设备设计复习题

1、制药设备设计复习题填空题1.材料的力学性能指标包括：强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。2.材料的物理性能包括：密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。3.材料的化学性能包括 耐腐蚀性 和 抗氧化性 。4.材料的加工性能包括 可铸性 、可锻性 、焊接性 、可切削加工性 。5.碳在铁中的存在形式有 固溶体、化合物 和 混合物 三种。 6.按所抵抗外作用形式，强度可分为：抵抗外力的静强度、抵抗冲击外力的冲击强度、抵抗交变外力的 疲劳强度。7.常温强度指标有：屈服强度、和抗拉(压)强度、屈强比、蠕变强度、持久强度、疲劳强度。8.体心立方晶格的纯铁称-Fe，面心立方晶格的

2、铁称为-Fe。9.碳钢的基本组织主要包括：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱式体、马氏体。10.钢的分类，按用途：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）。按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢。按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢。按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢。11.型钢包括有：圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢和槽钢。12.铜与锌的合金称黄铜，镍的质量分数含量低于50%的铜镍合金称为白铜，铜与锡的合金称为锡青铜，铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。13.压力容器的特点包括：应用的广泛性、操作的复杂性、安全的高要求。14.容器的结构一般主要包括：壳体(筒体)、

3、封头(端盖)、法兰、支座、接口管及人孔等。15.钢板卷焊容器的公称直径是内径，无缝钢管容器的公称直径指钢管外径。16.无缝钢管分热轧管和冷拔管。17.在管道工程中，管径超过57mm时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。18.冷拔管的最大外径为200mm；热轧管的最大外径为630mm。19.我国压力容器标准主要是GB150钢制压力容器。压力容器国外的规范主要有四个：美国ASME规范，英国压力容器规范（BS），日本国家标准（JIS），德国压力容器规范（AD）。20.无力矩理论基本方程式的推导中，主要用到了小位移假设、直线法假设、不挤压假设等三个假设。21.厚度设计时，设计参数按GBl5

4、0-1998中规定取值，设计参数主要包括设计压力、设计温度、许用应力、焊接接头系数、厚度附加量等参数。22.使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力1.051.10倍；使用爆破膜根据其型式，一般取最大工作压力的1.151.4倍作为设计压力。23.腐蚀速度0.05mma时：碳素钢和低合金钢单面腐蚀C21mm，双面腐蚀取C22mm，当腐蚀速度0.05mma时，单面腐蚀取C22mm，双面腐蚀取C24mm。不锈钢取C20。24.容器失稳的形式分为整体失稳和局部失稳两种，前者又分为侧向失稳和轴向失稳。25.临界压力的大小与筒体几何尺寸、材质及结构等因素有关。26.长圆筒的临界压力仅与圆筒

5、的相对厚度e/D0有关，而与圆筒的相对长度L/D0无关。27.扁钢、角钢、工字钢等都以制作加强圈。28.常见的可拆卸结构有：法兰联接、螺纹联接、承插式联接。29.法兰的分类，按照整体性质程度分：整体法兰、松式法兰、任意式法兰；按照形状分：圆形法兰、方形法兰、椭圆形法兰。30.影响法兰密封的因素主要有：螺栓预紧力、密封面型式、垫片性能、法兰刚度、操作条件。31.法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质。32.常用垫片分为：非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片。33.管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。34.容器支座的结

6、构型式由容器自身的型式决定，分：卧式容器支座、立式容器支座、球形容器支座。35.卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座、支腿。36.立式容器的支座主要有：耳式支座、支承式支座、裙式支座。中、小型直立容器常采用前二种，高大的塔设备则广泛采用第三种。37.容器开孔是 工艺、安装、检修的要求。开孔后，削弱器壁的强度，出现不连续，形成高应力集中区，所以要 补强。38.为了检查设备内部空间以及安装和拆卸内部构件方便，设备上一般要开设人孔或手孔。39.人孔由筒节、法兰、盖板和手柄组成。使用中常打开，可用快开式结构人孔。40.视镜 可以观察设备内部，也可用作物料液面指示镜。分为不带颈视镜和带颈视镜。41.焊接分为

7、熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。化工设备中焊接的构件量约占75左右。 42.氩弧焊按所用的电极不同分为两种：非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。43.焊接接头分为：对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头。概念题1.热处理：钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。2.强度：是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。3.金属结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。4.铁素体：碳溶解在-Fe中形成固溶体称铁素体。5.时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件

8、下，其组织和性能随时间而变化的过程。6.不锈钢：不锈钢和耐酸钢的统称，也称不锈耐酸钢。一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢为不锈钢，称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐酸钢。7.容器公称直径DN：指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm，例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200。8.容器公称压力PN：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以PN表示，单位MPa。9.t：设计温度t下材料的许用应力，单位MPa。10.d：设计厚度，是考虑介质腐蚀，计算厚度的基础上，增加腐蚀裕度C2以后的壁厚，其具体公式为：式中：-圆筒计算厚度mm；d-圆筒设计厚度mm；Di

