《化工设备设计》期末复习提纲

复习提纲

塔设备：

1塔设备中能进行哪些单元操作？塔设备应满足哪些基本要求？

P87

精储、吸收、解吸和萃取等。工业气体的冷却与回收、气体的湿法精制和干燥，以及兼

有气■液两相传质和传热的增湿、减湿等。

(1)生产能力大，即气液处理量大；

⑵高的传质、传热效率，即气液有充分的接触空间、接触时间和接触面积；

(3)操作稳定、操作弹性(最大负荷对最小负荷之比)大，即气液负荷有较大的波动时

能在较高的传质效率下进行稳定的操作，且塔设备应能长期连续运转；

(4)流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小，以达到节能降低费用的要求；

(5)结构简单可靠，材料耗用量小，制造安装容易，以达到降低设备投资的要求。

2板式塔的基本结构形式，典型的板式塔盘的结构？

P90

3填料塔的基本结构形式，常见的填料类型(包括散装填料和规

整填料)？

P105

4填料塔中液体分布器有何作用？P110

液体分布器安装丁•填料上部，它将液相加料及回流液均匀地分布到填料的表面上，形成

液体的初始分布。

5什么叫卡曼涡街？为什么会产生卡曼涡街？引起的塔的振动方

向是怎样的？P143

当空气以某一流速流经圆柱体时，在圆柱体两侧的背风面交替产生旋涡，然后脱离并形

成一个旋涡尾流，这就是卡曼涡街现象。

横向振动(风向的垂直方向)

