1、化工设备机械基础综述摘要:化工设备机械基础是一门全面性很强，注重基本知识,基本理论和基本概念的学科，对于化工设备的介绍能更好的加深理解，同时本学科注重规范设计与实用方面的要求。在本学科的结构上主要分为三个部分，分别为化工设备材料篇，包括化工设备材料及其选择；化工容器设计篇，包括容器设计的基本知识，内压薄壁容器的应力分析，内压薄壁圆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篇，包括管壳式换热器的机械设计，塔设备的机械设计，搅拌器的机械设计。基本概括了进行化工设备设计所必备的基础，为理解化工设备设计及进一步学习机应用提供了条件。关键词：材料选择 主要部件 容器设计
2、正文：化工设备材料：化学工业是多品种的基础工业，为了适应化工生产的多种需要，化工设备的种类很多设备的操作条件也比较复杂。按操作压力来说，有真空，常压，低压，中压以至高压和超高压；按操作温度来说，有低温，常温，中温和高温；处理的介质大多数有腐蚀性，或为易燃，易爆，有毒，剧毒等。有时对于某种具体的设备来说，既有压力，温度要求，又有耐腐蚀性要求，而且这些要求有时还互相矛盾，有时某些条件又经常变化。因此，合理选用化工设备材料是设计化工设备的重要环节，在选择材料时，必须根据材料的各种性能及其应用范围，综合考虑具体的操作条件，抓住主要矛盾，遵循适用，安全和经济的原则。 所以，一般选用材料的要求有（ 1）材
3、料品种应符合我国资源和供应情况。 （2）材料可靠，能保证使用寿命。 （3）要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀。 （4）便于制造加工，焊接性能良好。（5）经济上合算。化工容器设计：材料的选择对于设计的容器至关重要，将直接决定容器的使用寿命，以及质量。而化工生产中所需要的容器种类多种多样，压力容器是其中一种，是一种能够承受压力载荷的密闭容器。一般来说，承受气态或液态介质压力的密闭容器都属于压力容器。壳体外部压力大于壳体内部压力的容器均称为外压容器。对于薄壁壳体来讲，内压薄壁圆筒受的是拉应力，而外压薄壁圆筒所受的是压应力，这种压缩应力的数值与内压容器相同，只是改变了应力的方向，然
4、而，正是由于方向的改变，使得外压容器失效形式与内压不同。外压容器很少因为强度不足发生破坏，常常是因为刚度不足而发生失稳。圆筒失稳时，在绝大多数情况下，筒壁内的压应力并没有达到材料的屈服点（是弹性失稳） 。故这种情况失稳与材料的屈服点无关，只与材料的弹性模数 E 和泊松比 有关。材料的弹性模数 E 和泊松比 越大，其抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接或法兰接头，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。管道法兰系指管道装置中配管用的
5、法兰，用在设备上系指设备的进出口法兰。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰分螺纹连接（丝扣连接）法兰、焊接法兰和卡夹法兰。法兰都是成对使用的,低压管道可以使用丝接法兰，四公斤以上压力的使用焊接法兰。两片法兰盘之间加上密封垫，然后用螺栓紧固。不同压力的法兰厚度不同，它们使用的螺栓也不同。水泵和阀门，在和管道连接时，这些器材设备的局部，也制成相对应的法兰形状，也称为法兰连接。影响法兰密封的因素有螺栓预紧力，法兰密封面形式，垫片性能，法兰的刚度等。平焊法兰适用于公称压力不超过 2.5MPa 的钢管道连接.平焊法兰的密封面可以制成光滑式，凹凸式和榫槽式三种.光滑式平焊法兰的应用量最大
6、.多用于介质条件比较缓和的情况下，如低压非净化压缩空气、低压循环水。带颈平焊法兰，颈部高度较低，对法兰的刚度、承载能力有所提高。与对焊法兰相比，焊接工作量大，焊条耗量高，经不起高温高压及反复弯曲和温度波动，但现场安装较方便，可省略焊缝拍揉伤的工序，较受欢迎。压力容器的支座主要分成卧式容器支座，立式容器支座与球形容器支座。立式容器支座常可分为耳式，支承式，腿式和裙式座。卧式容器支座一般可分鞍式，圏座式及支腿式三种。典型化工设备的机械设计：管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高
7、温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度
8、差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。 U 型管式换热器 每根换热管皆弯成 U 形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达 10000W/m2。同时这种结构实现了耐
9、腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。除了换热器外，另一个典型的化工设备是塔设备。总的来说，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类，都是由塔体，内构件，支座和附件构成。塔体包括筒体，封头，和联接法兰等；内构件指塔体或填料及其支撑装置；支座一般为裙式支座；附件包括人孔，进出料接管，各仪表接管，液体和气体的分配装置，塔外的扶梯，平台和保温层等。体会：化工设备机械基础涉及的内容较广，目的是获得基础力学。金属材料知识，具备设计常、低压化工设备和对再用压力容器进行强度、稳定校核的能力，能够对通用的传动零件进行简单的选型、核算和正常
10、的维护使用，并了解压力容器监督管理法规，在今后工作中遵守实这本书的内容注重课本知识与实际应用的联系，加强基础和学以致用。讲述的方法适应化工工艺专业，内容深入浅出，还有一定的自学内容，用以提升自学能力。课本的附录很多，很好的补充了相关的知识，方便学习。在学习化工设备机械基础之前觉得是门较难的学科，不仅有很多的内容，而且还都复杂，实际应用性强。总结在课程中多次出现的问题，进行总结定会给你豁然开朗的感觉。在总结中会发现，各知识点之间存在着一定的联系，通过对比，对其相互关系、应用条件等会有更深的理解，初学化工设备机械基础一定要有自己的笔记本，在课堂上做笔记，在自习时进行总结，并随时记下自己学习中的问题。只有经历刻苦学习转化为自己的东西才是终身有用。
