [1]试验压力的确定 解:[1]试验压力的确定 [σ ] pT = 1.15 p = 1.15 ×1.1× 0.85 = 1.07( MPa ) t [σ ] 取 pT = 1.07( MPa ) [2] 气压试验强度校核 由σ T max =
σ T max =
pT ( Di + S n C ) 得: 2( S n C )
1.07 × (700 + 5 0.25) = 79.4( MPa ) 2(5 0.25)
0.8σ =0.8×203×1=162.4MPa 0.8σsΦ =0.8×203×1=162.4MPa σ T max = 79.4MPa < 0.8σsΦ = 162.4 M Pa 79.4MPa 0.8σ 筒体的强度满足气压试验强度要求 (7)反应器的筒体和封头之间采用法兰联接结构,确定 反应器的筒体和封头之间采用法兰联接结构, 法兰的型式,密封面的型式及使用的垫片名称. 法兰的型式,密封面的型式及使用的垫片名称. 根据DN=700mm,PN=1.0MPa, 解:根据DN=700mm,PN=1.0MPa,由压力容器法兰分 类及参数表可知,法兰的型式为甲型*焊法兰. 类及参数表可知,法兰的型式为甲型*焊法兰. 密封面的型式:*面型或凹凸型; 密封面的型式:*面型或凹凸型; 垫片名称: 垫片名称:耐油垫片或四氟垫片 若反应器的总重量为4.0吨 (8)若反应器的总重量为4.0吨,壳体上对称布置四个耳 式支座,试确定支座的类型及有关尺寸. 式支座,试确定支座的类型及有关尺寸. 支座的类型: 支座的类型:
解:支座的类型:B型耳式支座 支座的类型: 每个支座承受的载荷为Q mg/2= 每个支座承受的载荷为Q=mg/2= 40/2=20(KN ) 根据Q 700mm 根据Q= 20(KN ),D i = 700mm ,由B型耳式支座的标 准确定支座的尺寸如下表. 准确定支座的尺寸如下表.
(9)设计固体物料进口管法兰(*焊法兰)的尺寸及接管的伸 (9)设计固体物料进口管法兰 *焊法兰) 设计固体物料进口管法兰( 出长度. 出长度. 由管法兰的DN=40,PN=1.0MPa查 解:由管法兰的DN=40,PN=1.0MPa查管法兰选用表 知,管法兰的类型为:板式*焊法兰.法兰的尺寸如下 管法兰的类型为:板式*焊法兰. 表. 连接尺寸 DN 40
A
D K d L 18 n 4 Th
M16
C 18
f
B 46
45 150 110
接管的伸出长度:L=150mm 接管的伸出长度: =150mm



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