化工设备设计基础教学大纲2014.doc

化工设备设计基础教学大纲课程名称：化工设备设计基础 Fundamentals of Chemical Engineering Equipment课程类别：学科基础教育必修课程开课单位：化学与化工系 课程编码： 总学时数：48+8 学 分： 3.5适用专业：化学工程，制药工程 先修课程：机械制图，化工原理等考核方式：闭卷 一、课程内容理论部分（一）工程力学基础1. 刚体的受力分析及其平衡规律2. 金属的机械性能，直杆的拉伸,3. 直梁的弯曲4. 圆轴的扭转5. 压杆稳定（二）化工设备材料及其选择1. 金属材料各种性能及主要指标2. 碳钢和合金钢3. 有的金属和非金属4. 金属的腐蚀与防护（三）化工容器设计1. 容器设计的基础知识 2. 压力容器中的薄膜应力、应力分析和边缘应力 3. 内压薄壁圆筒及封头设计 4. 压力容器的强度校核 5. 外压容器设计 6. 压力容器的零部件及其选用 （四）塔设备 1. 板式塔，填料塔的结构设计 2. 板式塔，填料塔的的机械设计管壳式换热器（五）换热器1. 换热器的结构设计2. 换热器的机械设计（六） 反应釜1. 反应釜的结构2.搅拌器的结构及设计实验部分：实验一 内压薄壁容器的应力测定实验实验二 外压薄壁圆筒形容器失稳实验 二、大纲说明（一）课程的性质和任务本课程是化工、应用化学、环境、安全类专业跨专业大类课程之一，也是化工大类专业学生学习和掌握化工容器和设备知识及其基本设计方法的必修课程, 具有很强的工程性和实用性。本课程的任务是，使学生掌握工程力学基础,化工设备常用材料的主要性能、牌号、用途及选材方法；掌握薄壁容器及其零部件的设计和标准选用的基本方法；掌握典型化工设备的结构和机械设计方法，使学生具有化工容器及设备设计的初步能力。能够为为工艺生产提出合理的设备要求，为从事化工设备的设计、使用、管理打下坚实的基础。（二）课程教学的基本要求 通过本课程的学习使学生掌握化工容器及设备的力学基础，材料选择，及基本设计方法。1.熟练掌握静力学基本知识；会分析约束与约束反力，画受力图； 列平衡方程；2.掌握轴向拉伸与压缩杆件的受力与变形特点， 拉伸和压缩的强度计算，掌握外力偶矩的计算，扭矩及扭矩图；剪应力定理和剪切虎克定律，剪应变.理解圆轴扭转时剪应力分布情况。 熟练掌握梁弯曲正应力计算及强度条件的应用； 熟练掌握和应用扭转强度、刚度条件进行圆轴的设计和校核。3.了解梁的支座及梁的基本形式；梁弯曲时横截面上内力（剪力Q和弯矩M）的求取，了解压杆稳定的基本概念,知道临界力的含义,掌握压杆稳定的计算.4.熟练掌握金属材料的机械性能的主要指标概念.了解金属材料的物理性能、化学性能及工艺性能.了解铁碳合金组织、结构及其对性能的影响；掌握钢的化学成分对钢的性能影响，掌握碳钢、铸铁、低合金钢、不锈钢和特种钢的分类，牌号，特性及用途。了解钢材常用热处理工艺及其作用，了解化工设备形成化学腐蚀、电化学腐蚀的条件，以及化工设备腐蚀破坏的形式及防腐措施，了解选材的原则，会运用选材原则对化工设备进行选材。5了解压力容器的分类与管理，掌握容器设计的基本要求，基本掌握容器零部件标准化的概念，了解压力容器基本法规和标准6了解薄膜应力理论，掌握圆筒、球壳、椭圆壳、锥壳等壳体的应力分布特点，掌握这些壳体的薄膜应力的计算了解边缘应力的概念及其特性，掌握内压薄壁圆筒的强度设计方法及其设计公式，掌握容器设计中设计参数的选择和确定。