9、-圆筒内径mm；p-容器设计压力MPa；-焊接接头系数。11.n：名义厚度，筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上圆整到钢材标准值，即为筒体名义厚度。其公式为：12.e：有效厚度，名义厚度减去厚度附加量后剩余的厚度，是有效抵抗容器压力的壁厚。其计算公式为：13.设计压力：相应设计温度下确定壳壁厚度的压力，亦即标注在铭牌上的容器设计压力。其值稍高于最大工作压力。14.最大工作压力：是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力（表压）。15.设计温度：指容器正常工作中，在相应的设计条件下，金属器壁可能达到的最高或最低温度。16.焊接系数：焊接削弱而降低设计许用应力的系数。根据接头型式及无损检测长度比例确定

10、。17.厚度附加量：满足强度要求的计算厚度之外，额外增加的厚度量，包括由钢板负偏差(或钢管负偏差) Cl、腐蚀裕量C2，即CCl+C218.最小壁厚：设计压力较低的容器计算厚度很薄，致使大型容器刚度不足，不满足运输、安装，所以需要限定最小厚度以满足刚度和稳定性要求。壳体加工成形后不包括腐蚀裕量最小厚度min：碳素钢和低合金钢制容器不小于3mm；对高合金钢制容器，不小于2mm。19.弹性失稳：容器强度足够却突然失去了原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶绉，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形。这种在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称弹性失稳。容器发生弹性失稳将使容器不能维持正常操作，造成容器失效。2

11、0.临界压力：导致筒体失稳的外压，Pcr。外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复其原先形状，即发生弹性变形。达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不可能恢复的。21.临界应力：筒体在临界压力作用下，筒壁内的环向压缩应力，以cr表示。22.P：许用外压，圆筒、长圆筒或管子一般压力达到临界压力值的l/21/3时就可能会被压瘪。大于计算压力的工况，不允许在外压力等于或接近于临界压力，必须有一定的安全裕度，使许用压力比临界压力小，即P=Pcr/m，其中m为稳定安全系数。23.整体补强：增加整个壳体的厚度，或用全焊透将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊，降低开孔附近的应力。 应力集中的局部性，除非制造或结构

12、需要，一般不把整个容器壁加厚。24.补强圈补强：开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。补强圈与器壁搭接，材料相同，补强圈尺寸参照标准确定，或等面积补强25.焊接：通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。26.药皮：又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分和性能。采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。27.无损探伤：内部夹渣、气孔、裂纹等缺陷用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像判断内部缺陷。再根据技术要求评定是否合格。简答题1.退火的概念

13、与目的：退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。2.淬火的概念及特点，淬火机的选择，碳钢合金钢淬火机选择的特点：加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。3.回火的概念，目的、分类及应用：回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在150250范围内的回火称

14、“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500680。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。4.型钢有哪些用途：型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架、塔盘支承及各种加强结构。5.合金钢按用途如何分类：合金结构钢：包括调质结构钢、表面硬化钢、低碳

15、马氏体钢、非调质结构钢；合金工具钢；特殊性能钢，包括不锈钢和耐热钢等。6.金属铬在合金钢中有何作用：提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。7.金属镍在合金钢中的作用：提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。8.在合金钢中添加稀土元素的目的：可以提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。9.工业纯铝的用途：工业高纯铝1A85、1A90，抗硫腐蚀，浓硝酸设备，高压釜、槽

16、车、贮槽、阀门、泵。工业纯铝8A06，耐硫腐蚀、防污染而不要求强度的设备，例如：反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。10.化工陶瓷的特点：好的耐腐蚀性、耐热性和一定机械强度。导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。11.化工搪瓷的特点：由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30270。12.化工设备腐蚀的分类：化工设备的腐蚀分类主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种。其中化学腐蚀又包括：金属的高温氧化

17、、钢的脱碳、氢脆、氢腐蚀；电化学腐蚀又包括：腐蚀原电池、微电池与宏电池、浓差电池。13.管子的分类：有缝管：电焊钢管，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。无缝管：分热轧管和冷拔管两种。如输送流体用无缝钢管(GB 8163-87)、石油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)、化肥设备用高压无缝钢管（GB 647986)等。14.美国ASME压力容器规范：美国机械工程师协会（ASME）制定的锅炉及压力容器规范。美国国家标准。该规范规模庞大、内容完善，仅依靠其本身即可完成选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作环节。与压力容器密切相关有：第卷 材料技术条件、第卷 无损

18、检验、第卷 压力容器及第卷 焊接及钎焊评定。每年增补一次，每三年出一新版，技术先进，修订及时，能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就，为世界上影响最大的一部规范。15.封头的分类：封头分为凸形封头、平板形封头和锥形封头三种。其中，凸形封头又分为半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头；锥形封头又分无折边和有折边两种。16.失稳现象的实质：外压失稳前，只有单纯的压缩应力，在失稳时，产生了以弯曲应力为主的附加应力。外压容器的失稳，实际上是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。17.加强圈的设置：加强圈可设置在容器内部或外部。连续或间断焊接，当加强圈在外面时，每侧

