过程设备设计(【)教案 绪论(2学时) (总第0-2学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 1. 本课程简介：专业核心课、特色课。对象：化工静设备 1过程设备的应用举例： 2. 常用参考书简介：王志文的《化工容器设计》，聂清德的《化工设备设计》等。 (1)生活中的压力锅（火焰加热容器，绘图）： 3.绪论主要内容： (2)移动压力容器（医用氧气瓶工业用气瓶等） (1)过程设备的应用：所有的工业过程 2.材料的强度保证：绘应力-应变图，讲解屈服点、 (2)过程设备的特点：非标设备、化机电一体化、外壳一般为压力容器。 抗拉强度、弹性范围、塑 (3)过程设备的基本要求：安全可靠、满足过程要求、综合经济性好、易于操作 性范围、材料失效、韧性、 维护和控制、优良的环境性能。 材料曲线与温度的关系 (4)过程设备设计概述：基本设计步骤、影响参数设计的因素。 等概念。 (5)本课程的内容：14章：压力容器设计（具体内容？为什么？）、5-8章：化3.本课程学时安排：对照课本目录将全部课本70 工设备设计（四种设备的设计？结果？）。 学时的进度安排告知学生。 互动题目： 作业题（思考题）： 请举几个你见到的生活中的压力容器的例子？ 2 请说说设备有压力和没有压力时设计应有什么区别？ 对于里面有化学反应的容器是否应对压力、温度进行监测、控制？
过程设备设计（Ⅰ）教案 绪论（2 学时） （总第 0-2 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1. 本课程简介：专业核心课、特色课。对象：化工静设备 2. 常用参考书简介：王志文的《化工容器设计》，聂清德的《化工设备设计》等。 3. 绪论主要内容： （1）过程设备的应用：所有的工业过程 （2）过程设备的特点：非标设备、化机电一体化、外壳一般为压力容器。 （3）过程设备的基本要求：安全可靠、满足过程要求、综合经济性好、易于操作、 维护和控制、优良的环境性能。 （4）过程设备设计概述：基本设计步骤、影响参数设计的因素。 （5）本课程的内容：1-4 章：压力容器设计（具体内容？为什么？）、5-8 章：化 工设备设计（四种设备的设计？结果？）。 1.过程设备的应用举例： （1）生活中的压力锅（火焰加热容器，绘图）； （2）移动压力容器（医用氧气瓶工业用气瓶等） 2. 材料的强度保证：绘应力-应变图，讲解屈服点、 抗拉强度、弹性范围、塑 性范围、材料失效、韧性、 材料曲线与温度的关系 等概念。 3. 本课程学时安排：对照课本目录将全部课本 70 学时的进度安排告知学生。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 请举几个你见到的生活中的压力容器的例子？ 2. 请说说设备有压力和没有压力时设计应有什么区别？ 3. 对于里面有化学反应的容器是否应对压力、温度进行监测、控制？ 无
过程设备设计(【)教案 1.1压力容器总体结构(1学时)，12压力容器分类(1学时) (总第3-4学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 1.1压力容器总体结构 1.筒体制作方法以及对比 1.压力容器基本组成： 三棍滚圆机、四棍滚圆机卷压简体：用锻件等， (1)筒体：(2)封头：(3)密封装置：(4)开孔与接管：(5)支座：(6) 讲述筒体的加工工艺。 安全附件。 2.椭圆封头制作方法以及对比 2.压力容器零部件间的焊接 用水压机或油压机冲压，旋压机旋压，大直径封 焊接结构设计（接头的形式（如对接、搭接、角接）：坡口形式和尺寸：焊接方 头的板材拼接等内容。 法（如手工焊、自动焊等）：检验要求（表面探伤、透射探伤等）) 3.焊接全过程：开坡口、焊接、焊后检验（破坏 1.2压力容器分类 性检验、无损检验) 1,介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等。 4.《容规》将压力容器分为三类。依据： 2.压力容器分类：按压力等级、按容器在生产中的作用、按安装方式、按安全技 (1)压力P:(2)压力×容积：(3)介质危害程 术管理分类。 度：(4)容器的作用 互动题目： 作业题（思考题）： 1.一般中低压容器的圆筒体是采用锻件还是钢板卷制而成？ P21:1,2 3 在对接、搭接、角接这三种焊接基本形式中，哪种焊接结构最好？ 