6塔设备振动的原因，决定塔自振频率的因素有哪些？有哪些相

关防治措施？P142

安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动,

即振动方向沿着风的方向；另一种是横向振动，即振动方向沿着风的垂直方向，又称横

向振动或风的诱导振动。

塔单位高度上的质量、高度、塔体材料在设II温度下的弹性模量、塔截面的形心轴惯性

矩：

塔在操作时的激振力的频率（即升力作用的频率或旋涡脱落的频率）不得在塔体第一振

型固有频率的0.857.3倍内，否则要：增大塔的固有频率、采用扰流装置、增大塔的阻

尼。

7试分析塔设备在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下

的载荷？

1.质量载荷

塔体、裙座、塔内件、塔附件、操作平台及扶梯质量、偏心载荷（再沸器、冷凝器

等附属设备）；

操作时物料质量；

水压试验时充水质量；

2.偏心载荷（弯矩）

3.风载荷

4.地震载荷（垂直与水平）

5.内压或外压

6淇他

塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷是上述各种载荷的组合，

请读者自己思考。【、（」・I）「网上找的】

8塔设备危险截面强度的校核？

1.裙座底部截面及孔中心横截面是危险截面。

2.筒体与群座连接处的横截面。

换热器：

1典型的换热器类型？P2

按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：

1.混合式换热器利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。

2.蓄热式换热器借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热

流体传递给冷流体。

3.间壁式换热器利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热星由热流体通过间壁传

递给冷流体。分为：管式换热器、板面式换热器、其他型式换热器。

2管壳式换热器的基本类型、结构特点和适用场合？有哪些主要

零部件？P12

固定管板式、浮头式、u形管式、填料函式和釜式重沸器。

30设置折流板和折流杆的目的？折流板常用型式，如何固定？

设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷

管束，以改善传热、增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中，折流

板还起支承管束的作用。

折流杆：为解决传统折流板换热器中换热管与折流板的切割破坏和流体诱导振动，并且

强化传热提高传热效率。

常用的折流板型式有弓形和圆盘-圆环形两种。

.......P19,20

4固定管板式换热器的工作原理及其简图？

P12图1-16,P15图1-21

5管板力学模型的几种假设

三种力学模型：

(1)将管板看成周边支承条件下受均布载荷的圆平板

(2)将管束当作管板的固定支承，而管板式受管束支承着的圆平板

(3)认为管板式弹性基础上受轴对称载荷的多孔圆平板，既考虑到管束弹性反力约束的

加强作用，又考虑到管孔的削弱作用。

我国GB151-1999与英国B.S.采用的是第三种，但我国的考虑更多因素。B.S.管板计算

方法又称米勒法，其基本假设有：

(1)管束和管板连接处无滑动，否则就影响了管束对管板的支承作用；

⑵管束在受压缩时不产生弯曲而只有轴向压缩，因此管束对管板的支承作用可以直接

用管子的轴向压缩量予以反应；

(3)管板受载后的弯曲为最小挠度弯曲，且忽略管束对管板弯曲的约束作用；

(4)管束均匀分布在整个管板上，即把管束视为管板的均匀弹性基础；

⑸管板开孔后的削弱。

6管板计算中有哪几种危险工况组合？

7种，P39

我国GB151-1999只考虑后四种P46

7膨胀节设置与否的依据？了解轴向应力产生的原因，如何分配

在管程和壳程上的？

当因管、壳壁温差较大而导致管子或壳体超应力时，降低此应力最有效的措施是在壳体

上设置膨胀节。因此，对于工程固定管板式换热器判定是否设置膨胀节的依据，是通过

各应力计算后决定的。

1.计算温差引起的应力

2.计算由流体压力引起的轴向力

3.进行压力评定

a)校核壳体应力

b)校核管子应力

c）校核拉脱力

d）校核管子的稳定性

4.如果上述条件不满足，则需设计膨胀节

不造。、1-乂）/

8管子与管板常见的连接方式，适用场合

1.强度胀（密封与抗拉脱弱.无缝隙）

设计压力W4.0MPa,设计温度W300C,操作中无剧烈振动、无过大温度波动，及无

明显应力腐蚀等场合。

2.强度焊（密封与抗拉脱强，有缝隙，存在焊接残余热应力）

除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛；薄管板不能胀，只能焊。

3.胀焊并用（先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱）

密封性能要求较高，承受振动和疲劳载荷，有缝隙腐蚀，需使用复合管板等的场合。

9强化传热的技术与方法

三种途径：提高传热系数、扩大传热面积、增大传热温差。

强化换热管、管内插入物强化传热、改进壳程管束支承结构、对流换热耗功强化、沸腾

换热的强化、凝结换热的强化。

10换热器横向流诱导振动的原因，及其防治措施

横向流诱导振动的主要原因有：卡曼漩涡、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转

换。

在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼漩涡，这时在换热器中既可能产生管

子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，管子的振动一般情况下是由流体弹

性不稳定性激发振动，但不会产生声振动。只有当横流速度很高，才会出现射流转换而

引起管子的振动。

为了避免出现共振，要使激振频率远离固有频率。可通过改变流速、改变管子固

有频率、增设消声板、抑制周期性漩涡、设置防冲板或导流筒等途径来实现。

11壳体及管子轴向应力的产生原因、计算方法

温差引起的轴向力、流体压力引起的轴向力。（可能是、（）-2r）

反应器：

1有几种典型的反应器？

机械搅拌式反应器、固定床式反应器、管式反应器、流化床反应器、反应炉反应器。

2典型搅拌反应器结构型式，几种典型的搅拌浆？

P150

桨式搅拌器、框式和锚式搅拌器、椎进式搅拌器、泯轮式搅拌器、螺带式搅拌器。

3在搅拌反应器中，挡板的作用？P156

1.将切向流动转变为轴向和径向流动

2.增大搅动液体的湍流程度，改善搅拌效果从而消除“圆柱状回转区”，及打漩现象。

4什么叫充分挡板化？P156

当增加挡板数和挡板宽度，功率消耗不再增加时，称为全挡板条件。（应该是这个吧）

5搅拌反应器中，为什么要避免圆柱状回转区？

危害：

轴向不混合

多相系统会发生分层或分离

发生表面吸入气体现象，降低了搅拌效果，且加剧搅拌器的振动。

4搅拌反应器常用传热方式有哪几种？

夹套传热、蛇管（内盘管）传热

5机械密封及填料密封的原理，结构简图？

P175,P177

6搅拌轴设计应考虑哪几个因素？

书上P171：扭转变形、临界转速、扭矩和弯矩联合作用下的强度、轴封处允许的径向

位移。

PPT上：强度、刚度、临界转速、轴封出允许径向位移

7功率准数的图算法，如何校核搅拌桨强度？

图算法:P163

校核搅拌桨强度：见下图

则对于无加强筋的平直叶桨式搅拌器

•应力最大出现在弯矩最大的I-।截面上：

满足强度要求:

b：桨宽m

6：桨叶厚度m

W:抗弯断面模数m3

计算题复习

有一内径D=1.6rn的搅拌反应器，中心安装直径d=0.5m的二叶平桨搅拌器（满足

图1功率曲线4的要求），搅拌器如图2所示，桨叶宽度b=O.lm,厚度b=20mm,选

用的材料许用应力［可为lOOMPa,转速为180r/min,液体粘度为O.lPas,密度为

1400kg/m3o又知为轴封为机械密封，机械密封的磨损功率为搅拌功率的10%,采用的

传动装置系统效率为0.9.

试求1）搅拌功率；2）校核搅拌器强度是否符合要求。

d

N

辕

典

神

IS

Re=d2nplix

图1搅拌功率曲线

图2搅拌器示意图

解：（1）搅拌器转速n'=180r/s转化为以秒为单位：n=180/6（）=3i7s

雷诺数Re二/〃。/〃：。5?x3x1400/0.1=10500

根据图1可以查得，功率准数即=1.75

则搅拌功率N=Nppn'cP=1.75x1400X33XO.55=2067W=2.07kW

(2)则总的功率Ns=N(l+0.1)/0.9=2.53kW

计算功率恒=N息公-0.1N=2.53*0.9-0.1*2.07=2.07kW

N.

轴的扭矩：Mt=9551=109.84N-m

每个叶片所承受的最大弯矩M=M,/2=54.92N♦m

则

MM

一W一曲16,

=54.92/(0.1*0.02*0.02/6)=8238000Pa=8.24MPa<\a]

故强度校核合格。

复习提纲

塔设备：

1塔设备中能进行哪些单元操作？塔设备应满足哪些基本要求？

2板式塔的基本结构形式，典型的板式塔盘的结构？

3填料塔的基本结构形式，常见的填料类型（包括散装填料和规整填料）？

4填料塔中液体分布器有何作用？

5什么叫卡曼涡街？为什么会产生卡曼涡街？引起的塔的振动方向是怎样的？

6塔设备振动的原因，决定塔自振频率的因素有哪些？有哪些相关防治措施?

7试分析塔设备在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷？

8塔设备危险截面强度的校核？

换热器：

1典型的换热器类型？

2管壳式换热器的基本类型、结构特点和适用场合？有哪些主要零部件？

3设置折流板和折流杆的目的？折流板常用型式，如何固定？

4固定管板式换热器的工作原理及其简图？

5管板力学模型的几种假设

6管板计算中有哪几种危险，况组合？

7膨胀节设置与否的依据？了解轴向应力产牛的原氏，如何分配在管程和壳程上的？

8管子与管板常见的连接方式，适用场合

9强化传热的技术与方法

10换热器横向流诱导振动的原因，及其防治措施

11壳体及管子轴向应力的产生原因、计算方法

反应器：

1有几种典型的反应器？

2典型搅拌反应器结构型式，几种典型的搅拌浆？

3在搅拌反应器中，挡板的作用？

4什么叫充分挡板化？

5搅拌反应器中，为什么要避免圆柱状回转区？

4搅拌反应器常用传热方式有哪几种？

5机械密封及填料密封的原理，结构简图？

6搅拌轴设计应考虑哪几个因素？

7功率准数的图算法，如何校核搅拌桨强度？

化工设备设计试题

一、单项选择题（每题2分，共24分）

1.内压操作的塔设备，最大组合轴向压应力出现在（B）。

A.正常操作B.停车情况C.检修情况D.以上答案都不对

2.目前，裙座与塔体连接焊缝的结构型式有（B

A.1种B.2种C.3种D.4种

3.塔盘在结构方面要有一定的（B）以维持水平。

A.强度B.刚度C.稳定性D.其它

4.搅拌器维体长径比对夹套传热有显著影响，容积一定时长径比越大，则夹套的传热面积（A）

A.越大B.越小C.不变D.以上答案均不对

5.与填料密封相比，机械密封的（A）大约为填料密封的百分之一。

A.泄漏率B.密封性C.磨损率D.使用率

6.列管换热器的传热效率（A）板式换热器，且金属消耗量大.

