化工设备机械基础综述

化工设备机械基础综述

化工设备机械基础综述

姓名：沈逍逍学号110201*036班级：生工（2）班

摘要：本综述主要对化工设备机械基础这门课程的相关知识作简要的总结，并且总结了对这门课程学习后的体会以及对这门课程学习的建议。关键词：化工设备；材料；外压；内压；体会1化工设备材料的认识

化学工业是国名经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求不尽相同。如压力的从真看到高压甚至超高压，温度从低温到高温，以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，是设备在极其复杂的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理选择材料是设计化工设备的主要环节。1.1材料的性能

材料的性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。力学性能是金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。1.2合金钢

随着现代工业和科学技术的不断发展，对设备零件的强度，硬度，韧性，塑性，耐磨性以及物理、化学性能的要求越来越高，碳钢已经不能完全满足需求。为了改善性能，合金钢是在碳钢基础之上有目的加入一定的合金元素而形成的钢材。

1.3化工设备的腐蚀及防腐措施

金属的腐蚀：金属和周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。根据不同的腐蚀过程，金属腐蚀又可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

金属腐蚀的损伤与破坏的形式：金属在各种环境条件下，因腐蚀而受到的损伤或破坏的形态多种多样。按照金属腐蚀的破坏形态可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。而局部腐蚀又可以分为区域腐蚀、点腐蚀、表面腐蚀等。

金属设备的防腐措施：为了化工设备被腐蚀，除了选择合适的耐腐蚀材料制造设备外，还可以采用多种防腐蚀的措施保护设备。常见的有电镀法、喷镀法、渗镀法、热镀法以及衬不锈钢衬里等。

金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法多种多样。均匀腐蚀速度常用单位时间内单位面积的腐蚀直梁或单位时间的腐蚀深度来平评定。1.4化工设备材料

化工材料分为金属材料和非金属材料两大类。化工用金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料主要指铁和钢。2容器的设计

在化工厂中，可以看到许多设备，有的用来贮存物料，例如各种贮存罐、计量罐、高位槽；有的进行物理过程，例如换热器、蒸馏塔沉降器、过滤器；有的用来进行化学反应，例如聚合釜、反应器、合成炉。这些设备虽然尺寸大小不一，形态结构各异，内部构件形式更是多种多样，但是他们都有一个外壳，这个外壳就称为容器。2.1容器的分类

压力容器的种类很多，分类方法也各异，大致可以分为以下几类：按照容器的形状分类（方形和矩形容器、球形容器、圆筒形容器）；按照承受压力性质分类还可以按照制造材料分类以及应用情况来分类等。2.2内压薄壁容器的设计

2.2.1薄壁容器及其应力特点

薄膜应力：容器的圆筒中段①处，可以忽略薄壁圆筒变形前后圆周方向曲率半径变大所引起的弯曲应力。用无力矩理论来计算。弯曲应力：在凸形封头、平底盖与筒体联接处②和③，则因封头与平底的变形小于筒体部分的变形，边缘连接处由于变形谐调形成一种机械约束，从而导致在边缘附近产生附加的弯曲应力。必须用复杂的有力矩理论及变形谐调条件才能计算。2.2.2内压薄壁容器的设计

所谓薄壁容器并不是按照容器器壁厚度的大小来划分的，而是一种相对概念，通常根据容器外径D0与内径Di的比值K值来判断的。K1.2为薄壁容器。圆筒的应力计算：1、轴向应力1无力矩理论基本方程式：

pDpD2、环向应力2421R12R2P筒体强度的计算：

pDt2为了满足运输和安装的要求，因此，必须限定一个最小的厚度以满足刚度和稳定性的要求。2.3外压圆筒设计

外压容器是指容器外部的压力大于内部压力的容器。在石油、化工生产中，处于外压操作的设备很多，列入石油分馏的减压蒸馏塔、多效蒸发中的真空冷凝器、带有蒸汽加热夹套的反应釜以及真空干燥、真空结晶设备等。容器的失稳形式：容器的失稳主要分为整体失稳和局部失稳。整体失稳中又分为侧向失稳和轴向失稳。e3tDo2Eep2.59E临界压力的计算：1、长圆筒：pcr2、短圆筒：crL12DODo2.5

