化工设备复习题

1一．填空题：（每空1分，共30分）1．主要用于介质热量交换的压力容器称为换热压力容器。用符号E表示。2．化工设备从承压情况来看可分低压、中压、高压、超高压。3．边缘应力的特性：局部性、自限性。4．标准压力容器法兰有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰三种。5．厚度附加量是由厚度负偏差C1和腐蚀裕量C2组成。8．外压容器的失效形式有强度不足和刚度不足。9．耳式支座由底板、筋板、支脚板组成。10．安全附件有视镜、安全阀、爆破片。11．换热设备按传热方式分直接接触式、蓄热式、间壁式。12．按制作填料的材料，填料分为实体填料和网体填料两大类。13．根据液体流动形式不同，板式塔可分为单溢流和双溢流。14.压力参数包括：工作压力PW、计算压力PC、设计压力P15.对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚Smin=(3)mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚Smin=(2)mm.16.受外压的长圆筒,侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n（2）的整数。17．提高法兰刚度的有效途径是（增加法兰厚度）(减小螺栓作用力臂）及(增加法兰盘外径）。18．现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN为(150mm)和DN为(250mm)两种。19．自支撑式塔设备设计时，除了考虑操作压力以外，还必须考虑(自重载荷）、（风载荷）、（地震载荷）、（偏心载荷）等载荷。21．外压容器的失效形式有强度不足和刚度不足。23．考虑到由于腐蚀、机械磨损而引起筒体厚度减薄，在设计时需引入厚度附加量C。24．按形状不同凸形封头可分为：半球封头、椭圆形封头、碟形封头。25．卧式支座可分为鞍式、圈式和支腿式三种。26．补强常用的结构有补强圈补强、整体锻件补强、补强管补强。27．最常见的搅拌器形式有桨式、涡轮式、锚式、推进式。二．选择题.(每空2分，共20分)1．容积大于10m3的低温液体储存容器（如液氨储罐）属于哪种容器。（C）A、第一类B、第二类C、第三类2．在化工设备中用字母E表示的压力容器为（B）。A、反应器B、换热器C、分离器D、存储器3．凸型封头中，不论从受力、制造难易程度上来说较好的是（B）。A、球形封头B、标准椭圆封头C、碟形封头4．在回转壳体上，若经线为直线时，第二曲率半径等于（A）。A、平行圆半径B、∞C、第一曲率半径5．下列哪种封头最适用高压容器。（A）A、半球形封头B、椭圆形封头C、碟形封头D、平盖封头6．失稳时波形数为大于2的整数的外压圆筒是哪一种。（B）A、长圆筒B、短圆筒C、刚性圆筒7．球形容器的支座有柱式、（C）、半埋式、高架式四种。A、支承式B、耳式C、裙式8．薄壁圆筒的环向应力是轴向应力的（B）倍。A、1B、2C、3D、429．换热管在管板上的最常用的排列方式是（A）A、正三角形B、转角正三角形C、正方形D、转角正方形10．釜式反应器装有蛇管的作用是：（D）A、加物料B、出物料C、搅拌D、传热11．高压、中压管壳式余热锅炉属于哪种容器。（C）A、第一类B、第二类C、第三类12．在回转壳体上，若经线为直线时，第一曲率半径等于（B）。A、平行圆半径B、∞C、第一曲率半径13．在化工设备中用字母S表示的压力容器为（C）。A、反应器B、换热器C、分离器D、存储器14．球形容器的支座有柱式、裙式、半埋式和（C）四种。A、支承式B、耳式C、高架式15．釜式反应器装有蛇管的作用是：（A）A、传热B、出物料C、搅拌D、加物料16．换热管在管板上的最常用的排列方式是（A）A、正三角形B、转角正三角形C、正方形D、转角正方形17．在化工设备中用字母R表示的压力容器为（A）。A、反应器B、换热器C、分离器D、存储器18．刚性圆筒会不会发生被压瘪的情况（B）A、会B、不会C、无法确定19．下列哪种多层圆筒结构最适用大型设备（B）A、多层包扎式B、多层绕板式C、多层热套式D、多层绕带式20．球形容器的支座有柱式、半埋式、高架式和（C）。A、支承式B、耳式C、裙式21．化工设备常见的安全附件有视镜、安全阀、（C）A、报警器B、蜂鸣器C、爆破片三.简答题：（每题6分，共30分）1.分析半球形封头、椭圆形封头、碟形封头的特点和适用场合？半球形封头的优缺点：与其它封头相比在直径和压力相同的情况下，其厚度最薄（受力最好）；当容积一定的情况下，表面积最小（最省材料）。但封头深度大，直径较小时，整体冲压制造较困难；直径大时，采用分瓣冲压其拼焊工作量较大。应用场合：多用于高压容器。椭圆形封头的特点：从标准椭圆形封头的厚度计算公式中可以看出，其厚度大致和其相连的圆筒厚度相等，因此圆筒体和封头可采用等厚焊接，封头深度较浅便于加工，受力较好，故在工程上广泛应用。锥形封头的特点：广泛应用于许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。缺点是由于球面与过度区及过渡区与直边的连接处经线曲率半径突变，产生边缘应力，故应力分布不均匀2.简述固定管板式换热器结构特点、优缺点及适用场合。1）结构特点：两块管板均与壳体相焊接，并加入了热补偿原件——膨胀节。2）优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。3）缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。34）适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。3.开孔补强的结构有哪些？如何选择标准补强圈？补强的形式分为补强圈补强、补强管补强、整体锻件补强补强圈结构补强时应满足以下规定：①壳体材料的标准抗拉强度≤540MPa，以免出现焊接裂纹；②补强圈厚度不超过被补强壳体的名义壁厚的1.5倍；③被补强壳体的名义厚度≤38mm。