化工设备设计习题解答

化工设备设计习题概述1材料2薄膜理论2平板理论4内压容器设计4外压容器设计13法兰16开孔补强17支座19储存设备20换热设备20塔设备21反应设备23概述l 填空题1. 化工压力容器设计应当是以（ 安全 ）为前提，并尽可能作到（ 经济）。2. 构成压力容器外壳的六大部件是（筒体），（封头），（密封装置），（开孔接管），3. （支座）及（安全附件）。4. 内压容器按设计压力大小分类如下：（0.1Mpap1.6MPa）为低压容器，（1.6Mpap10MPa）为中压容器，（10Mpap100MPa）为高压容器，（p100MPa）为超高压容器。5. 容器按其在生产工艺过程中的作用原理可分为（ 反应压力容器 ）、（换热压力容器）、（ 分离压力容器）、（储存压力容器）。6. 按压力容器技术管理和监督检查，将压力容器分为（三）类。7. 直径为2000mm，设计压力为10Mpa的废热锅炉。（三类容器）8. 设计压力为0.6Mpa的氟化氢气体储罐。（二类容器）9. 设计压力为1.0Mpa的搪玻璃压力容器。（二类容器）10. p为4Mpa的剧毒介质容器。（三类容器）11. 直径为2000mm，设计压力为1MPa的圆筒形容器。（一类容器）12. 设计压力为3.6MPa的搪玻璃压力容器。（三类容器）13. 设计压力为0.5MPa的管壳式余热锅炉。（二类容器）14. p为3MPa的氰化氢容器。（三类容器）15. 设计压力为1.5MPa，毒性程度为极度和高度危害介质的容器为（ 二 ）类容器。16. 易燃介质且毒性程度为中度危害介质的低压储存容器属于（ 二）类。17. 毒性为高度或极度危害介质，PV大于0.2MPam3的低压容器为（ 一 ）类。18. 计压力为1.6 Mpa,盛装液化石油气且pv值乘积为9Mpa.m3的容器属于（二）类容器。19. 我国的第一部压力容器国家标准是（GB150-89钢制压力容器），该标准适用于设计压力不大于（35 MPa）的钢制压力容器的设计，制造，检验及验收。20. 压力容器设计准则大致可分为（强度失效设计准则），（刚度失效设计准则），（稳定失效设计准则）和（泄漏失效设计准则）。l 问答题1. 为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要视压力乘容积的大小？2. 容器上的基本受压部件和非受压部件分别指的是什么？l 简述题1. 目前在化工容器设计中已被采用的设计准则有哪几种？答：弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、弹塑性失效设计 准则、疲劳失效设计准则、断裂失效设计准则、蠕变失效设计准则、失稳失效设计准则。2. 压力容器安全技术监察规程与GB150的适用范围如何？是否相同？为什么？答： 不相同，因为GB150是设计、制造压力容器产品的依据，适用于设计压力不大于35 Mpa的固定的、承受恒定载荷的钢制压力容器的设计，制造，检验及验收。而压力容器安全技术监察规程是政府对压力容器实施安全技术监督和管理的依据，属于技术法规范畴。适用于同时具备下列条件的压力容器：（1） 最高工作压力大于等于0.1Mpa（不含液体静压力）；（2） 内直径大于等于0.15m，且容积大于等于0.025m3;（3） 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高原等于标准沸点的液体。二者相辅相成，构成了中国压力容器产品完整的国家质量标准和安全管理法规体系。材料l 填空1. 压力容器用钢的基本要求是有较高的（强度）、良好的（塑性）、（韧性）、（制造性能）和（与介质相容性）。2. 影响压力容器钢材性能的环境因素主要有（温度高低），（载荷波动），（介质性质），（加载速率）等。3. 不锈钢中的主要合金元素(铬)是耐腐蚀性能的主要来源；（镍）扩大不锈钢耐蚀范围；（钼）提高不锈钢对氯离子的抗蚀能力，提高钢的耐热强度；（钛）防止焊接用不锈钢发生晶间腐蚀。l 问答题1、压力容器专用的低合金钢板16MnR与一般合金钢板16Mn有什么主要区别？答：磷、硫的含量不同，16MnR均要求低于0.035%，而16Mn仅要求分别低于0.045%和0.050%； 16MnR的检验要求更严格。2、硫和磷对钢材性能有何影响？为什么要控制压力容器用钢中的硫磷合量？答：因为硫和磷是钢中最主要的有害元素。硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辅照脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。因此，与一般结构钢相比，压力容器用钢中的硫磷合量控制更加严格。3、下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？ 答：Q215-B.F 代表 普通碳素钢（钢种），其中Q为 屈服强度的头一个拼音字母，215为屈服强度值，B表示质量等级，F表示沸腾钢。20A代表高级优质碳素钢，20为含碳量0.2%。15MnVDR 代表普通低合金钢，含碳量0.15%左右，含Mn小于1.5%，含V小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢。Q235-A.F 代表 普通碳素钢（钢种），其中Q为 屈服强度的头一个拼音字母 ，235为 屈服强度值，A表示 质量等级，F表示 沸腾钢。