2.4封头的设计

封头又称端盖，按其形状可分为凸形封头、锥形封头和平板封头3类。其中凸形封头包括半球形封头、椭球形封头、蝶形封头和球罐形封头。锥形封头分为无折边与折边两种。2.4.1半球形封头

半球形封头是由半个球壳构成的。1、受内压的球形封头4ptpDi

2.4.2椭圆形封头

椭圆形封头是由半椭球和高度为h的短圆筒两部分构成。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用。

1Di受内压的椭圆形封头：系数：K2t62h20.5piKpDi22.5法兰连接

在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的连接结构。常见的可拆卸结构有法兰连接、螺纹连接和承插式连接。

2.5.1法兰连接结构与密封原理

原理：法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于压紧面之间的垫片压紧。2.5.2法兰的分类

法兰按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰3种。2.6容器支座

容器支座用来支撑容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。支座的结构形式很多，主要由容器自身的形式决定，分卧式容器支座、立式容器支座和球形容器支座。2.7容器的开孔与附件

为了满足工艺、安装、检修的要求，往往需要在容器和封头上开各种形状的孔或者是接管。而开孔处或者是接管处就会形成一个局部的高应力集中区。因此，为了降低应力就需要进行补强。

开孔补强的设计与补强的结构：1、整体补强2、局部补强3塔设备

塔设备是在一定条件下，将能达到气液共存状态的混合物实现分离、纯化的单元操作设备，广泛用于炼油、精细化工、环境工程、医药工程、食品工程和轻纺工程等行业和部门中。3.1板式塔及其结构设计

在整个国名经济生产中，板式塔占有相当大的比重，工业上应用最多、使用最广。较为丰富的有筛板塔、浮阀塔、泡罩塔和舌形塔。

主要结构：1、塔盘2、塔盘的密封结构3、降液管4、塔盘支撑结构5、塔节尺寸。

3.2填料塔及其结构设计

填料塔的传质形式与板式塔不同，它是连续式气液传质设备。这种塔由塔体与群座体、液体分布装置、填料、再分布器、填料支撑以及气、液的进出口等部件组成。4管壳式换热器

换热设备是进行各种热量交换的设备，无论是在炼油、石油化工。还是在化工及轻工等生产过程中都具有极为重要的作用那个和广泛的应用价值。

根据换热的目的不同，换热设备可分为加热器、冷却器、冷凝器及再沸器。无论是哪种换热器，高传热效率、低流动阻力、合理紧凑的结果、可靠的强度、低制作成本、安装维修方便仍然是衡量换热器性能的基本标准。4.1换热器的分类方式

混合换热器、蓄热换热器、间壁式换热器。5搅拌反应器

在化工生产过程中，为化学反应提供反应空间和反应条件的装置称为反应釜或反应设备。为了使化学反应快速均匀进行，需对参加化学反应的物质进行充分的混合，且对物料加热或冷却，采取搅拌操作才能得到良好的效果。5.1搅拌器的分类

通常搅拌器的分类有机械搅拌、气流搅拌、射流搅拌、静态搅拌和电磁搅拌等。6体会

在化工生产中化工设备在一系列的生产反应等过程中有着至关重要的作用。因此对化工设备的选择很重要。在选择前需要对设备材料以及性能有一定的了解，并且材料必须符合规定的要求，需要综合各方面的因素考虑。需要遵循适用，安全和经济的原则。

在对化工原理有一定的学习后对此课程的学习有很大的帮助。尤其体现在塔跟换热器的课程设计上。此次的化工原理课程设计由小组成员共同完成，我认为这是培养学生化工设计能力跟团队合作的重要教学环节。通过这次的课程设计使我们初步掌握了化工设计的相关基础知识，设计原则及方法；学会通过各种途径查找相关数据的方法和技巧；能画出工艺流程、塔板结构等图形。这对以前学习的化工原理以及工程制图的相关知识有了进一步的复习与巩固。由于是初次接触课程设计，在设计计算的过程中我们遇到了种种困难，从中体会到了用理论知识去解决实际问题的不易，同时也感受到了理论与实际结合的不易。虽然化工设备这门课程学习的并不深入，但是我深深体会到这门课程在工厂设计中的重要性。我认为这门课程的理论知识在工厂设计中只是一部分，更重要的是实践。把理论与实际相结合才是真正学好了这门课程。7建议

