化工机械基础第二第三篇部分习题解答.docx

1、化工机械基础第二第三篇部分习题解答化工机械基础(第二版)第三篇部分习题解答. 作者： 日期： 第三篇 习题1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚n=22mm，壁厚附加量为C=2mm，承受的最大气体压力P=2MPa，焊接接头系数=0.85，试求筒体的最大应力。解：已知Di=2000mm，n=22mm，C=2mm，P=2MPa，=0.85，e=22-2=20mm。 则101所以筒体的最大应力为118.82Mpa。提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时Pw=2MPa2. 某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5105，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Crl8Ni9。采用双面

2、对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。 解：已知Di=1600mm。查附表6，0Crl8Ni9在105时的，其许用应力105=137MPa。查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取=0.85。介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。因装安全阀，取设计压力P=1.11.6=1.76MPa。根据式（10-12）估计n=8-25mm。查表10-10，取C1=0.8mm。则 n=d+C1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取n=13mm3. 材料为20的无缝钢管，规格为573.5，求在室温和400时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm两种情况计算。

3、 解：已知D0=57mm，n=3.5mm，则Di=D0-2n=57-23.5=50mm。查附表7，20钢管在室温时 =130MPa,在400时的400=86MPa。无缝钢管=1（1） 不考虑壁厚附加量室温时400时（2） 考虑壁厚附加量室温时400时4. 今欲设计一台反应器，直径为3000mm，采用双面对接焊缝，100探伤。工作压力为18MPa，工作温度450，试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。 解：已知Di=3000mm， t=450， Pc=1.11.8=1.98MPa，=1，C2=2mm（腐蚀很小，取1，腐蚀较严重，取2mm，一般单面腐蚀）（1）采用20R

4、 450=61MPa，代入公式得（5分）钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后n=50mm（2）采用16MnR 450=66MPa，代入公式得钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后n=46mm比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。 5. 乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为25MPa，工作温度-35，材料为16MnR 。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C1.5mm，试校核强度。 解：已知内径Di=1600mm，n=16mm。e=n-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR在20时的许用应力 20=170MPa。取=0.85。则设计

5、温度下筒体的计算应力为： 20=0.85170=144.5MPa因t 20所以，容器的强度是足够的。6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40，材质为20R，介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，100探伤。讨论所选封头的形式。 解：已知Di=1200mm，P=1.8MPa，20R在40时的许用应力40=133MPa。C2=1mm。=1.0（1） 设计筒体壁厚取C1=0.8mm。则 n=d+C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取n=10mm（2）设计封头壁厚选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同。取C1=0.8mm（估计壁厚10mm），圆整后取n=

6、10mm，与筒体同。-设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40，材质为20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40下=133MPa）解：已知Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40=133MPa，=1，C2=1mm。 （2分）（1）设计容器筒体壁厚（4分）钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后n=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确

7、定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。 （3分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：（4分） 把数据代入公式，得（2分） 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.8mm，圆整后用n=10mm -7. 某工厂脱水塔塔体内径为Di700mm。壁厚为n12mm，工作温度为180。压力为2MPa。材质为20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C2

8、mm，试校核塔体工作与水压试验强度。 解：已知Di700mm，n12mm，C=2mm。e=nC10mm，P=2MPa，20R在180时的许用应力180=126.6Mpa，=0.8（塔体内径小，只能单面焊），设计温度下塔体的计算应力为： 180=0.8126.6=101.3MPa因t 180所以，塔体的强度是足够的。水压试验时的试验压力水压试验时的应力为20R的s=245MPa，0.9s=0.90.8245=176.4MPa，因T0.9s故水压试验强度足够。复习内插法：【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为n=12mm，工作温度为t=180，工作压力为Pw=2MPa，材料为0

9、Cr18Ni9，塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在150以下 =137MPa，在200下=130MPa，常温下s=240MPa）解：已知Di=700mm，设计温度t=180，设计压力Pc=1.12=2.2MPa，壁厚n=12mm，材料许用应力 180=132.8MPa，焊接接头系数=0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。根据水压试验应力公式 e=n-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm 代入得 0.9s=0.90.8240=172.8MPaT0.9s 水压试验时满足强度要求。8. 有一长期不用的反应釜，经实测内径为1200mm，

10、最小壁厚为10mm，材质为Q235-A，纵向焊缝为双面对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压力，工作温度为200，介质无腐蚀性，装设安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。 解：已知Di=1200mm，n10mm，=0.85，P=1.11=1.1MPa， 200=105MPa，C2=0，取C1=0.8mm，e=nC1C2=10-0.8=9.2mm。设计温度下反应釜的计算应力为： 180=0.85105=89.3MPa因t 200所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。9. 有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm，高7060mm，壁厚11mm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜

11、体的最大允许外压力（许用外压）。(设计温度为200。) 解：已知外径Do=1580mm，L=7060mm，壁厚n=11mm，设计温度t=200，设计温度下材料的弹性模量Et=184000MPa， C1=0.8mm， C2=0mm，则釜体有效厚度e=n- C1- C2=110.80=10.2mm根据临界长度公式：因为LLcr，所以此聚合釜为短圆筒根据短圆筒的临界压力公式许用外压：10. 今欲设计一台常压薄膜蒸发干燥器，内径为500mm，其外装夹套的内径为600mm，夹套内通0.53MPa的蒸汽，蒸汽温度为160，干燥器筒身由三节组成，每节长1000mm，中间用法兰联接。材质选用Q235-A，夹套