19、间断焊接的总长度不应小于圆筒外圆周长的1/2；在里面，焊缝总长度不应小于内圆周长度1/3。间断焊最大间距，外加强圈不能大于筒体名义厚度8倍；内加强圈不能大于筒体名义厚度12倍。为保证强度，加强圈不能任意削弱或割断。水平容器加强圈须开排液小孔。允许割开或削弱而不需补强的最大弧长间断值。18.螺栓预紧力：螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。预紧力使垫片压紧并实现初始密封。预紧力过大则垫片被压坏或挤出。预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径对密封有利。19.圈座的选用：对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造

20、成严重挠曲；多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。20.耳式支座的选用环境：简称耳座，筋板和支脚板。广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。简单、轻便，但局部应力较大。当设备较大或器壁较薄应加垫板。不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素流失，也需加一个不锈钢垫板。21.耳式支座选用的方法：（1）估算设备总重，算每个支座（按2个计算）的负荷Q值；（2）确定支座型式，从表按允许负荷Q允大于实际负荷Q，选支座。小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。22.支承式支座的选用：选用见标准规定，尺寸按表查。简单

21、轻便局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和支座材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。加强板的材料应和壳体材料相同或相似。23.补强圈搭焊结构的使用范围：GB150用补强圈结构补强时，规定：钢材的标准抗拉强度下限值sb540MPa；补强圈厚度小于或等于1.5dn；壳体名义厚度dn38mm。24.埋弧自动焊的主要优点：1）生产率高。用大电流，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可不开坡口,不留间隙，填充金属少；2）焊缝质量高。保护完善，杂质较少，易获得稳定高质量的焊缝。 3）劳动条件好。没有弧光辐射，劳动条件较好。最常用。适于批量大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的

22、焊接。问答题1.防止晶间腐蚀的方法有哪些？1）降低含碳量0.06%时不易产生，0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil0；2）稳定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb；3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti，Al，Si，Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路；4）控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢；5）补充热处理：稳定化退火（免疫处理）：850度保温2小时，充分扩散。高温淬火水冷：1100度左右加热后淬火，单相奥氏体。2.非金属材料的用途和分类？既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备

23、的密封材料、保温材料和耐火材料。非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近2030年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。3.化工玻璃有何特点？化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。目前已成功采用在金属管内衬玻璃或用玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。4.化工设备材料如何选择？要从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑，而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格

24、与来源、供应等方面综合考虑。1）材料的物理、力学性能方面：一般中、低压设备屈服限235到345MPa级。直径较大、压力较高，最好采用普低钢，强度级别宜用400MPa级或以上。操作温度超过400，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。压力容器用钢材，d5不得低于14%。当钢材延伸率d518%时，加工应特别注意。钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。2）材料的耐腐蚀性：可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备。碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重。不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。碳钢做罐壳内衬非金属较合适

25、。3）材料的经济性：碳钢与普低钢的价格比较低廉，应优先选用。考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购与管理。4）其他方面：压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。为了节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。5.容器按形状如何分类？各类容器各有何特点？方形矩形容器：平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作小型常压贮槽。球形容器：弓形板拼焊，承压好，安装内件不便，制造稍

26、难,多用作贮罐。圆筒形容器：筒体和凸形或平板封头。制造容易，安装内件方便，承压较好，应用最广。6.容器按应用情况如何分类？反应压力容器()：完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；换热压力容器()：热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；分离压力容器()：流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；储存压力容器(，球罐为)：储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。7.钢板卷制圆筒形容器，纵焊缝与环焊缝哪个易裂？为什么？因筒体纵向焊缝受力大小为： ；环向焊缝受力为：所以，

27、筒体纵向焊缝受力大于环向焊缝，故纵焊缝易裂，施焊时应予以注意。8.筒体上开椭圆孔，如何开才比较合理？为什么？因筒体纵向焊缝受力大小为环向焊缝受力的一半，所以，应使其短轴与筒体的轴线平行，以尽量减少开孔对纵截面的削弱程度，使环向应力不致增加很多。9.设计温度是如何选取的？器壁温度通过换热计算。不被加热或冷却，筒内介质最高或最低温度。用蒸汽、热水或其它载热体加热或冷却，载体最高温度或最低温度。不同部位出现不同温度分别计算。10.水压试验应该注意哪些问题？液压试验时水温不能过低(碳素钢、16MnR不低于5，其它低合金钢不低于15)，外壳应保持干燥。设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到设计压力，保持30min以检查有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。水压试验后及时排水，用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干。11.临界压力计算公式的使用范围如何？临界压力计算公式在认为圆筒截面是规则圆形及材料均匀的情况下得到的。实际筒体都存在一定的圆度，不可能是绝对圆的，实际筒体临界压力将低于计算值。但即使壳体形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时，也会失稳，只不过是壳体的圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，使失稳