掌握椭圆形、球形封头的结构及强度设计方法，了解锥形封头和平板封头的设计方法7.掌握失稳概念和外压圆筒设计准则，掌握临界压力的概念及影响临界压力的因素，掌握外压圆筒设计的工程图算法，了解加强圈的作用及结构8.掌握法兰连接的密封原理、结构形式和分类，了解法兰密封垫的选择，掌握法兰标准及其标准的使用方法，掌握容器支座（双鞍支座）的结构、安装方法及其标准选用，掌握容器开孔补强的原则及其设计方法9.掌握塔设备所受载荷特点及其计算，掌握塔设备危险截面处的应力分布，其应力组合计算，了解塔设备机械设计方法10掌握列管式换热器的结构特点；管板与管子、管板与壳体的连接方式，了解温差应力的产生原因、计算方法；温差应力的补偿措施11.了解搅拌器的作用、型式及选型，搅拌器的功率及影响因素，传动装置及搅拌轴、轴封等结构.掌握反应釜的机械设计步骤及相关计算.（三）课程内容各层次的教学重点、难点、教学环节及教学方法的建议1 工程力学重点:静力学公理，约束及约束反力的概念，物体受力分析及受力图。拉、压杆的内力，应力和变形，胡克定律。材料的力学性能，弯曲正应力及按正应力进行强度计算。剪切虎克定律,圆轴扭转时的内力、应力和变形的计算及圆轴扭转时的强度条件。难点:约束反力的确定以及物体受力分析。绘制剪力图和弯矩图。圆轴扭转时的强度计算和刚度计算。临界压力的确定.。2.化工设备材料及其选择 重点：碳钢、低合金钢、合金钢的性能及选用的基本原则，化工设备的防腐措施难点：碳钢与铸铁的组织,结构,分类及牌号，运用选材原则对化工设备进行选材3化工容器设计 重点：典型压力容器的应力分析，内压薄壁圆筒及封头的强度设计方法及其设计公式。失稳概念和外压圆筒设计准则，法兰连接的密封原理、结构形式和分类,选择容器支座（双鞍支座）的结构、安装方法及其标准选用。难点:容器设计中设计参数的选择和确定。外压圆筒设计的工程图算法。容器开孔补强的原则及其设计方法教学方法：图片和工程实例 4.塔设备重点:塔设备所受载荷特点及其计算难点:塔设备危险截面处的应力分布及其应力组合计算 5.列管式换热器重点:温差应力的产生原因、计算方法；温差应力的补偿措施难点:掌握拉脱力产生的原因及计算方法6反应釜重点:反应釜的机械设计步骤及相关计算难点:搅拌器的选型，搅拌器的功率及影响因素，轴封结构.以上教学方法：PPT图片和工程实例（四）本课程与其它课程的联系和分工的说明本课程的先修课程为化工原理、画法几何及工程制图。课程设计是本课程的实践性教学环节，起到对理论知识的加深理解与运用的作用。（五）教学时数安排序号章节名称讲授（学时）实践（学时）小计1工程力学992化工设备材料及选用773容器设计20204塔设备 445管壳式换热器及其结构 446反应釜的结构及设计447内压薄壁容器的应力测定实验48外压薄壁圆筒形容器失稳实验4 合计48856（六）对实践操作、作业习题、考试考核办法及其它教学环节的说明讲课要结合化工行业的实际，并允许对教学内容做必要调整和组合。考核方式以开卷考试为主，课程结束后安排一周的课程设计。平时成绩,出勤,作业在期总成绩中应占有10%,实验20%，考试70%。（七）选用教材及教学参考书1.选用教材(1)谭蔚.化工设备设计基础.天津，天津大学出版社，2000 2.主要参考书： （1）刁玉玮 王立业.化工设