在容器的分类方法中，哪种方法最为合理，为什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 1.1 压力容器总体结构（1 学时），1.2 压力容器分类（1 学时） （总第 3-4 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1.1 压力容器总体结构 1. 压力容器基本组成： （1） 筒体；（2）封头；（3）密封装置；（4）开孔与接管；（5）支座；（6） 安全附件。 2. 压力容器零部件间的焊接 焊接结构设计（接头的形式（如对接、搭接、角接）；坡口形式和尺寸；焊接方 法（如手工焊、自动焊等）；检验要求（表面探伤、透射探伤等）） 1.2 压力容器分类 1. 介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等。 2. 压力容器分类：按压力等级、按容器在生产中的作用、按安装方式、按安全技 术管理分类。 1. 筒体制作方法以及对比 三棍滚圆机、四棍滚圆机卷压筒体；用锻件等， 讲述筒体的加工工艺。 2. 椭圆封头制作方法以及对比 用水压机或油压机冲压，旋压机旋压，大直径封 头的板材拼接等内容。 3. 焊接全过程：开坡口、焊接、焊后检验（破坏 性检验、无损检验） 4.《容规》将压力容器分为三类。依据： （1）压力 p；（2）压力×容积；（3）介质危害程 度；（4）容器的作用 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 一般中低压容器的圆筒体是采用锻件还是钢板卷制而成？ 2. 在对接、搭接、角接这三种焊接基本形式中，哪种焊接结构最好？ 3. 在容器的分类方法中，哪种方法最为合理，为什么？ P21：1,2
过程设备设计(【)教案 1.3压力容器规范标准(1学时)，2.1载荷分析(1学时) (总第5-6学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 13.1国外主要规范标准简介 1.展示国内各种标准：（太多，不全列出) 1.美国ASME规范 《压力容器安全技术监察规程》 2.日本压力容器标准 GB150-1998《钢制压力容器》 3.欧盟压力容器标准 GB151-1999《管壳式换热器》 13.2国内主要规范标准简介 JB4710-2005《钢制塔式容器》 《压力容器安全技术监察规程》：《超高压容器安全技术监察规程》 JB4731-2005《钢制卧式容器》 GB150-1998《钢制压力容器》：JB4732-2005《钢制压力容器一分析设计标准》 JB4700-4707-2000《压力容器法兰》 2.1.1载荷 JB4732-2005《钢制压力容器一分析设计标准》 压力载荷、非压力载荷、交变载荷 2.绘图举例： 2.1.2载荷工况 塔在三种基本工况下的受力情况 定义、三种基本工况（正常操作工况、特殊载荷工况、意外载荷工况） 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 各国为什么都要制定相应的压力容器标准？ P21:3,4 课本p379附录A中压力容器设计的常用标准有哪些？ 3.为什么要区分三种不同的载荷工况？
过程设备设计（Ⅰ）教案 1.3 压力容器规范标准（1 学时），2.1 载荷分析（1 学时） （总第 5-6 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1.3.1 国外主要规范标准简介 1. 美国 ASME 规范 2. 日本压力容器标准 3. 欧盟压力容器标准 1.3.2 国内主要规范标准简介 《压力容器安全技术监察规程》；《超高压容器安全技术监察规程》 GB150-1998《钢制压力容器》；JB 4732-2005《钢制压力容器－分析设计标准》 2.1.1 载荷 压力载荷、非压力载荷、交变载荷 2.1.2 载荷工况 定义、三种基本工况（正常操作工况、特殊载荷工况、意外载荷工况） 1. 展示国内各种标准：（太多，不全列出） 《压力容器安全技术监察规程》 GB150-1998《钢制压力容器》 GB151-1999《管壳式换热器》 JB 4710-2005《钢制塔式容器》 JB 4731-2005《钢制卧式容器》 JB 4700-4707-2000《压力容器法兰》 JB 4732-2005《钢制压力容器－分析设计标准》 2. 绘图举例： 塔在三种基本工况下的受力情况 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 各国为什么都要制定相应的压力容器标准？ 2. 课本 p379 附录 A 中压力容器设计的常用标准有哪些？ 3. 为什么要区分三种不同的载荷工况？ P21：3,4
