化工機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)習(xí)題

1.壓力容器按照壓力、溫度、監(jiān)察管理各是怎樣分類的？2.鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑指的是哪個直徑？無縫鋼管制作筒體時，公稱直徑指的3.承受氣體壓力的圓筒和圓錐形殼體的應(yīng)力有什么特點？標(biāo)準(zhǔn)橢圓殼的應(yīng)力又是怎樣的？7.比較半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭的受力情況。1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？7.為什么壓力容器殼體上開孔尺寸較小時可不另行補(bǔ)強(qiáng)？8.GB150-1998對壓力容器開孔的最大直徑是如何規(guī)定的？根據(jù)薄壁圓筒強(qiáng)度計算公式：其最大許可承壓根據(jù)薄壁圓筒強(qiáng)度計算公式：其最大許可承壓P為：n焊接系數(shù)為φ=0.85，試求筒體的最大應(yīng)力。解:作用在內(nèi)壓薄壁圓筒上的環(huán)向應(yīng)力最大，根據(jù)內(nèi)壓薄壁圓筒應(yīng)力計算公式得：作用在圓筒上最大環(huán)向應(yīng)將數(shù)據(jù)代入公式得：σ1=2*（2000+202*20=101Mpa。2.某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1600mm。工作溫度為5℃~10采用雙面對接焊縫，局部無損探傷，凸形封頭上裝有安全閥，試計算釜體壁厚?！窘狻縲2=0（對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時）ttcnn(3)水壓試驗校核ee應(yīng)力校核3.材料為20的無縫鋼管，規(guī)格為φ57×3.5，求在室溫和400℃時，各能耐多大的壓力，按不考慮壁厚附加量和C=1.5mm兩種情況計算。n--inieDi=57-3.5*2=50代入上式得：【P】=2*86*0.9*3.5/50+3.5【P】=10.127MPa(400℃時),在常溫時，【P】=2*130*0.9*3.5/50+3.5=15.308MPa.若考慮壁厚附加量和C=1.5mm，那么δe=δn-c，δe=2，在室溫時，【P】=2*130*0.9*2/（50+2）=9Mpa。在400℃時，【P】=2*86*0.9*2/(50+2)=2.98Mpa。4.今欲設(shè)計一臺反應(yīng)器，直徑為3000mm，采用雙面對接焊縫，100％探傷。工作壓力為1．8MPa，工作溫度450℃,試用20R和16MnR兩種材料分別設(shè)計反應(yīng)器的厚度，并作分析比較。根據(jù)內(nèi)壓容器設(shè)計壁厚公式得;ip根據(jù)兩種材料屬于單面腐蝕，取腐蝕裕量為1mm,焊縫系數(shù)均為1，20R大于32mm就需要熱處理，成本高且重量大。使用16mnR經(jīng)濟(jì)合理。5.乙烯貯罐，內(nèi)徑1600mm，壁厚16mm，設(shè)計壓力為2．5MPa，工作溫度-35℃,材料為16MnR。采用雙面對接焊，局部無損探傷，壁厚附加量C＝1.5mm，試校核強(qiáng)度。根據(jù)筒體強(qiáng)度校核公式：e)e[σ]tφ=170*0.85=144.5MPa.σt小于[σ]tφ,強(qiáng)度合格。6.設(shè)計容器筒體和封頭壁厚。已知內(nèi)徑1200mm，設(shè)計壓力1．8MPa，設(shè)計溫度40℃,材質(zhì)為20R，介質(zhì)無大根據(jù)內(nèi)壓圓筒設(shè)計壁厚公式得：pD厚度選擇6-16mm，設(shè)計溫度40℃下[σ]t=133MPa.焊縫系數(shù)為1,C2=2mm,]tipmm.C1=0.8mm,考慮到鋼板負(fù)偏差圓整封頭的選擇：容器的封頭通常有橢圓形、半球形、蝶形、球冠形、錐形、平板封頭。由于半球形封頭盡管受應(yīng)力最小，但制造困難，所以一般不采用；橢圓封頭應(yīng)力分布連續(xù)，且制造容易；蝶形封頭曲率半徑變化不連續(xù)，產(chǎn)生邊緣應(yīng)力大，在相同受力條件下碟形封頭的壁厚要比橢圓形封頭厚度要大些；錐形封頭主要用于蒸發(fā)器、結(jié)晶器、噴霧干燥器、沉降器等的底部，優(yōu)點是便于收集和卸除這些設(shè)備中的固體物料，缺點是由（標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭），如忽略分母中的微小差異，兩個公式完全一樣，取δn=11mm.