过程设备设计第三版(郑津洋)课后习题答案
1过程设备设计题解1.压力容器导言思考题1.压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用? 答：压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。 筒体的作用：用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。 封头的作用：与筒体直接焊在一起，起到构成完整容器压力空间的作用。 密封装置的作用：保证承压容器不泄漏。 开孔接管的作用：满足工艺要求和检修需要。 支座的作用：支承并把压力容器固定在基础上。 安全附件的作用：保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和 工艺过程的正常进行。 2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？ 答：介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的 要求愈高。如 Q235-A 或 Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒 性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测，整体必须进 行焊后热处理，容器上的 A、B 类焊接接头还应进行 100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行 气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚 大，主要体现在法兰的公称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小 于 1.0MPa；内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于 1.6MPa，且还应尽量选 用带颈对焊法兰等。 易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如 Q235-A·F 不得用于易燃 介质容器；Q235-A 不得用于制造液化石油气容器；易燃介质压力容器的所有焊缝（包括角焊缝）均应采 用全焊透结构等。 3.压力容器安全技术监察规程在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力 与容积的乘积 pV 大小进行分类？ 答：因为 pV 乘积值越大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使 用和管理的要求愈高。 4.压力容器安全技术监察规程与 GB150 的适用范围是否相同？为什么？ 答：不相同。 压力容器安全技术监察规程的适用范围：最高工作压力0.1MPa（不含液体静压力） ；内直12径（非圆形截面指其最大尺寸）0.15m，且容积0.025m3；盛装介质为气体、液化气体或最高工作温3度高于等于标准沸点的液体。 GB150 的适用范围：0.1MPap35MPa，真空度不低于 0.02MPa；按钢材允许的使用温度确定12（最高为 700，最低为-196） ；对介质不限；弹性失效设计准则和失稳失效设计准则；以材料345力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数；最大应力理论；不适用疲劳分析容67器。 GB150 是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据；压力容器安全技术监察规程是政府对 压力容实施安全技术监督和管理的依据，属技术法规范畴。 5.GB150、JB4732 和 JB/T4735 三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？ 答：JB/T4735钢制焊接常压容器与 GB150钢制压力容器属于常规设计标准；JB4732钢制压力2容器分析设计标准是分析设计标准。JB/T4735 与 GB150 及 JB4732 没有相互覆盖范围，但 GB150 与 JB4732 相互覆盖范围较广。 GB150 的适用范围： 设计压力为 0.1MPap35MPa，真空度不低于 0.02MPa；设计温度为按钢12材允许的使用温度确定（最高为 700，最低为-196） ；对介质不限；采用弹性失效设计准则和失34稳失效设计准则；应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础，并引入应力增大系数和形状系数；5采用最大应力理论；不适用疲劳分析容器。67JB4732 的适用范围：设计压力为 0.1MPap10MPa·m3，属三类压力容器。2圆筒的厚度3 mmCCppDt18mm493. 6128 . 0693.1313.693mm62. 1117022600782. 12n21n 一 一标准椭圆形封头的厚度 mmCCppDt18mm528. 6128 . 0728.1313.728mm62. 15 . 011702 2600782. 15 . 02n21n 一 一水压试验压力4MPappT228. 2782. 125. 125. 1 应力校核 MPaDps eeiT T5 .3103459 . 09 . 0191.667MPa8 . 2182 8 . 2182600228. 22 3.今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径 Di=600mm，厚度 n=7mm，材料选用 16MnR，计算压力 pc=2.2MPa，工作温度 t=-20-3。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将 各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。23解：钢板为 616mm 时，16MnR 的t= 170 MPa，s=345 MPa，查表 4-2，C1=0.8mm，取 C2=1.0mm，=1.0 半球形封头壁厚1 mmpDpctic73.747mm10.81.9471.947mm2 . 20 . 11704 6002 . 24n 一 一标准椭圆形封头壁厚2 mmpDpctic75.695mm10.8895. 33.895mm2 . 25 . 00 . 11702 6002 . 25 . 02n 一 一标准碟形封头壁厚3 mmpRMprRMDRcticiii75mm44. 610.8645. 4mm645. 42 . 25 . 00 . 11702 5402 . 2325. 15 . 02325. 1102540341341102mm60017. 00.17Dr540mm,6009 . 09 . 0ni 一 一平盖封头厚度4 mmmmmmCmmKpDKntc cp40285.391 . 18 . 0385.371 . 1403424385.370 . 1170 2 . 23 . 06003 . 05841 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。 4.一多层包扎式氨合成塔，内径 Di=800mm，设计压力为 31.4MPa，工作温度小于 200，内筒材料为 16MnR，层板材料为 16MnR，取 C2=1.0mm，试确定圆筒的厚度。 解：钢板为 616mm 时，16MnR 的it=0t = 170 MPa，s=345 MPa，查表 4- 2，C1=0.8mm，i=1.0，0=0.9。为安全起见取 =0.9，按中径公式计算： mmmmmmpDpctic110106.079mm16 . 3191.4796 .138 . 0171711661.479mm94 .319 . 017028004 .312n 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一245.今需制造一台分馏塔，塔的内径 Di=2000mm，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度） L1=6000mm，封头曲面深度 hi=500mm，塔在 370及真空条件下操作，现库存有 8mm、12mm、14mm 厚的 Q235-A 钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。 解：计算长度6333.333mm350026000321 ihLL查表 4-2 得：8mm、12mm、14mm 钢板，C1=0.8mm；取 C2=1mm。三种厚度板各自对应的有效厚度分别 为：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三种厚度板各自对应的外径分别为： 2016mm、2024mm、2028mm 8mm 塔计算1 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一8mm0.1MPa0.0243MPa161.32531069. 100007. 02 321069. 1E，7-40.00007;A，6-43.1422016333.6333DL20,325.1612 . 6201650500 eeDAEpMPaD 12mm 塔计算2 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一12mm0.1MPa0.057MPa647.19731069. 10001. 02 321069. 1E7-40.0001;A6-43.1292024333.6333DL20,431.9812 .10202450500 eeDAEpMPaD ，14mm 塔计算3 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一14mm0.1MPa0.149MPa23.16631069. 100022. 02 321069. 1E7-40.00022;A6-43.1232028333.6333DL20,23. 6612 .12202850500 eeDAEpMPaD ，6.图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工作压力 pw=3.0MPa，工作温度 Tw=50，反应液密度 =1000kg/m3，顶部设有爆破片，圆筒内径 Di=1000mm， 圆筒长度 L=4000mm，材料为 16MnR，腐蚀裕量 C2=2.0mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进 行 100%无损检测；夹套内为冷却水，温度 10，最高压力 0.4MPa，夹套圆筒内径 Di=1100mm，腐蚀裕 量 C2=1.0mm，焊接接头系