12、焊接条件自定。介质腐蚀性不大，试确定干燥器及其夹套的壁厚。 （解略）11. 设计一台缩聚釜，釜体内径 1000mm，釜身高度为700mm，用0Crl8Ni9钢板制造。釜体夹套内径为1200mm，用Q235-A钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真空，继之抽高真空，最后通0.3MPa的氮气。釜内物料温度275，夹套内载热体最大压力为0.2MPa。整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。 （解略）【参考题】设计一台缩聚釜，釜体内径为1000mm，釜身高度为700mm，用厚度为5mm、7mm、9mm的0Cr18Ni9钢板制造。釜体夹套内径为120

13、0mm，用Q235-A钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真空，继之抽高真空，最后通0.5MPa的氮气。釜内物料温度低于275，夹套内载热体最大压力为0.3MPa。整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。（20分）（0Cr18Ni9在250下=122MPa，在300下=114MPa；Q235-A在250下=94MPa，在300下=86MPa）解： 1）设计釜体厚度已知Di=1000mm，L=700mm，t=275，Po=0.3MPa，=0.8，材料为0Cr18Ni9钢板n分别为5mm、7mm、9mm，它们的钢板负偏差C1分别为0.5mm、0

14、.6mm、0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。 则钢板有效厚度e分别为4.5mm、6.4mm和8.2mm （1）当n=5mm时 L/Do=700/（1000+25）=0.69 Do/e=1010/4.5=224.44 查图得，A=6.010-4，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=53MPa P=Be/Do=53/224.44=0.24MPaPo（2）当n=7mm时 L/Do=700/（1000+27）=0.69 Do/e=1014/6.4=158.44 查图得，A=1.110-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=63MPa P=Be/Do=63/158.44=0

15、.40MPaPo（3）当n=9mm时 L/Do=700/（1000+29）=0.69 Do/e=1018/8.2=124.15 查图得，A=1.510-3，再查图得，A值所在点落在材料温度线的右方，故 B=67MPa P=Be/Do=67/124.15=0.54MPaPo所以可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造这台缩聚釜。 另外，需要对n=7mm的缩聚釜进行内压强度校核。已知Di=1000mm，Pc=1.10.5=0.55MPa，t=275， =118MPa（内插法），=0.8，e=6.4mm则 所以，这台缩聚釜可以采用7mm厚的0Cr18Ni9钢板制造2）设计夹套厚度已知Di=1200

16、mm，Pc=1.10.3=0.33MPa，t=275， =90MPa（内插法），=0.8，C2=0mm（2分）取C1=0.22mm，圆整后n=3mm所以，夹套厚度3mm12. 今有一直径为640mm，壁厚为4mm、筒长5000mm的容器，材料为Q235-A，工作温度为200，试问该容器能承受0.1MPa外压？如不能承受，应加几个加强箍？ 解：已知Di=640mm，n=4mm，L=5000mm，t=200，P=0.1MPa，Et=1.86105MPa，C1=0.3mm，C2=2mm，200下Q235-A（含碳量0.22%）的弹性模量为1.86105MPa，e=n C1C2=40.32=1.7mm

17、 LcrL，故该容器为短圆筒 由于PP，容器不能承受0.1MPa外压，所以需要加加强箍 n=5000/366.821=12.6313个 所以应该加13个加强箍。13. 试设计一中间试验设备轻油裂解气废热锅炉汽包筒体及标准椭圆形封头的壁厚，并画出封头草图，注明尺寸。己知设计条件为：设计压力1.2MPa，设计温度为350，汽包内径450mm，材质为16MnR，筒体带垫板，单面对接焊缝，100探伤。 解：已知P=1.2MPa，Di=450mm，假设厚度6-16mm，16MnR在350时的许用应力350=134MPa，=0.9，C2=2mm。取C1=0.5mm，则取n=5mm椭圆形封头,整体冲压取=1

18、考虑钢板负偏差，并考虑焊接方便，取n=6mm与筒体同。14. 试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为800mm，锥底接一公称直径DN150(外径为159mm)的接管。锥底半顶角为45，釜的设计压力为1.6MPa，工作温度为40，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材质为Q235-A。 解：由于半顶角30，所以锥体大端采用带折边的结构。折边内半径r=0.15Di，r=120mm。整个封头取同一厚度，锥体厚度按下式计算：（2分）查表得f=0.645，Pc=1.6MPa，Di=800mm，=113MPa，=1.0（采用双面对接焊缝，全部无损探伤），C2=1mm，代入公式得 （2分）过渡区厚度为：（2分）查表得K=0.8181，代入公式得（2分）比较后取d=8.36mm，钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后n=10mm15. 试为一精馏塔配塔节与封头的联接法兰及出料口接管法兰。已知条件为：塔体内径800mm，接管的公称直径为100mm，操作温度300，操作压力0.25MPa，材质Q235-A。绘出法兰结构图并注明尺寸。 16. 为一不锈钢(1Crl9Ni9)制的压力容器配制一对法兰，最大工作压力为1.6MPa，工作温度为150，容器内径为1200mm。确定法兰型式，结构尺寸，绘出零件图。