这门课程只学习课本上的只是是远远不够的，这门课程需要与实践密切的结合，建议老师在上这门课期间带学生去工厂参观。参观工厂里的一些化工设备，对化工设备的外形以及简单的功能有所了解对学生学习这门课程有非常大的帮助。在对容器零部件的学习时老师可以考虑带某些体积不大的零件（比如法兰）到教室供学生查看（在学习法兰时好多人不知道法兰长什么样子）。8参考文献

[1]化工设备机械基础/刁玉玮，王立业，俞建良编著.大连理工大学出版社，201*.

扩展阅读：化工设备机械基础论文

化工设备机械基础论文

学院：环境与化学工程学院

专业：应用化学02班

姓名：杨双立学号：40904010216

化工设备机械基础

杨双立

（西安工程大学，环境与幻雪工程学院，陕西，西安710000）

摘要：化工设备机械基础是我们了解一些化工机械设备的功能、用途以及设计它们的一门基础性学科，虽然只是大致的讲了一遍，但对我们在这方面的学习是很有帮助的，总共分为三篇，即：工程力学基础、化工设备设计基础、机械传动，每篇都有其特定的内容，使我们了目了然，方便学习。

关键字：静力学；机械传动；设备；工程力学

ChemicalEngineeringIsLocatedManufacturingMachineMachinery

BasePlinth

YangShuangli

（Xi"anpolytechnicuniversity,environmentandchemical

Engineeringcollege,ShanXi,Xi"an710000)

Abstract：themechanicalbasisofchemicalequipmentisourunderstandingofsomechemicalmachineryandequipmentfunction,useanddesignofwhichtheyareafundamentaldiscipline,althoughisonlyroughlyspeakingagain,butforusinthisareaofstudyisveryhelpful,itisdividedintothree,namely:thefoundationsofengineeringmechanics,chemicalequipmentdesignfoundation,mechanicaltransmission,eachhasitsspecificcontent,makewestickoutamile,tofacilitatelearning.

Keywords:statics；mechanicaltransmission；equipment；engineeringmechanics

首先：工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的科学，本篇包含工程力学两个基本部分的内容：静力学和材料力学。力是物体间相互的机械作用，作用在物体上的力会引起两种效应：一是引起物体机械运动状态的改变，称为外效应；二是引起物体的变形，称为内效应。静力学主要研究力的外效应中的平衡规律，而平衡是物体机械运动的特殊情形，力的外效应为物体的平衡作出了很多“贡献”，比如：作用与反作用、约束与反约束、力矩、力偶。在研究物体上的受力情况时，又不得不对刚体这一概念作一理解，即在力的作用下不发生变形的物体，刚体是一抽象化的概念，通过这一概念可以更容易地揭示物体受力运动的客观规律；对力的投影，合力投影定力，分离体和受力图。力的平衡。平面力系的简化、合力矩定理，平面力系的平衡方程，空间力系也做了一些了解；工程结构物，机械和设备都是由构件构成的，若要这些构件在歪理的作用下能够安全可靠的运行，则需满足一下条件：a.强度瞧见：强度是指构件抵抗破坏的能力；b.刚度条件：是指构件抵抗变形的能力；c.稳定性条件：稳定性是指构件保持原有平衡状态的能力；材料力学研究杆的强度、刚度和稳定性问题。在实际中，刚体是不存在的，任何物体在歪理的作用下都将发生变形，因此研究物体的拉伸、压缩与剪切十分重要；在机械工程中的许多物体，其主要变形是扭转，所以研究物体的扭转的一些力学特性很有必要；弯曲是工程实际中最常见的一种基本变形形式，所以弯曲中物体的一些力学性能也需要理解；应力状态分析、强度理论、组合变形等其中也有介绍；许多构件在工作是出现随时间作用周期变化的应力，这种应力称为交变应力，实践表明，交变应力引起的破坏与静应力全然不同，金属构件经过一段时间交变应力的作用后发生的断裂现象称为“疲劳破坏”，简称疲劳，因此，研究物体在交变应力的作用下的疲劳程度很重要。

