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目 录 2

绪论 2

第一节化工设备的基本要求 2

一、安全与可行性方面的要求 2

二、技术经济指标 3

第二节化工设备用材料的性能 4

一、机械性能 4

二、耐蚀性能 4

三、物理性能 5

四、制造工艺性能 5

五、组织与成份 5

第三节化工容器常用钢材及焊接结构 6

一、碳钢 6

三、不锈耐酸钢 7

二、普通低合金钢 7

四、复合钢板 10

第一篇化工容器的力学基础 10

第一章 弹－塑性理论分析方法 10

第一节弹－性力学的内容和分析方法 10

1-1-1 弹性力学的内容 10

1-1-2 弹性力学中的几个基本概念 10

第二节弹性力学的平面问题 12

1-2-1 平面应力和平面应变 12

1-2-2 平面问题的基本方程 13

1-2-3 平面问题的边界条件 17

1-2-4 平面问题的解法 18

1-2-5 应力函数 20

第三节弹性力学平面问题的极坐标解答 23

1-3-1极坐标中的基本方程 23

1-3-2 平面轴对称问题 28

1-3-3 解法举例 30

第四节弹性力学空间轴对称问题 38

1-4-1空间轴对称问题的基本方程 38

1-4-2 用位移法解空间轴对称问题 41

1-4-3解法举例 41

1-4-4 温度应力问题 46

第五节塑性力学分析方法简述 52

1-5-1 简单应力状态下的弹塑性力学问题 52

1-5-2 复杂应力状态下的弹塑性力学问题 57

习题 67

主要参考资料 68

第二章圆板理论 69

第一节概述 69

2-2-1 圆板轴对称问题的基本方程 71

第二节圆板的轴对称问题 71

2-2-2 承受均布载荷的圆板 76

2-2-3 承受轴对称载荷的环板 81

习题 88

主要参考资料 88

第三章旋转薄壳理论 89

第一节几个基本概念 89

3-1-1 旋转薄壳的几何概念 89

3-1-2 基本假设 90

3-1-3 外力与内力 90

第二节旋转薄壳的无力矩理论 92

3-2-1 无力矩理论的基本方程 92

3-2-2 无力矩理论在几种常见壳体上的应用 96

3-2-3 无力矩理论的应用范围 105

第三节旋转薄壳的边缘问题 105

3-3-1 圆筒壳边缘弯曲的基本方程 106

3-3-2 一般旋转壳边缘弯曲的应力和变形表达式 113

3-3-3 边缘力和边缘弯矩的求解及边缘应力的计算 115

3-3-4 边缘应力的性质及在设计中的考虑 122

习题 123

主要参考资料 124

第二篇化工容器设计 126

第四章内压容器设计 126

第一节概述 126

4-1-1容器的分类 126

4-1-2 压力容器的材料和结构 127

4-1-3 内压容器的强度条件 130

第二节内压容器设计 136

4-2-1圆筒和球壳的设计公式 137

4-2-2封头的设计公式 141

4-2-3 几个设计参数的选用 150

4-2-4 容器结构设计注意事项 154

4-2-5容器的压力试验 157

第三节现代压力容器设计中的几个问题 161

4-3-1 压力容器的应力分类及限制 161

4-3-2 压力容器的低循环疲劳 165

4-3-3 压力容器的脆性断裂 171

4-3-4 压力容器的蠕变问题 181

习题 186

主要参考资料 186

第五章外压容器的稳定性及设计 187

第一节外压容器的失稳及其计算公式 187

5-1-1 外压容器的失稳 187

5-1-2 外压作用下薄壁圆筒体的理论计算公式 188

5-2-1 外压圆筒体的图解法 196

第二节外压容器的图解法 196

5-1-3 外压作用下球形薄壳的理论计算公式 196

5-2-2 外压球壳的图解法 202

第三节加强圈的设计 202

5-3-1 加强圈的结构 202

5-3-2加强圈的计算 203

第四节外压封头设计 207

5-4-1 凸形封头的计算 207

5-4-2 锥形封头及锥形简体的计算 207

例5-1 208

习题 212

主要参考资料 212

第六章化工容器零部件设计 213

第一节容器的密封 213

6-1-1 容器密封结构、分类及对密封结构的基本要求 213

6-1-2 密封原理和影响密封的因素 214

6-1-3 强制密封的设计 215

6-1-4 自紧密封概述 225

第二节法兰 232

6-2-1 法兰的类型 232

6-2-2 法兰标准 234

6-2-3 法兰设计 236

例6-1 251

第三节容器的开孔与补强 255

6-3-1 壳体上开孔接管附近的应力集中系数计算 256

6-3-2 开孔补强设计 259

例6-2 265

第四节容器支座 270

6-4-1 立式设备支座 270

6-4-2 卧式设备支座 271

6-4-3 球形容器支座 284