某工廠脫水塔塔體內(nèi)徑為Di＝700mm。壁厚為δn＝12mm，工作溫度為180℃。壓力為2MPa。材質(zhì)為20R。塔體采用手工電弧焊，局部探傷，壁厚附加量為C＝2mm，試校核塔體工作與水壓試驗強(qiáng)度。en焊縫系數(shù)為0.85t＜[σ]tφ,該塔筒體強(qiáng)度滿足。se8.有一長期不用的反應(yīng)釜，經(jīng)實測內(nèi)徑為1200mm，最小壁厚為10mm，材質(zhì)為Q235-A，縱向焊縫為雙面對接焊，是否曾作探傷不清楚，今欲利用該釜承受1MPa的內(nèi)壓力，工作溫度為200℃,介質(zhì)無腐蝕性，裝設(shè)安全閥，試判斷該釜能否在此條件下使用。9.有一臺聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材質(zhì)為0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允許解：首先判斷外壓圓筒的臨界長度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe,Do=1580mm,δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17*1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒體高度，所以屬于短圓筒。根據(jù)短圓筒臨界壓力計算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84*105Mpa,帶入上式得：Pcr=2.59*1.84*105*（10.2/1580）2.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系數(shù)為m=3,則【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允許外壓力為0.119MPa.蒸汽溫度為160℃,干燥器筒身由三節(jié)組成，每節(jié)長1000mm，中間用法蘭聯(lián)接。材質(zhì)選用Q235-A，夾套焊接條件自定。介質(zhì)腐蝕性不大，試確定干燥器及其夾套的壁厚。【解】一.設(shè)計干燥器筒身。pc=0.53-0=0.53MPa,C2=2mm（雙面腐蝕φ=0.8（單面帶墊板對接焊，局部無損檢驗）。2.設(shè)計壁厚：（1）.設(shè)Sn=8mm,則δe=8-2-0.8=5.2mmDO=500+2*8=516mm,L/D0=3000/516=5.8，DO/Se=99。（2）查圖5-5，得A=0.00019，查圖5-8，B=25MPa。（3）[p]=B*δe/DO=25/99=0.25＜pc.穩(wěn)定性不夠，采取加加強(qiáng)圈方法。設(shè)置兩個加強(qiáng)圈，則L=3000/3=1000mm.(1)設(shè)壁厚Sn=8mm,L/DO=1000/516=1.94,D0/Se=99(2)查圖5-5得A=0.00065,查圖5-8得B=92。(3)[p]=BSe/DO=92/99=0.91＞pc且接近。名義壁厚為8mm3.水壓試驗校核:PT1=1.25p=1.25×0.53=0.66MPaes干燥器筒體水壓試驗合格。）：c查得C1=0.3mm,名義壁厚δn=4mm（滿足最小壁厚要求）。eSp<[p],夾套在水壓試驗時筒體不會失穩(wěn)。T2.用Q235-A鋼板制造。該釜開始是常壓操作，然后抽低真空，繼之抽高真空，最后通0.3MPa的氮氣。釜內(nèi)物料溫度＜275℃,夾套內(nèi)載熱體最大壓力為0.2MPa。整個釜體與夾套均采用帶墊板的單面手工對接焊縫，局部探傷，介質(zhì)無腐蝕性，試確定釜體和夾套壁厚。12今有一直徑為640mm，壁厚為4mm、筒長5000mm的容器，材料為Q235-A，工作溫度為200℃,試問該容.器能承受0.1MPa外壓？如不能承受，應(yīng)加幾個加強(qiáng)箍？因名義壁厚δn=4mm，查得C2=1mm、C1=0.3mm.E=1.86*105MPaδe=δn-C=2.7mm。L/D0=5000/640=7.8D0/δe=640/2.7=237，經(jīng)查圖可得：A=0.00004，在曲線左方，代入公式,[P]=2AE/3（D/δe）0[P]=2*0.00004*1.86*105MPa/3*237=0.021MPa,工作外壓P=0.1MPa＞[P]，所以不能承受該外壓。