4.衡量换热器的指标有哪些？（1）、传热效率要高。（2）、结构要紧凑。（3）、要节省材料。（4）、流体在设备中的阻力要小，即压力降要小。（5）、要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期长。5.列管式换热器主要有哪几种？各有何优缺点？列管式换热器种类优点缺点固定管板式结构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。管外清洗困难；管壳间有温差应力存在；当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。浮头式一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，便于清洗。结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与管体间隙较大，影响传热。填料函式管束一端可自由膨胀；造价比浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。壳程内介质有外漏的可能；壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。U型管式只有一个管板；管程至少为两程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨胀。管内不便清洗；管板上布管少，结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果；内层管子损坏后不易更换。6.列管式换热器机械设计包括哪些内容？答：①壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；②换热器封头选择，压力容器法兰选择；③管板尺寸确定；④管子拉脱力的计算；⑤折流板的选择与计算；⑥温差应力计算。此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。7．折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？答：在对流传热的换热器中，为了提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，以提高传热效率，在壳程内装置折流板。折流板还起支撑换热管的作用。常用形式有：弓形、圆盘-圆环形和带扇形切口三种。折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，折流板就穿在拉杆上，各板之间则以套在拉杆上的定距管来紧固。8．简述什么是边缘应力，如何处理边缘应力的影响？（P33-34）概念：因为组合壳体几何形状不同，或材料的物理性能不同，或载荷不连续等而使连续边缘处的变形受到约束产生的局部应力。影响处理：49．什么是化工设备？有何特点？其基本要求？概念:生产实践中，要实现某种化工生产就要有相应的机器和设备。（如用于对物料进行混合的搅拌设备、进行分离的分离设备、用于加热的传热设备，用于化学反应的反应设备。还有对流体进行输送的管道、阀门和储顾设备等）。特点：•功能原理多样化•外部壳体多是压力容器•化-机-电技术紧密结合•设备结构大型化10．压力试验的目的？方法有几种？各适用于什么情况？压力试验的目的：在超设计压力下，检查容皿的强度以及密封结构和焊缝有无泄漏等。分为：液压试验和气压试验：使用情况：○1对于不适合进行液压试验的容皿内不允许有微量列留液体，由于结构原因不能充满液体的容皿，如高塔，液压的液体重力可能超过基础承受能力等，均采取气压试验。○2其余都采取液压试验11．什么是应力集中？有何特点？容皿开孔后，在开孔处由于结构不连续必会在该区域产生较大的附加应力，这种局部应力急剧增长的现象称为应力集中。特点：○1开孔处应力集中有局部性，且范围有限○2开孔的相对尺寸d/D越长，集中系数越大10010()15001500开孔不宜过大。○3被开孔壳体/D越小,集中系数K越大,尽量让开孔处壳体厚度大些，降低应力集中系数。○4增大接管壁厚也可降低应力集中系数，缓解应力集中。基本要求：•安全可靠性要求•工艺条件要求•经济合理性要求•便于操作和维修•环境保护要求5四．计算题（每题10分，共20分）1.某内压圆柱形筒体，已知：设计压力P=0.4MPa，设计温度t=700C，圆筒内径Di=1000mm，总高3000mm，盛装液体介质，液柱静压力为0.03MPa,筒体材料16MnR，腐蚀裕量C2=1.5mm，焊接接头系数φ=0.85，试求筒体厚度。（设计温度下16MnR许用应力：厚度6—16mm时，[σ]t=170MPa，厚度16—36mm时，[σ]t=163MPa）2.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816mm，壁厚为16mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力。（6分）【解】P=2.5MpaD=816mmS=16mm1.00196.081616DS属薄壁容器MPaSPDm875.311648165.24MPaSPDm75.631628165.223.圆筒形和球形容器内压力均为2MPa，圆筒内径Di=1000mm，球壳内径Di=2000mm，壳体厚度为20mm，试求圆筒体上的径向应力，环向应力以及球形壳体截面拉应力。（10分）由题意可知：mpap2圆筒形壳体内径Di=1000mm球形壳体内径mmiD2000壳体厚mm20解：（1）计算图形壳体的应力圆筒中间面直径：mmDiD1020201000根据圆筒体横截面的径向应力公式2-1得：6同理根据2-2式得环向应力：（2）计算球形壳体截面的拉应力其中间截面的直径：根据球形壳体截面拉应力公式：