其次：化工设备实际基础讲述了一些基本化工设备的设计方法及要求。在化工厂和石油化工厂中，有各种各样的设备，这些设备按照它们在生产过程中的原理，可以分为反映设备、分离设备和储运设备，a.反应设备：主要是用来完成介质的物理、化学反应的设备；b.换热设备：主要是用来完成介质的热量交换的设备；c.分离设备：主要是用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的设备；d.储运设备：主要是用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等。容器一般是由几种壳体组合而成，再加上连接法兰、支座、接口管、人孔、手孔、视镜等零部件。容器通常可按容器的形状、容器厚度、承压性质、工作温度、支承形式、结构材料及容器的技术管理等进行分类，容器零部件的机械设计须满足如下要求：强度、.刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输，从产品的设计、制造、检验和维修等诸多方面来看，标准化是组织现代化生产的重要手段。实现标准化，有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本，从而提高产品的竞争力；实现标准化，可以增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修，提高劳动生产率。后续对内压薄壁容器设计的一些基础性知识做了一些了解，比如：回转壳体的几何特性以及回转体薄膜应力分析；内压薄壁圆筒和球壳设计，包括球壳强度计算；内压容器封头的设计，包括凸形封头、锥形封头、平板封头以及封头的结构特性及选择；外压容器设计的基础知识，包括外压容器设计方法及要求、临界压力、外压球壳与凸形封头的设计、加强圈的作用与结构；容器零部件，包括法兰连接、容器支座、容器的开孔补强，容器附件等。最后：机械传动的主要作用是传递动力和运动，机械传动系统是机械系统中的重要组成部分，机械传动可分为摩擦传动、齿合传动、液力传动和气力传动。带传动是摩擦传动中的一种，它是通过中间绕柱体件传递运动和动力的，使用于两轴中心距较大的场合，带传动的类型有平带、V带、多楔带和园带传动，平带在小功率传动中可用来进行交叉、半交叉传动，以改变两平行轴间的传动方向；V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，故能传递较大的功率，V带无接头，传动平稳，应用广泛，但不宜用在交叉传动和半交叉传动中；齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式，其主要优点是：效率高，传动比稳定，工作可靠，寿命长，实用的速度和传递的功率范围广，可实现平行轴，相交轴和交错轴之间的传动；其主要缺点是：需要专门的制造设备，成本较高，精度低时噪声和振动较大，不宜用在轴间距离较大的传动，齿轮传动的类型包括：平行轴齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动、交错轴齿轮传动；按照工作条件齿轮传动又可分为闭式传动、开式传动和半开式传动，在闭式齿轮中，齿轮和轴承全部封闭在刚性箱体内，有良好的润滑条件，应用广泛，开式齿轮传动的齿轮完全外露，灰尘和杂物容易落入齿合区，也不能保证良好的润滑，齿面易磨损，半开式齿轮传动有简单的防护罩，较开式齿轮工作条件好，但仍有灰尘等落入；齿轮传动是依靠主动轮的轮齿推动从动轮的轮齿进行工作的，对传动的基本要求之一是瞬时传动比应保持恒定，否则当主动轮以等角速度回转时，从动轮的角速度的大小随时间变化因而在齿轮装置中引起冲击、振动与噪声，影响齿轮传动的工作精度，甚至可导致齿轮过早地失效，有关这一方面的介绍还有一个重要的定律，即相互齿合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其链接O1O2被其齿合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段长成反比，这一规律称为齿廓齿合基本定律，在齿轮加工中有这么几种方法，1.仿形法：仿形法是用与齿轮齿槽形状相同的圆盘铣刀或指状铣刀在铣床上进行加工，这种方法加工出的齿轮精度低，而且是一个齿一个齿切削，为不连续切削，故生产率很低，所需刀具数量多，但加工设备简单，刀具价廉，多用于修配、单件生产或小批量生产中；2.范成法：范成法是利用一对齿轮互相齿合时其共轭齿廓互为包络线的原理来切齿的。