需要補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈的最大間距為L=2.59ED(δe/D)2.5=2.59*1.86*105*640*(2.7/640)2.5/(3*0.1)=1188mm。加補(bǔ)強(qiáng)箍個數(shù)為N=5000/1188=4.21，需要增設(shè)4個加強(qiáng)箍。13試設(shè)計一中間試驗設(shè)備-輕油裂解氣廢熱鍋爐汽包筒體及標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚，并畫出封頭草圖，注明尺寸。己知設(shè)計條件為：設(shè)計壓力1.2MPa，設(shè)計溫度為350℃,汽包內(nèi)徑450mm，材質(zhì)為16MnR，筒體帶墊14試設(shè)計一反應(yīng)釜錐形底的壁厚，該釜內(nèi)徑為800mm，錐底接一公稱直徑DN150(外徑為159mm)的接管。錐.底半頂角為45°,釜的設(shè)計壓力為1.6MPa，工作溫度為40℃,釜頂裝有安全閥，介質(zhì)無大腐蝕性，材質(zhì)為Q235一A。解：首先確定錐殼是否下需要加強(qiáng)，根據(jù)已給參數(shù)，Pc=1.1P=1.1*1.6=1.76Mpa，[σ]T=113Mpa，焊縫系數(shù)φ=0.85，Pc/[σ]Tφ=0.0183，半頂角α=45°,查圖10-27，需要增加厚度。r.為100mm，操作溫度300℃,操作壓力0.25MPa，材質(zhì)Q235一A。繪出法蘭結(jié)構(gòu)圖并注明尺寸?！窘狻浚?）塔節(jié)與封頭的聯(lián)接法蘭——容器法蘭根據(jù)該塔的工藝條件：溫度、壓力及塔徑，塔節(jié)與封頭聯(lián)接的法蘭應(yīng)該選用甲型平焊法蘭。根據(jù)操作溫度、設(shè)計壓力和使用材料，由表6-4可知應(yīng)按法蘭的公稱壓力為0.6MPa來選擇尺寸。由附錄十四表32查得法蘭各部尺寸，并繪注于圖1中。由表6-1可采用平面密封面，墊片材料為石棉橡膠板，寬度從表6-3中查得值為20mm。聯(lián)接螺栓為M20，共24個，材料由表6-6查得為35。螺母材料為Q235-A。（2）出料口接管法蘭——管法蘭根據(jù)計算壓力、法蘭材質(zhì)和工作溫度查附錄十五表34，確定接管法蘭的公稱壓力為0.25MPa；根法蘭PL100-0.25RFQ235-A。根據(jù)公稱壓力、工作溫度由附錄十五表35查得墊片選用石棉橡膠墊圈，螺栓、螺柱材質(zhì)為35。由表36得法蘭各部尺寸及螺栓、螺柱規(guī)格，并繪于圖2中。圖2突面板式平焊管法蘭（HG20592法蘭PL100-0.25RFQ235-A）16為一不銹鋼(1Crl9Ni9)制的壓力容器配制一對法蘭，最大工作壓力為1.6MPa，工作溫度為150℃,容器內(nèi).徑為1200mm。確定法蘭型式，結(jié)構(gòu)尺寸，繪出零件圖。在直徑為1200mm的液氨貯罐上開一個450圓形人孔，試配制該人孔法蘭(包括法蘭、墊片、螺栓)。.9.有一臺聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材質(zhì)為0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允解：首先判斷外壓圓筒的臨界長度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe,Do=1580mm,δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17*1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒體高度，所以屬于短圓筒。根據(jù)短圓筒臨界壓力計算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84*105Mpa,帶入上式得：Pcr=2.59*1.84*105*（10.2/1580）2.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系數(shù)為m=3,則【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允許外壓力為0.