化工设备设计基础.pdf

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书籍描述

内容简介
本书主要阐述工程力学基础、薄壁容器应力分析以及典型化工设备设计的机械基础知识。第1篇工程力学基础,主要讨论构件的受力分析、变形与破坏的规律,构件的强度、刚度和稳定性计算;第2篇薄壁容器设计,主要介绍化工设备常用材料,压力容器筒体与封头的类型、特点、设计计算方法及常用零部件;第3篇典型化工设备,主要介绍过程生产中三种常用设备——换热设备、塔设备、搅拌反应设备的结构特点、选型和机械设计方法;附录列出了热轧型钢规格表和压力容器材料许用应力表。 本书可作为高等院校化工类、轻工类等相关专业少学时(48~64学时)本科专业教材、函授或自学教材,也可供相关工程技术人员学习和参考。

编辑推荐
本书可作为高等院校化工类、轻工类等相关专业少学时(48~64学时)本科专业教材、函授或自学教材。

目录
第1篇工程力学基础
第1章构件的受力分析
1.1力的概念及性质3
1.1.1力的概念3
1.1.2力的基本性质4
1.2约束与约束反力6
1.2.1柔软体约束6
1.2.2光滑面约束6
1.2.3光滑铰链约束7
1.2.4固定端约束8
1.3受力图8
1.4平面汇交力系的合成与平衡条件9
1.4.1平面汇交力系的几何法与平衡条件10
1.4.2平面汇交力系合成的解析法与平衡条件10
1.5平面力偶系的合成与平衡条件12
1.5.1力矩12
1.5.2力偶与力偶矩13
1.5.3平面力偶系的合成与平衡条件14
1.6平面一般力系的合成与平衡条件15
1.6.1力的平移定理15
1.6.2平面一般力系的简化15
1.6.3平面一般力系的平衡条件17
1.7空间力系18
1.7.1力在直角坐标轴上的投影18
1.7.2力对轴的矩19
1.7.3空间力系的平衡方程19
习题20
第2章直杆的拉伸和压缩
2.1杆件变形的基本形式22
2.2轴向拉伸或轴向压缩时的内力23
2.2.1内力的概念23
2.2.2内力求解方法24
2.3轴向拉伸或压缩时的应力24
2.3.1应力的概念24
2.3.2轴向拉伸或轴向压缩时横截面上的应力25
2.3.3轴向拉伸或轴向压缩时斜截面上的应力25
2.4轴向拉伸或轴向压缩时的变形及虎克定律26
2.4.1纵向变形26
2.4.2横向变形27
2.4.3虎克定律27
2.5轴向拉伸或压缩时材料的力学性能29
2.5.1低碳钢拉伸时的力学性能29
2.5.2其他材料拉伸时的力学性能31
2.5.3材料在压缩时的力学性能32
2.5.4材料的许用应力32
2.6轴向拉伸或轴向压缩时的强度计算33
习题34
第3章直梁的弯曲
3.1平面弯曲的概念及梁的分类36
3.1.1平面弯曲的概念37
3.1.2梁的分类37
3.2直梁弯曲时的内力分析37
3.2.1剪力和弯矩37
3.2.2剪力图和弯矩图39
3.3纯弯曲时梁横截面上的正应力和弯曲强度计算41
3.3.1纯弯曲时梁横截面上的正应力41
3.3.2梁的弯曲强度计算45
3.3.3提高梁弯曲强度的主要途径47
3.4梁的弯曲变形与刚度校核49
3.4.1挠度和转角49
3.4.2梁的挠曲线近似方程50
3.4.3用叠加法求梁的变形51
3.4.4梁弯曲时的刚度校核52
习题52
第4章剪切与圆轴的扭转
4.1剪切与挤压54
4.1.1切应力及强度条件54
4.1.2挤压应力及强度条件55
4.1.3纯剪切与切应力互等定理57
4.1.4切应变与剪切虎克定律57
4.2圆轴扭转时的外力和内力58
4.2.1扭转变形的概念58
4.2.2外力偶矩的计算58
4.2.3扭转时横截面上的内力59
4.3圆轴扭转时横截面上的应力59
4.3.1轴的扭转变形实验及假设59
4.3.2圆轴扭转时横截面上的应力计算60
4.4圆轴扭转时的强度和刚度条件62
4.4.1圆轴扭转时的强度条件62
4.4.2圆轴扭转时的刚度条件63
习题64
第5章复杂应力状态下的强度计算
5.1应力状态的概念66
5.2广义的虎克定律68
5.3强度理论69
5.3.1材料破坏的主要形式69
5.3.2四种常用的强度理论69
5.4组合变形时杆件的强度计算70
5.4.1弯曲与拉伸或压缩组合变形的强度计算70
5.4.2弯曲与扭转组合变形的强度计算71
习题74
第6章压杆的稳定性
6.1压杆稳定性的概念76
6.2压杆的临界力及临界应力77
6.2.1压杆的临界力77
6.2.2压杆的临界应力78
6.3压杆的稳定性计算80
习题82
第2篇薄壁容器设计
第7章概述
7.1压力容器的结构和特点86
7.2压力容器的分类87
7.3容器机械设计的基本要求89
7.4容器的零部件标准化90
习题91
第8章化工设备常用材料
8.1金属材料的基本性能92
8.1.1化学成分92
8.1.2金属材料的基本性能93
8.2碳素钢95
8.2.1碳素钢的分类96
8.2.2碳素钢的性能和使用97
8.3合金钢97
8.3.1合金钢的分类97
8.3.2低合金钢98
8.3.3不锈钢和耐热钢98
8.4压力容器用钢99
8.4.1钢板100
8.4.2钢管100
8.4.3锻件100
8.5铸铁101
8.5.1铸铁分类101
8.5.2压力容器用铸铁102
8.6有色金属102
8.6.1铝及铝合金102
8.6.2铜及铜合金102
8.6.3钛及钛合金103
8.6.4镍及镍合金104
8.6.5铅及铅合金104
8.7非金属材料105
8.7.1有机非金属材料105
8.7.2无机非金属材料106
8.7.3复合材料106