过程设备设计(【)教案 2.2.1薄壁圆筒的应力2.2.2回转薄壳的无力矩理论2.2.3无力矩理论的基本方程（共2学时） (总第7-8学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 概念：壳体、壳体中面、薄壳、薄壁圆柱壳或薄壁圆筒、厚壁圆柱壳或厚壁圆筒 1.薄壁与厚壁容器的分界线：Do/Di≤1.1-1.2 2.2.1薄壁圆筒的应力 2.为什么采用先从特殊到一般，再从一般到特殊 推导思路：特殊壳体一般壳体特殊壳体 的推导过程： 基本假设。圆柱面上任一点应力分析。三向应力状态两向应力状态。截面法求 两向应力：0。=20。 特殊（圆柱体，两向应力可求出），一般（任意 2.2.2回转薄壳的无力炬理论 回转壳，方程联立可求出两向应力)，一般（压 1.回转薄壳的几何要素：回转薄壳、母线、极点、经线平面、经线、平行圆、法 力容器常用壳体，采用一般的结论，均可求出两 线、第一主曲率半径R1、第二主曲率半径R2、平行圆半径 向应力) 2.无力矩理论与有力矩理论 无力矩理论或薄膜理论（静定）、有力矩理论或弯曲理论（静不定） 3.本节所讲的薄壁壳体均是采用无力矩理论。 2.2.3无力矩理论的基本方程 4.绘图：微元体的力平衡（图25）、部分容器静 上亮体微元及其内力分量.2微元平衡方程（图2,5)受受-号 力平衡（图2-6）-ppt翻页后还能够根据黑板 3.区域平衡方程（图2-6）V='=2πrg1cosa 上的图形继续讲解。 互动题目： 作业题（思考题）： 薄壁容器是儿向应力状态？为什么不是三向应力状态哪？ P84:1,2 P85:1 2. 回转薄壳的定义是什么？薄壁圆筒体是回转薄壳吗？为什么？ 3 为什么要采用微元平衡方程和区域平衡方程联立求解两向应力？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.2.1 薄壁圆筒的应力 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 2.2.3 无力矩理论的基本方程（共 2 学时） （总第 7-8 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 概念：壳体、壳体中面、薄壳、薄壁圆柱壳或薄壁圆筒、厚壁圆柱壳或厚壁圆筒 2.2.1 薄壁圆筒的应力 推导思路：特殊壳体--一般壳体--特殊壳体 基本假设。圆柱面上任一点应力分析。三向应力状态---两向应力状态。截面法求 两向应力： 2 σθ = σϕ 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 1. 回转薄壳的几何要素：回转薄壳、母线、极点、经线平面、经线、平行圆、法 线、第一主曲率半径 R1、第二主曲率半径 R2、平行圆半径 r 2. 无力矩理论与有力矩理论 无力矩理论或薄膜理论（静定）、有力矩理论或弯曲理论（静不定） 2.2.3 无力矩理论的基本方程 1. 壳体微元及其内力分量。2. 微元平衡方程（图 2-5） 1 2 p RR t ϕ θ σ σ+ = 3. 区域平衡方程（图 2-6） ' 2 cos VV r t = = π mσ α ϕ 1. 薄壁与厚壁容器的分界线：Do/Di≤1.1-1.2 2. 为什么采用先从特殊到一般，再从一般到特殊 的推导过程： 特殊（圆柱体，两向应力可求出），一般（任意 回转壳，方程联立可求出两向应力），一般（压 力容器常用壳体，采用一般的结论，均可求出两 向应力） 3. 本节所讲的薄壁壳体均是采用无力矩理论。 4. 绘图：微元体的力平衡（图 2-5）、部分容器静 力平衡（图 2-6）----ppt 翻页后还能够根据黑板 上的图形继续讲解。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 薄壁容器是几向应力状态？为什么不是三向应力状态哪？ 2. 回转薄壳的定义是什么？薄壁圆筒体是回转薄壳吗？为什么？ 3. 为什么要采用微元平衡方程和区域平衡方程联立求解两向应力？ P84: 1,2 P85: 1
