第一章化工设备机械基础.

概述刘丰化工设备机械基础课程概况总学时：36教材：刁玉玮，王立业编著，化工设备机械基础（第六版），大连理工大学出版社参考书籍《工程材料》闫康平化学工业出版社2001《压力容器材料实用手册》潘家祯化学工业出版社2000《化工容器及设备》卓震中国石化出版社1998《化工设备设计》聂清德化学工业出版社1991《钢制压力容器》GB150-1998《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局《化工设备机械设计基础》潘永亮科学出版社《化工安全工程》蔡凤英科学出版社课程的目的按照化学工程与工艺专业的要求，提高化工设备的选择、计算与设计能力熟悉化学工程与工艺专业基本的零部件熟悉化工设备材料选择的原则了解常用化工设备的基本构造提高绘制化工工艺流程图、设备流程图、设备装配图与车间布置图的能力，为今后课程设计与毕业设计打下一定的基础课程的地位与作用化工与化学的差别主要在于：前者偏重于理论，后者在意加强工程意识作为化学工程与工艺的学生，认真学习化工设备机械基础课程对于培养工程意识有着重要的实践意义。对于“五一”以后的课程设计，毕业设计以及今后的工作有着直接的指导意义机械设计的主要内容化工设备机械设计：材料、强度、刚度外形设计：结构、连接、进料、出料标准件：零部件、轴承、螺杆、螺帽非标件化工设备的选择本课程主要内容化工设备材料及其选择容器设计的基本知识内压薄壁容器的应力分析内压薄壁贺筒与封头的强度设计外压圆筒与封头的设计容器零部件典型化工设备的机械设计考核方式平时成绩（30%）（课堂考勤+课堂提问）期末成绩（70%）第一章化工设备材料及其选择化工设备概述材料的机械性能材料的物理化学性能金属材料的分类与牌号碳钢与铸铁特种钢、有色金属与非金属化工设备防腐及防腐措施化工设备选材的原则化工设备概述设备材料选择的重要性与复杂性化工生产自身的特点：1、生产的连续性强2、生产的条件苛刻介质的腐蚀性强温度和压力变化大介质大多易燃易爆有毒性生产原理的多样性生产技术含量高化工生产对化工设备的基本要求：（一）安全性能要求。足够的强度良好的韧性足够的刚度和抗失稳能力良好的抗腐蚀型可靠的密封性（二）工艺性能要求。达到工艺指标生产效率高、消耗低（三）使用性能要求。结构合理、制造简单运输与安装方便操作、控制、维护简便（四）经济性能要求设备的分类1、按设计压力分类低压容器0.1MPa≤p＜1.6MPa。中压容器1.6MPa≤p＜10.0MPa。高压容器10.0MPa≤p＜100MPa。超高压容器p≥100MPa。按作用原理分：反应容器换热容器分离容器储运容器按工作温度分：低温容器设计温度：≤-20℃（深冷和浅冷）常温容器设计温度：-20～200℃中温容器设计温度：200～450℃（介于高温与常温之间）高温容器设计温度：＞450℃（在壁温达到材料蠕变温度下工作的容器，对碳素钢或低合金钢，温度超过420℃，合金钢超过450℃，奥氏体不锈钢超过550℃）4、按壁厚分类薄壁容器K=D0/Di≤1.2厚壁容器K=D0/Di＞1.27、按几何形状分类圆柱形、球形、椭圆形、锥形和矩形等5、按支承形式分类立式和卧式6、按材料分类金属和非金属按安全技术管理分类选材的基本要求有足够的力学性能；具有良好的加工性能；具有良好的耐腐蚀性能；经济合算；其它各种性能符合设计要求；材料的性能（力学性能，物理性能，化学性能和加工工艺性能）基本概念应力（Stress）:单位面积上所承受的力按照载荷(Load)作用形式不同，应力又可：拉伸、压缩、扭曲和扭转应变（Strain）：几何形状和尺寸的变化力学性能定义：材料在外力(或外加能量)作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。硬度强度塑性韧性1.强度定义：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。1.1屈服点在外力不再增加，仍发生明显塑性变形开始出现屈服现象时相对应的应力，MPa；金属或合金一般很少有明显的屈服现象，而高分子材料一般具有明显的屈服现象；条件屈服点：发生0.2%残余伸长时的应力s0.2s常温拉应力下20号钢的拉抻试验l0=10d0l0=5d0或从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗拉强度。开始出现塑性变形时的应力，称为“屈服点”sssb影响屈服点大小的因素内在因素结合键组织结构原子本性外在因素温度：温度升高，屈服点下降应变速率：应变速率升高，屈服点升高1.2拉伸强度材料发生断裂时所能达到的最大应力值（抗压、抗弯、抗剪）；屈强比：反映了材料塑性储备的一个指标由于一般，屈强比一般小于1。/sb屈强比越大，屈服点与抗拉强度逾接近，塑性储备越小，这是有可能发生脆性断裂，如木棒；屈强比越小，屈服点逾小于拉伸强度，这时塑性储备越大，但是材料的强度往往得不到充分的发挥，如竹条，铜制品。1.3蠕变σn在一定应力下，应变随时间而增加的现象发生蠕变的时间根据材料而定：举例蠕变强度：材料抵抗蠕变现象发生的能力；有两种表达蠕变强度的方法：达到某一蠕变速率的应力值达到某一总变形的应力值1.4持久强度在给定温度下，促使材料经过一定时间发生断裂的应力在化工容器用钢中，设备的设计寿命一般为十万小时持久强度是一定温度和一定应力下材料抵抗断裂的能力。在相同的条件下，能支持的时间越久，则该材料抵抗断裂的能力也越大。1.5疲劳强度很多构件经常受到大小及方向变化的交变载荷，这种交变载荷使金属材料在应力还远低于屈服点时就发生断裂，这种现象称为“疲劳”。金属在无数次交变载荷作用下，而不至引起断裂的最大应力，称为“疲劳极限”；实际上不可能进行无数次试验，一般以十万至百万次循环试验作为疲劳强度；影响金属疲劳强度的因素主要有：合成成分，表面状态、组织结构、夹杂物多少与分布状况、应力集中情况。2.塑性定义：在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。2.1延伸率式样受力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率%100%100000lllllKK延伸率愈大，材料的塑性愈好由于式样的总伸长为均匀伸长与局部缩颈伸长，故延伸率与式样尺寸有关2.2断面收缩率式样受力拉断后，断面缩小的面积与原始面积之比的百分率。%100%100000FFFFFKK断面收缩率愈大，塑性愈好；由于断面收缩率与材料尺寸无关，故它能更加可靠地反映出材料塑性的变花2.3冷弯性能衡量金属材料和焊接塑性的指标之一；金属材料和焊接接头在室温下以一定的内半径进行弯曲，在式样被弯曲受拉面出现第一条裂纹前，金属变形越大，塑性越好（120°或180°）