习题107
第9章内压薄壁容器的应力分析
9.1回转薄壳的薄膜应力分析108
9.1.1回转壳体的几何特性108
9.1.2回转薄壳的无力矩与有力矩概念109
9.1.3回转薄壳的薄膜应力分析110
9.2回转薄壳的薄膜应力计算111
9.2.1承受气体压力的壳体111
9.2.2承受液体静压力的壳体114
9.3边缘应力及其特点114
9.3.1边缘应力的产生114
9.3.2边缘应力的特性115
9.3.3设计中对边缘应力的处理116
9.4压力容器应力分类及分析设计简介116
9.4.1压力容器的应力分类117
9.4.2应力强度及其基本许用应力118
9.4.3分析设计法对各类应力强度的限制118
习题118
第10章内压容器设计
10.1内压圆筒的强度计算120
10.2内压球壳的强度计算121
10.3设计参数的确定122
10.3.1设计压力和计算压力122
10.3.2设计温度122
10.3.3焊接接头系数122
10.3.4厚度附加量123
10.3.5许用应力和安全系数123
10.3.6最小厚度123
10.4压力试验124
10.5凸形封头的强度计算125
10.5.1半球形封头125
10.5.2椭圆形封头126
10.5.3碟形封头126
10.5.4球冠形封头127
10.6锥形封头的强度计算128
10.6.1锥壳厚度128
10.6.2受内压无折边锥壳129
10.6.3受内压折边锥壳131
10.7平板封头的强度计算132
习题134
第11章外压容器设计
11.1外压容器的稳定性136
11.1.1外压圆筒的失稳136
11.1.2临界压力137
11.1.3外压圆筒设计准则138
11.2外压圆筒的公式设计法138
11.2.1临界压力138
11.2.2临界长度139
11.2.3外压圆筒的公式设计法140
11.3外压圆筒和球壳的图算设计法140
11.3.1算图的绘制原理140
11.3.2外压圆筒设计141
11.3.3外压容器设计参数的确定145
11.3.4压力试验145
11.3.5外压球壳设计146
11.4外压圆筒加强圈的设计146
11.4.1加强圈的作用与结构146
11.4.2加强圈的计算146
11.5外压封头设计149
11.5.1凸形封头149
11.5.2锥形封头150
习题151
第12章压力容器零部件
12.1法兰153
12.1.1密封原理和影响密封的因素153
12.1.2法兰类型155
12.1.3法兰密封面156
12.1.4法兰垫片156
12.1.5法兰标准157
12.1.6法兰连接的设计步骤161
12.2支座162
12.2.1卧式容器支座162
12.2.2立式容器支座165
12.3开孔与接管168
12.3.1开孔与开孔补强设计168
12.3.2接管与凸缘172
12.3.3人孔和手孔174
12.3.4视镜176
12.4超压泄放装置176
12.4.1安全阀177
12.4.2爆破片177
12.4.3安全阀和爆破片装置的适用条件178
习题178
第3篇典型化工设备
第13章管壳式换热设备
13.1概述182
13.2固定管板式换热器的结构设计185
13.2.1换热管与管板的连接185
13.2.2管板的结构186
13.2.3其他零部件的结构189
13.3管壳式换热器的强度计算194
13.3.1筒体和管箱壁厚计算194
13.3.2管板受力及其设计方法简介194
13.3.3温差应力及其补偿196
13.4管壳式换热器设计内容与选型197
13.4.1管壳式换热器设计内容与选型步骤197
13.4.2热交换器标准198
习题202
第14章塔设备
14.1概述203
14.1.1塔设备的分类及基本结构203
14.1.2化工生产对塔设备的基本要求204
14.1.3塔设备的选型205
14.2填料塔206
14.2.1液体分布器206
14.2.2填料208
14.2.3填料支承209
14.2.4液体再分布器210
14.2.5填料的压紧和限位装置211
14.3板式塔212
14.3.1常用板式塔的类型212
14.3.2塔盘的结构212
14.4塔设备其他零部件219
14.4.1裙座219
14.4.2除沫器219
14.4.3塔底液体出料管220
14.4.4检查孔221
14.4.5塔顶吊柱221
14.5塔设备的强度和稳定性计算222
14.5.1塔设备承受的载荷分类和计算222
14.5.2塔体壁厚计算229
14.5.3裙座设计计算230
14.5.4裙座与塔体的连接焊缝强度计算233
习题233
第15章机械搅拌反应设备
15.1概述235
15.2罐体设计236
15.2.1罐体内筒设计236
15.2.2传热元件设计237
15.2.3工艺接管240
15.3搅拌器及附件241
15.3.1流型241
15.3.2搅拌器型式242
15.3.3搅拌附件244
15.3.4搅拌器选型244
15.3.5搅拌功率计算245
15.4搅拌轴的支承及设计246
15.4.1搅拌轴支承246
15.4.2搅拌轴设计247
15.5搅拌轴的轴封249
15.5.1填料密封249
15.5.2机械密封250
15.6传动装置252
15.6.1机械传动的基本参数和分类252
15.6.2减速器253
15.6.3联轴器253
15.6.4机架与底座254
习题255

附录
附录A热轧型钢规格表256
附录B压力容器材料许用应力表263
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