过程设备设计(【)教案 2.2.4无力矩理论的应用2.2.5回转薄壳的不连续分析(2学时) (总第9-10学时) 主要内容：（ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.2.4无力矩理论的应用 1. 要求学生会推导并记忆球形壳体、薄壁圆筒承 1.承受气体内压的回转薄壳：球形壳体、薄壁圆筒、锥形壳体、椭球形壳体 受气压的两向应力公式。 2.储存液体的回转薄壳：圆筒形壳体、球形壳体 2.改正图2-9的错误，并推导a/=1.1.42.2.3四种 3.无力矩理论应用条件：①②③ 情况下当x=0时两向应力的值。（图中的纵坐标 应为pah:第4张图中交点是1.5而不是2.0) 2.2.5回转薄壳的不连续分析 3.2.2.5节的推导思路仍然是特例（圆柱壳） 1,不连续效应与不连续分析的基本方法：不连续效应、不连续分析的基本方法 一般(p40没讲)--特例（厚平板与圆柱壳的 2.圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：求解基本微分方程、求微分方程的 连接) 解、求内力、求应力 “一般”情况没有讲，主要是因为太复杂。 3.组合壳不连续应力的计算举例：以圆平板与圆柱壳连接时的边缘应力计算为 4.当弯曲应力与薄膜应力是同一数量级时必 例，说明边缘应力计算方法。 须考虑弯曲应力。 4.不连续应力的特性：局部性、自限性 5 造成不连续的可能性：曲率突变、厚度突变、 5.不连续应力的工程处理 载荷突变、温度突变、 材料突变等。 塑性材料、受静载荷：设计中一般不作具体计算，仅结构上作局部处理。 6.壳体应力--薄膜解（一次解、主要解）：有矩 脆性材料、受疲劳载荷，或低温载荷：对过高的不连续应力十分敏感，可能导 解（二次解、次要解） 致疲劳失效或脆性破坏。设计中按有关规定计算并限制不连续应力。 互动题目： 作业题（思考题）： 对于承受气体内压、储存液体的回转薄壳在计算壳体内力时是否考虑了壳体的P84:3,4 重量，为什么？ P85:2,3.4,5,6 2. 对于回转薄壳为什么要进行不连续分析？ 3. 复杂的不连续应力计算在一般工程计算中是否必须做？工程上如何处理？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.2.4 无力矩理论的应用 2.2.5 回转薄壳的不连续分析（2 学时） （总第 9-10 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.2.4 无力矩理论的应用 1. 承受气体内压的回转薄壳：球形壳体、薄壁圆筒、锥形壳体、椭球形壳体 2. 储存液体的回转薄壳：圆筒形壳体、球形壳体 3. 无力矩理论应用条件：①②③ 2.2.5 回转薄壳的不连续分析 1. 不连续效应与不连续分析的基本方法：不连续效应、不连续分析的基本方法 2. 圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：求解基本微分方程、求微分方程的 解、求内力、求应力 3. 组合壳不连续应力的计算举例：以圆平板与圆柱壳连接时的边缘应力计算为 例，说明边缘应力计算方法。 4. 不连续应力的特性：局部性、自限性 5. 不连续应力的工程处理 塑性材料、受静载荷：设计中一般不作具体计算，仅结构上作局部处理。 脆性材料、受疲劳载荷，或低温载荷：对过高的不连续应力十分敏感，可能导 致疲劳失效或脆性破坏。设计中按有关规定计算并限制不连续应力。 1. 要求学生会推导并记忆球形壳体、薄壁圆筒承 受气压的两向应力公式。 2. 改正图 2-9 的错误，并推导 a/b=1,1.42,2,3 四种 情况下当 x=0 时两向应力的值。（图中的纵坐标 应为 pa/t；第 4 张图中交点是 1.5 而不是 2.0） 3. 2.2.5 节的推导思路仍然是特例（圆柱壳）---- 一般（p40 没讲）----特例（厚平板与圆柱壳的 连接） “一般”情况没有讲，主要是因为太复杂。 4. 当弯曲应力与薄膜应力是同一数量级时----必 须考虑弯曲应力。 5. 造成不连续的可能性：曲率突变、厚度突变、 载荷突变、温度突变、 材料突变等。 6. 壳体应力----薄膜解（一次解、主要解）；有矩 解（二次解、次要解） 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 对于承受气体内压、储存液体的回转薄壳在计算壳体内力时是否考虑了壳体的 重量，为什么？ 2. 对于回转薄壳为什么要进行不连续分析？ 3. 复杂的不连续应力计算在一般工程计算中是否必须做？工程上如何处理？ P84: 3,4 P85: 2,3,4,5,6