《过程设备设计》课程教学大纲

1、过程设备设计课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：03160104课程名称：过程设备设计 课程英文名称：Process Equipment Design课程所属单位：机械系过程装备与控制工程教研室 课程面向专业：过程装备与控制工程课程类型：必修课先修课程：工程力学 金属工艺学金属材料热处理学分：2.5总学时：40 （其中理论学时：36 实验学时：4） 二、课程性质与目的本课程是过程装备与控制工程专业的核心主干专业课程。其任务是综合运用基础课和技术基础课中的基本理论，培养学生具有进行压力容器、储存设备、换热设备、分离设备（塔设备）及反应设备工程设计的初步能力，主要是：1、采用合理的方法进行压力容

2、器的强度设计、稳定性设计、设计计算方法2、能从材料行为、强度、结构、制造、质量保证等方面对压力容器的工程设计进行综合分析。3、掌握工业生产中最常用机械设备的结构特点，工作原理和性能，设计的基本理论；4、了解主要机械设备存在的问题和今后发展的方向。三、课程教学内容与要求第1章 压力容器导言 1.教学内容与要求： 压力容器总体结构压力容器分类压力容器规范标准了解：1、压力容器总体结构；2、压力容器国内外标准规范。2.教学重点：对过程设备的基本要求，介质毒性及易燃性对压力容器选材、设计、制造和管理的影响3.教学难点： 对压力容器总体结构、分类、规范标准的认识第2章 压力容器应力分析 教学内容与要求：

3、要求掌握如下内容：（1）回转薄壳应力分析：薄壁圆筒的应力；回转薄壳的无力矩理论；无力矩理论的基本方程；无力矩理论的应用；回转薄壳的不连续分析（2）厚壁圆筒应力分析：弹性应力；弹塑性应力；屈服压力和爆破压力；提高屈服承载能力的措施（3）平板应力分析：圆平板对称弯曲微分方程；圆平板中的应力；承受轴对称载荷时环板中的应力（4）壳体的稳定性分析：外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析；其他回转薄壳的临界压力（5）典型局部应力：受内压壳体与接管连接处的局部应力；降低局部应力的措施教学重点：回转薄壳的无力矩理论及其应用教学难点：回转薄壳的有力矩理论，厚壁圆筒的弹性应力分析及弹塑性应力分析第3章 压力容器材料及环境和时

4、间对其性能的影响 教学内容与要求：要求掌握如下内容：压力容器材料：压力容器常用钢材；有色金属和非金属压力容器制造工艺对钢材性能的影响：塑性变形；焊接；热处理环境对压力容器用钢性能的影响：温度；介质；加载速率压力容器材料选择：压力容器用钢的基本要求；压力容器钢材的选择教学重点：压力容器常用材料、制造工艺和时间环境对钢材性能的影响、选材原则教学难点：钢材性能的了解、压力容器材料选取第4章 压力容器设计1教学内容与要求：主要介绍压力容器设计方法，先介绍设计要求、设计文件、设计准则、设计技术参数的概念和确定方法，再介绍常规设汁，分析设计和疲劳设计。常规设计包括圆柱形筒体、封头、密封装置、开孔和开孔补强

5、、支座和检查孔，安全泄放装置的设计和选用。设计准则是连接力学分析结果和材料性能的桥梁，也是压力容器各种设计方法的基础，正确理解设计准则，结合力学分析结果，就可以方便地导出筒体、封头、法兰等零部件的厚度计算公式。在介绍压力容器设计方法时，十分重视设计思想的阐述，即采用哪些技术措施来预防失效。在常规设计时，圆柱形筒体、封头、密封装置、开孔和开孔补强、支座和检查孔，安全泄放装置的正确设计和选用概述：设计要求；设计文件；设计条件设计准则：压力容器失效；强度失效设计准则；刚度失效设计准则；稳定失效设计准则；泄漏失效设计准则常规设计：概述；圆筒设计；封头设计；密封装置设计；开孔和开孔补强设计；支座和检查孔

6、；安全泄放装置；焊接结构设计；压力试验分析设计：概述；压力容器的应力分类；应力强度计算；应力强度限制；分析设计的应用疲劳分析：概述；低循环疲劳曲线；压力容器的疲劳设计；影响疲劳寿命的其他因素压力容器设计技术进展：可靠性设计；优化设计；计算机辅助设计2教学重点：内压圆筒及封头设计，设计技术参数的确定。外压圆筒及外压封头设计，包括解析法和图算法。开孔补强设计3教学难点：外压薄壁长圆筒的弹性稳定性分析、开孔补强设计第5章 储存设备1教学内容与要求：概述：设计储存设备应考虑的因素，介质特性，环境温度的影响。球形储罐：罐体，支座，人孔，接管，附件。卧式储罐：基本结构；设计计算：载荷分析，内力分析，圆筒应

7、力计算和强度校核，鞍座强度校核。2教学重点：卧式储罐设计计算。3教学难点：卧式储罐应力分析及结构的设计第6章 换热设备1教学内容与要求：介绍了换热设备的分类和选型原则，管壳式换热器的结构、管板和膨胀节设计思想、防止管束振动的措施，余热锅炉结构以及传热强化技术。（1）概述：换热设备的应用；换热设备分类及其特点；换热器选型（2）管壳式换热器：基本类型；管壳式换热器结构；管板设计；膨胀节设计；管束振动和防止（3）余热锅炉：余热锅炉的作用；余热锅炉的基本特点；余热锅炉的基本结构（4）传热强化技术：传热强化概述；扩展表面强化传热；壳程强化传热2教学重点：管壳式换热器的结构设计3教学难点：管板及膨胀节设计

