1、8过程设备设计教学大纲课程名称:过程设备设计英文名称: Process Equipment Design学分: 4.5 学时: 72 理论学时: 64 实验学时:8教学对象:过程装备与控制工程专业本科生先修课程:高等数学,机械制图,工程力学,机械设计,化工原理 ,弹性力学,专业英语教学目的: 本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程，其目的旨在使学生能综合运用基础课、技术基础课程中的基本理论及相关的工程实践知识，通过本课程的学习，基本具备从事过程设备设计和研究开发的初步能力。教学要求: 熟悉并掌握过程设备设计的基本理论及工程实践，能采用正确、合理的方法进行过程设备的设计。从材料、设备的结构
2、、温度、制造质量、安装、操作维护等方面对过程设备的工程设计进行综合分析和研究。教学内容:Introductory Remarks(1 学时)Chapter 1 Pressure Vessel Introduction(1 学时)1.1 Gross Structure1.2 Pressure Vessel Classification1.3 Pressure Vessel Codes and Standards基本要求: 压力容器分类方法,总体结构,国内外规范和标准及其比较重点:按技术管理的分类, GB150,ASME难点:正确理解按技术管理的分类方法Chapter 2 Stress Analy
3、sis of Pressure Vessels(14 学时 )2.1 Stress Analysis of Revolution Shells2.1.1 Stress in Thin Walled Cylinders2.1.2 Membrane Theory2.1.3 Basic Equations2.1.4 Application of Membrane Shell Theory2.1.5 Discontinuity Analysis2.2 Analysis of Thick Walled Cylinder 2.2.1 Elastic Stresses2.2.2 Elastic-Plasti
4、c Stress2.2.3 Yield Pressure and Bursting Pressure92.3 Stress Analysis of Flat Plate2.3.1 Introduction2.3.2 Bending Differential Equation2.3.3 Stresses in Circular Plate2.3.4 Stress of Symmetrically Loaded Circular Plate with a Circular Central Hole2.4 Stability Analysis of Shells2.4.1 Introduction2
5、.4.2 Bucking Analysis of Thin Wall Cylinder under External Pressure2.4.3 Critical Pressure of Other Revolution Shells2.5 Typical Local Stresses基本要求:回转壳的应力分析,二种基本理论,无力矩理论的基本方程 ,无力矩理论的应用,厚壁圆筒的弹性应力和弹塑性应力,屈服压力,爆破呀力,圆平板的应力计算及其应力分布,稳定性分析的基本方法,临界压力,局部应力分析的几种方法,降低局部应力的措施. 重点: 回转壳的应力分析, 无力矩理论的基本方程, 厚壁圆筒的弹性应力
6、, 临界压力,难点: 回转壳的应力分析, 稳定性的分析方法, 弹塑性应力 .Chapter 3 Pressure Vessel Materials and Properties Effected by Environment and Time (6 学时)3.1 Pressure Vessel Materials3.1.1 Pressure Vessel Steels3.1.2 Nonferrous Metal and Nonmetal3.2 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Fabrication3.2.1 Plastic Deform
7、ation3.2.2 Welding3.2.3 Heat Treatment3.3 Pressure Vessel Steel Properties Effected by Environment3.3.1 Temperature3.3.2 Medium3.3.3 Loading Speed3.4 Selection of Pressure Vessel Materials3.4.1 Basic Requirement3.4.2 Selection基本要求:压力容器常用钢材,环境的影响,制造的影响 ,压力容器材料的选用重点: 压力容器常用钢材,各种环境的影响,材料的正确选用难点: 压力容器常用
8、钢材的正确选用Chapter 4 Design of Pressure Vessels(14 学时)4.1 Introduction4.2 Design Criterions4.3 Design by Rules4.3.1 Introduction104.3.2 Cylinder Design4.3.3 Head Design4.3.4 Sealing Device Design4.3.5 Opening and Reinforcement4.3.6 Support and Manhole ( Handhole )4.3.7 Safety Relieving Device4,3,8 Welde
9、d Structure Design4.3.9 Pressure Test4.4 Design by Analysis4.4.1 Introduction4.4.2 Stress Categories4.4.3 Computation of Stress Intensities4.4.4 Stress Intensity Limiting4.4.5 Application of Design by Analysis4.5 Fatigue Analysis4.6 Development of Pressure Vessel Technology基本要求:设计文件,设计准则,圆筒设计,封头设计,密