例6-3 285

习题 290

主要参考资料 290

第三篇 典型化工设备及防腐蚀 292

第七章塔设备的结构及强度计算 292

第一节概述 292

第二节板式塔结构 293

7-2-1 总体结构 293

7-2-2塔盘结构 293

7-2-3大型塔盘的支承 298

7-2-4 裙座及除沫器 299

7-2-5 技术要求 300

第三节填料塔结构 301

7-3 1 液体分布装置 302

7-3-2 液体的再分布装置 305

7-3-3支承结构 306

第四节塔的强度计算 307

7-4 1 塔的受载分析 307

7-4-2 筒体的强度计算及校核 321

7-4-3 裙座的强度计算及校核 323

例 7-1 328

习题 335

主要参考资料 336

第八章 管壳式换热器的结构与强度设计 337

第一节概述 337

8-1-1总体结构与壳程流路 337

8-1-2 系列型号 340

8-1-3 压力与致密性试验 341

8-1-4 换热器的振动 341

8-2-1 管板 342

第二节结构 342

8-2-2管束 348

8-2-3管箱 352

8-2-4壳程结构 354

第三节管板的计算方法 358

8-3-1一般介绍 358

8-3-2基本考虑 359

8-3-3强度分析的基本方程 360

8-3-4固定管板换热器管板的应力分析 365

8-3-5 浮头式换热器的管板计算 368

8-3-6 Ｕ型管式换热器的管板计算 371

第四节膨胀节 371

8-4-1温差力 373

8-4-2 流体压力引起的轴向力 374

8-4-3 设置膨胀节的条件 374

8-4-4 膨胀节的结构与基本参数 375

8-4-5 U型膨胀节的计算 376

例8-1 381

习题 385

主要参考资料 385

第九章反应釜的结构及强度设计 387

第一节概述 387

9-1-1 反应釜的总体结构 387

9-1-2反应釜结构设计及强度计算的依据与内容 387

第二节反应釜釜体的设计 388

9-2-1 釜体尺寸的决定 389

9-2-2传热方式及传热面计算 390

9-2-3工艺接管口 395

第三节搅拌与传动装置 397

9-3-1反应釜内液体的流动状态 397

9-3-2 搅拌器的类型及选用 397

9-3-3 反应釜内的附件 401

9-3-4 搅拌器功率的计算 403

9-3-5 搅拌器的强度计算 412

9-3-6 搅拌器的传动装置 415

第四节旋转轴的密封 420

9-4-1 填料箱密封 420

9-4-2 机械密封 424

习题 433

主要参考资料 433

第十章化工设备的腐蚀及防腐蚀 434

第一节金属的腐蚀 434

1 0-1-1 概述 434

1 0-1-2 化学腐蚀 436

1 0-1-3 电化学腐蚀 441

1 0-1-4 金属的钝化 448

1 0-1-5 影响金属腐蚀的因素 449

第二节耐腐蚀金属材料 453

1 0-2-1碳钢和铸铁 453

1 0-2-2 不锈钢 455

1 0-2-3 有色金属 459

第三节耐腐蚀非金属材料 462

10-3-1 非金属材料的特点及性质 462

1 0-3-2 无机非金属材料 463

1 0-3-3有机非金属材料 464

第四节化工设备的防腐蚀措施 466

1 0-4 1 耐腐蚀材料的选择 466

1 0-4-2 设备结构设计的考虑 467

1 0-4-3 保护层 468

1 0-4-4 电化学保护 469

思考题 470

主要参考资料 471

表1 几种常用金属的性能与参考价格 472

附录一材料的性能 472

表2 钢板机械性能值表 473

表3 螺栓高温机械性能值 475

表4 钢材弹性模量值 475

表5 钢材平均线膨胀系数值 475

表6 碳钢与铸铁的耐腐蚀性能 476

表7 1 8-8铬镍不锈钢耐腐蚀性能 477

表8 铝及铝合金的耐腐蚀性能 478

附录二钢材的许用应力 479

表1 钢板许用应力值 479

表2 锻件许用应力值 482

附录三外压图表 485

图1 外压圆筒和球壳壁厚计算图（1 6MnR钢） 485

图2 外压圆筒和球壳壁厚计算图（15MnVR钢） 486

图3 外压圆筒和球壳壁厚计算图（0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2Ti、0C r17Ni12Mo3Ti和Cr23Ni18钢） 487

表3 螺栓许用应力值 488

附录四单位换算表 488

表1 长度 488

表2 面积 488

表3 体积 488

表4 质量 488

表5 重量或力 488

表6 密度 488

表7 压力 489

表8能量，功，热 489

表9功率，传热速度 489

表1 0粘度 489

表1 1应力 490

表12断裂韧度 490