A.不如B.高于C.等同D.以上答案均不对

7.在高温高压条件下，换热器的管板与管子一般采用（A）连接保持紧密性。

A.胀焊结合B.胀接C.搭接D,对接

8.膨胀节是装在固定管板换热器上的挠性元件，其作用是［B）。

A.消除壳体薄膜应力B.消除或减小不利的温差应力

C.消除管子中的拉脱力D.增大换热器的换热能力

9.塔设备设计中最需要设置地脚螺栓的工况是（A）。

A.空塔检修B.水压试验C.满负荷操作D.其它

10.列管式换热强度焊的连接方式适用的条件范围为（D）。

A.较高压力和较大振动场合B.较高温度和较大振动场合

C.较大振动和间隙腐蚀场合D.较高压力和较高温度场合

II.塔节的长度取决于（B）。

A.工艺条件B.塔径C.操作情况D.塔板数

12.在塔和塔段最底一层塔盘的降液管末端设置液封盘，其bl的是（B）。

A.防止液沫夹带B.保证降液管出口处的密封

C.防止淹塔D.防止液泛

二、填空题（每题2分，共12分）

1、塔设备按操作压力分为—正压—塔、常压塔和—负压塔—。

2.填料塔所用填料有鲍尔环、拉西环、阶梯环等一乱堆—填料•：而随着金属丝网及金属板波纹等

—规整—填料的使用，使填料塔效率大为提高。

3.管子与管板胀接时，除—机械滚胀—外，近年来已出现液压胀管与—爆炸—胀管的方法。

4.搅拌反应器的传动装置包括：—电机_、一减速装置填料密封_、及机座等。

5.搅拌器转轴密封型式很多，有一填料密封_、机械液封和全封闭密封等。

6.正常操作的带夹套的反应器，其筒体和下封头的壁厚应按—承受内压—和—外压一分别计算。

三、判断说明题（每题4分，共24分）

1.塔体压力试验时，不论水压试验或气压试验，限制条件都是相同的。

正确。负压塔介质产生的是压应力，背风侧风弯矩产生的也是压应力。

2.对易起泡的物料和具有腐蚀性的介质，已采用填料塔为好。

正确。因填料能使泡沫破裂，且可通过选择填料材料达到防腐目的。

3.列管换热器温差应力只与换热器的类型及管壳程论热介质的温差有关，而与其它因素无关。

不正确。还与管壳所用材料有关。

4.折流板与换热器壳体一般采用点焊固定连接。

不正确。折流板一般通过拉杆、定距管进行定位连接。便于检修时拆卸。

5.填料密封中的液膜又使搅拌轴润滑和实现密封的双重作用。

正确。靠液膜作用使密封面的凹凸不平处实现密封，阻止设备内流体漏出和外部介质渗入。

6.安装在混凝土框架内的塔设备，不宜作轴向变形的限制。

正确。因高塔在高温条件操作时，轴向膨胀量可达很大数值，要有自由伸缩的余地。

四、简答题（每题4分，共20分）

1.裙座圈与塔体间的焊接接头形式有哪些，各有什么特点？

包括对接和搭接焊缝两种形式。对接焊裙座圈直径与塔体直径相同，这种焊缝受压，可以承受较大

的轴向载荷，常用于大塔，但因该焊缝位于塔底封头曲面部分，从而恶化了封头的受力状况。采用

搭接时裙座圈内径稍大于塔体外径，该焊健受剪，承载能力较差，多用于小塔.

2.列管换热器机械设计包括哪些内容？

包括结构设计和强度设计。结构设计包括管壳程结构形式、管子排列方式，管板结构及管子与管板

连接、管板与壳体连接方式等内容。强度设计包括设计筒体、封头、法兰、