8、第7章 塔设备1教学内容与要求：介绍塔设备的总体结构和选型原则，内件对塔设备性能的影响，阐述了塔设备的强度设计方法。塔设备的长径比较大，强度设计时往往要考虑风载荷和地震载荷。内件的结构形式、放置方式和位置等对塔设备的性能有显著的影响。（1）概述：塔设备的应用；塔设备的选型（2）填料塔：填料；填料塔内件的结构设计（3）板式塔：板式塔的分类；板式塔的结构；板式塔塔盘的结构（4）塔设备的附件：除沫器；裙座；吊柱（5）塔的强度设计：塔的固有周期；塔的载荷分析；筒体的强度及稳定性校核；裙座的强度及稳定性校核（6）塔设备的振动：风的诱导振动；塔设备的防振2教学重点：塔设备结构设计、塔的强度及稳定性计算。3

9、教学难点：塔设备结构设计、塔的强度。第8章 反应设备1教学内容与要求：（1）概述：反应器分类；常见反应器的特点（2）机械搅拌反应器：基本结构；搅拌容器；搅拌器；搅拌轴设计；密封装置；传动装置（3）机械搅拌设备技术进展概述：搅拌器结构优化与组合；搅拌设备的多功能化与智能化2教学重点：反应设备结构设计及搅拌器、搅拌轴设计。3教学难点：机械搅拌釜式反应器的基本结构设计。附：实验教学内容与要求实验一：压力容器应力测定实验 （2学时）基本要求：了解薄壁容器在内压作用下,壳体、封头的应力分布情况，验证薄壁容器应力计算的理论公式。初步掌握应力电测法的实验操作技能主要内容：1、测试不同型式封头上的环向、径向应

10、力的分布。2、验证封头应力的理论计算。操作要点：预习报告经指导教师检查通过后方可进行实验。设备启动前必须首先检查，调整设备进入启动状态，然后再进行送电、通水等启动操作。1、严格按实验操作步骤和规程进行。安排好测量范围、测量点数目、测量点的疏密等。2、观察所发生的各种现象，并记录。对实验的数据要判别其合理性。实验数据要记录在备好的表格内。3、读取记录实验原始数据。根据测量仪表的精度，正确读取有效数字。4、实验结束整理好原始数据，将实验设备和仪表恢复原状，切断电源，清扫卫生。教师允许后方可离开实验室。主要仪器设备：装置包括半球到顶盖，半椭圆型顶盖，平顶盖，锥型顶盖，稳压罐，泵等。各顶盖在实验前在选

11、定的薄边上按布点及贴片要求贴好应变片；计算机及其采集系统。实验二：实验名称:外压容器稳定性实验 （学时数）2基本要求：观察了解圆筒形试件在外压作用下的失稳过程和失稳破坏后的形态，测定圆筒形成试件失稳破坏时的临界压力，并与试件失稳破坏压力的实测值比较。主要内容：1、观察圆筒型试件在外压作用下的失稳过程和失稳破坏后的形状。2、验算圆筒形试件失稳破坏时的临界压力并与试件失稳的实测值比较。3、验算上述圆筒形试件中部设有加强圈后的权形数与临界外压。操作要点：预习报告经指导教师检查通过后方可进行实验。设备启动前必须首先检查，调整设备进入启动状态，然后再进行送电、通水等启动操作。1、 严格按实验操作步骤和规

12、程进行。安排好测量范围、测量点数目、测量点的疏密等。2、 观察所发生的各种现象，并记录。对实验的数据要判别其合理性。实验数据要记录在备好的表格内。3、 读取记录实验原始数据。根据测量仪表的精度，正确读取有效数字。4、实验结束整理好原始数据，将实验设备和仪表恢复原状，切断电源，清扫卫生。教师允许后方可离开实验室。主要仪器设备：外压容器稳定性实验装置，计算机控制系统、应变仪、内压、薄壁容器、压力表、加压泵四、学时分配学时分配表序号教学内容（按章填写）学时课堂讲授实验课习题课讨论课其它1第1章 压力容器导言22第2章 压力容器应力分析83第3章 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响24第4章 压力

13、容器设计825第5章 储存设备26第6章 换热设备67第7章 塔设备48第8章 反应设备4小计362比例10%合计40实验学时分配表序号实验项目（或内容）名称实验学时实验类型每组实验人数说明验证性设计性综合性其它1压力容器应力测定实验2102外压容器稳定性实验210小计4五、教学环节与教学要求：课程教学的基本要求本课程是理论性及实践性均很强的专业课程。教学上采用课堂讲授、学生自学、课堂讨论、实验、作业、答疑、质疑、考试等教学环节。通过实验，使学生加强对薄壳理论、外压容器稳定性理论及厚壁容器弹塑性应力的理解。通过上述教学环节，培养学生具有进行压力容器工程设计的初步能力。六、课程考核办法：本课程设为闭卷考试，成绩评定办法为： 1、案例作业/实验： 20分2、课堂参与： 10分3、考试： 70分七、教材与主要参考书：教材：郑津洋编过程设备设计北京：化学工业出版社20018参考资料：1蔡仁良主编. 化工容器设计例题、习题集. 北京：化学工业出版社，20004.72王志文，蔡仁良编. 化工容器设计. 北京：化