10、封装置设计 ,开孔和开孔补强设计,常用支座,安全泄放装置,焊接结构,压力试验,应力分类,应力强度计算及限制,低循环疲劳曲线,平均应力影响.重点:圆筒和封头设计,密封机理,性能参数,高压密封结构 ,补强计算,焊接接头分类,应力分类,应力强度.难点:设计参数确定,夹套容器设计,双锥环受力分析 ,应力分类,应力强度Chapter 5 Storage Equipment(5 学时)5.1 Introduction5.2 Horizontal Storage Tank5.2.1 Basic Structure5.2.2 Design Calculation5.3 Spherical Storage Ta
11、nk5.3.1 Tank Body5.3.2 Support5.3.3 Manhole and Nozzle5.3.4 Accessories基本要求:鞍式支座的位置和数量,力学模型,内力分析 ,几种应力,球形储罐的罐体,支座重点:鞍式支座的结构和确定,扁塌现象.难点:卧式容器的力学模型Chapter 6 Heat Exchanger(8 学时)6.1 Introduction6.2 Shell-and-Tube Heal Exchangers6.2.1 Basic Types6.2.2 Shell-and Tube Heat Exchanger Structure6.2.3 Tubeshee
12、t Design 116.2.4 Expansion Joint Design6.2.5 Tubes Vibration and Protection6.3 Waste Heat Boiler6.4 Forced Heat Transfer基本要求:换热设备分类,管壳式换热器分类及选型 ,管程结构,壳程结构,管板设计思路,膨胀节,管束振动和防止,传热强化技术重点: 管壳式换热器分类,换热管,换热管与管板连接,管束分程,壳程结构,管束振动,传热强化技术.难点: 管壳式换热器结构,危险工况的确定Chapter 7 Tower(10 学时)7.1 Introduction7.2 Packed Tow
13、er7.2.1 Packing7.2.2 Internals of Packed Tower7.3 Plate Column7.3.1 Classification7.3.2 Structure7.3.3 Construction of Tray7.4 Accessories7.4.1 Forth Remover7.4.2 Skirt Support7.4.3 Boom7.5 Strength Design of Tower7.5.1 Natural Vibration Period7.5.2 Loading Analysis7.5.3 Strength and Stability of Cy
14、linder7.5.4 Strength and Stability of Skirt7.6 Vibration of Tower7.6.1 Vibration induced by Wind7.6.2 Prevention of Vibration基本要求:塔设备选型,填料分类,塔内件结构,板式塔分类 ,板式塔结构,塔盘结构,塔设备附件,塔强度计算,固有周期,载荷分析,筒体强度校核,稳定性校核,风的诱导振动,卡曼旋涡,塔设备的防振重点:填料塔结构,塔盘结构,塔设备载荷分析, 卡曼涡街难点: 风的诱导振动机理, 载荷分析,筒体强度校核Chapter 8 Reactors(5 学时)8.1 In
15、troduction8.1.1 Classification8.1.2 Characteristics8.2 Mechanical Agitated Reactor8.2.1 Basic Structure128.2.2 Agitated Vessel8.2.3 Agitator Impeller8.2.4 Shaft Design8.2.5 Sealing Device8.2.6 Gearing8.3 Development of Mechanical Agitated Reactors基本要求:反应器分类,机械式搅拌反应器的结构,搅拌器 ,搅拌容器,夹套结构,流动特性,搅拌器选型,影响搅拌
16、功率的因素,搅拌轴的力学模型,填料密封,机械密封,传动装置.重点: 搅拌器的分类及选用,密封装置,流动类型难点: 搅拌器的选型实验教学1.内压薄壁容器应力测定（3 学时）实验目的及要求:(1) 了解内压薄壁容器在内压作用下薄膜应力的分布规律(2) 验证薄壁容器筒体应力计算的理论公式(3) 掌握用电阻应变仪测定应力的基本原理及具体操作的过程和方法本实验的具体操作为重点，故而需 3 学时。2.高压容器内外壁应力测定（2 学时）实验目的及要求:(1) 测定高压容器筒体在内压作用下，内、外壁面的应力，并与理论公式比较(2) 了解高压液压下电阻应变测量的基本方法，如电阻片的保护，内壁的引线及压力效应的校
17、正等本实验以内壁液压下应力测量技术为重点3.厚壁筒体的爆破及测试实验（2 学时）实验的目的和要求:(1) 了解厚壁容器加载，塑性变形，应变硬化，最后大变形破坏的全过程(2) 测量厚壁圆筒的爆破压力，并与各种失效理论的结果进行比较(3) 了解大应变及数据采集的技术4.外压薄壁圆筒形容器失稳试验（1 学时）实验目的及要求:(1) 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下失稳的形态(2) 测定圆筒形容器的临界压力并与理论值进行比较具体实验的内容、方法详见实验指导书参考教材:1. 郑津洋等编,过程设备设计,北京,化学工业出版社,2005 年2. 自编, Process Equipment Design, 2003 年(2005 年 修订补充)