这种方法采用的刀具主要有齿轮插刀、齿条插刀和齿轮滚刀，由于加工精度及生产效率较高，是目前轮齿切削加工的主要方法；齿轮在使用过程中难免会遇到各种各样的问题，其中齿轮的失效就是其中之一，齿轮失效包括：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形。蜗杆传动主要由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆的形状类似螺旋，有左旋和右旋之分，一般为主动；蜗轮是一个具有特殊形状的斜齿轮，按照蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动，环面蜗杆和锥蜗杆的制造较困难，安装要求较高，因而应用步入圆柱蜗杆广泛，圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类，其中普通圆柱蜗杆传动又包括了阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、发向直廓蜗杆和锥面包络蜗杆四种传动与齿轮传动相比，蜗杆传功的主要优点是：传动比大，在动力传动中单级传动比一般比一般为i=8~80，在分度机构中，传动比可达1000；且传动平稳，噪声低；结构紧凑；蜗杆导程角很小时能实现反行程自锁。蜗杆传动的主要缺点是：传动效率低，发热大，不宜大功率长时间连续工作；蜗杆常需要用较贵重的青铜制造，故成本较高。后续对轮系和减速器做了一些了解，包括轮系，减速器等，在生产实际中，往往由于主动轴与从动轴之间的距离较远，或需要有较大的传动比等原因，经常采用一系列相互齿合的齿轮所组成的称为轮系的传动系统，它的功能有：较远距离的传动、获得较大的传动比、改变从动轴的转向、实现多种传动比的传动、转动的合成和分解；轮系的分类：轮系通常分为定轴轮系和周转轮系两类，传动是，所有齿轮的几何轴线位置都是固定不变的轮系称为定轴轮系。传动时，至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮的固定几何轴线转动的轮系称为周转轮系。减速器是由封闭在刚性箱体中的几对齿轮以及蜗轮蜗杆等所组成，它在机器中常作为一独立不见装在原动机和工作机之间用以降低转速并相应增大转矩。根据传动的类型，减速器可分为齿轮、蜗杆、齿轮蜗杆和行星减速器；根据齿轮的形状不同，齿轮减速器又可分为圆柱、圆锥等齿轮减速器等；根据传动的级数又有单级、双级和多级减速器之分；按齿轮轴在空间的位置又可把减速器范围立式、卧式和侧式减速器；按传动的不知形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器等；轴、键和联轴器的一些功能和其制造所用材料以及关于轴的强度计算，按轴的承载情况，轴可分为三类：工作时即承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴；有些轴主要用来传递扭矩而不承受弯矩作用的轴称为传动轴；只受弯矩而不受扭矩作用的轴称为心轴；键连接是一种将轴和轴上的转动零件链接起来的可拆连接，主要用于轴和轮毂间的周向固定并传递扭矩；联轴器用来连接轴与轴或轴与其他回转件，并传递运动和扭矩，有时也可用作安全装置，联轴器的类型很多，根据对被连接两轴轴线相互位置是否重合分为两大类：1.固定式联轴器，两轴线严格重合，这类联轴器有凸缘联轴器和夹壳式联轴器；2.可移式联轴器，两轴线允许有一定程度不同形式的位移，根据连接元件中有无弹性元件，又分为可移式刚性联轴器包括十字滑块联轴器、齿轮联轴器、万向联轴器，可移式弹性联轴器；轴承的分类以及滑动轴承的分类及其它们的功能，轴承是支撑轴及轴上零件的部件，通常按轴承中摩擦性质的不同，将轴承分为滑动轴承和滚动轴承，而每一类轴承又按其所受载荷方向的不同，分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承；滑动轴承分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。

参考文献：○1赵军等编化工设备机械基础，第二版北京：化学工业出版设202王守新等编工程力学北京：化工工业出版社1998○

3吴宗泽主编机械设计实用手册北京：化学工业出版社1999○

4刁玉玮、王立业编化工设备机械基础第三版大连：大连理工大学出版社○1997

5GB1501998刚制压力容器中国标准化出版社出版○

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