20代表优质碳素钢，20为含碳量0.2%。16MnDR 代表普通低合金钢，含碳量0.16%，含Mn小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢薄膜理论l 问答题1、什么是无力矩理论？其适用范围有何限制？答：一般情况下，对于薄壁壳体在内压作用下，薄膜内力和弯曲内力同时存在。当薄壳中面的曲率、扭率改变非常小时，弯曲内力很小，在考察薄壳平衡时可省略弯曲内力的影响，于是得到无矩应力状态。这种省略弯曲内力的壳体理论，称为无力矩理论或薄膜理论。为保证回转薄壳处于薄膜状态，壳体形状、加载方式及支承一般应同时满足如下条件：壳体曲面必须连续，不存在曲率、厚度或材料突变；外载荷必须连续，不存在外力矩或集中载荷；壳体边界必须自由，不存在支撑或约束。2、不连续应力有何特性？对于受静载荷作用的塑性材料壳体在设计中如何对待不连续应力？答：（1）局部性 不连续应力只存在于连接处附近的局部区域，随离开边缘的距离增加而迅速衰减，影响范围很小。（2）自限性 不连续应力是由于边界两侧彼此弹性约束而产生的，因此对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区产生塑性变形，这种弹性约束就开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制。对于受静载荷作用的塑性材料壳体，在设计中一般不作具体计算，仅采取结构上作局部处理的办法，以限制其应力水平。l 选择填空1当容器的D0/Di是（ ）时，则该容器属于薄壁容器。 A：D0/Di0.5Ri），该截面在周向弯矩作用下，筒体的上半部分截面发生变形，使该部分截面实际成为不能承受纵向弯矩的“无效截面”，而剩下的半部分截才是承受弯矩的“有效截面”，这种现象称为“扁塌效应”。2、 弹性失稳对于壁厚与直径相比很小的薄壁圆筒，失稳时器壁中的压缩应力通常低于材料的比例极限，这种失稳称为弹性失稳。3、临界压力4、临界长度l 填空1、外压容器稳定性条件是（ ）。2、短圆筒的临界压力不仅与（ 壁厚与直径之比）有关，而且与（ 长度与直径之比），失稳时的波数为（大于2 ）。3、长圆筒的临界压力与（ ）无关，与（ ）有关，失稳时波数等于（ ）。4、外压容器的临界压力是指 外压容器刚刚失稳时所对应的压力。5、对压力容器进行内压试验是为了 检验压力容器在超工作压力下的宏观强度以及焊缝和其他连接部位的致密性。l 选择填空1、外压容器设置加强圈的目的是为了 （d） 。（a） 开孔补强；（b）延长容器的寿命；（c）缩短容器长度；（d）提高临界压力。2、外压圆筒几何参数计算图中的系数A的含义是 （c） 。 （a）失稳时的应力；(b) 失稳时的轴向应变；(c)失稳时的周向应变；(d) 前三项都不对。3、长圆筒失稳时的波数n=（A），临界压力P cr与L/D无关。A：2；B：3；C：4； D：5。4、薄壁壳体在承受外压作用时，往往不是因为强度不足而破坏。当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，这种现象称为(A)。A：失稳；B：扁塌；C：屈服； D：失效。l 判断正误1、对于弹性失稳，采用高强度材料对提高筒体稳定性没有优点。（ ）3、外压法兰和内压法兰在设计计算上是完全相同的。（）4、加强圈与筒体之间必须连续焊接。（）5、外压容器的稳定系数即为壁厚安全系数。（ ）6、其它条件相同时外压圆筒的计算长度越短则承受外压能力越大。（ ）4. 薄壁壳体在承受外压作用时，往往不是因为强度不足而破坏。当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，这种现象称为失稳。（）5. 短圆筒必须考虑两端边界对稳定性的影响，失稳时的波数为n=3，临界压力P cr与/D、L/D无关。（）6.外压圆筒的计算长度系指圆筒外部或内部两相邻刚性构件之间的最大距离，通常封头、法兰、加强圈等均可视为刚性构件。（）l 问答题1、对于弹性失稳，提高材料的强度能否使临界压力提高？对于非弹性失稳呢？为什么？2、什么是弹性失稳和非弹性失稳？用高强度钢代替低强度钢可否提高容器的弹性稳定性？答：失稳时壁内压应力小于材料的比例极限，应力与应变符合虎克定律，称为弹性失稳。此时失稳临界压力与材料屈服极限无关，仅与弹性模数E和波桑比有关。由于各种钢的弹性模数E和波桑比差别甚小，故用高强度钢代替低强度钢来提高容器的弹性稳定性几乎无效。若失稳时壁内压应力大于材料的比例极限，应力与应变呈非线性关系，则称为非弹性失稳。非弹性失稳时临界压力与材料屈服极限有关，此时采用高强度钢代替低强度钢即可提高容器的稳定性。3、划分长短圆筒的意义是什么？4、外压长圆筒和外压短圆筒有何区别？在设计外压圆筒时为什么广泛采用加强圈结构？答：长圆筒的计算长度大于临界长度，其临界压力与筒体长度无关，失稳时凹陷波数等于2；短圆筒的计算长度小临界长度，其临界压力与筒体长度成反比，失稳时凹陷波数大于等于3。 在直径和壁厚相同时，短圆筒的临界压力高于长圆筒，且长度越小临界压力越高。在外压圆筒上再增设加强圈，是为了减小短圆筒的计算长度或使长圆筒变为短圆筒，提高抗失稳能力。此法较增加壁厚节省材料，并可减轻重量约1/3。不锈钢圆筒增设碳钢加强圈更为经济。5、试分析提高外压圆筒承载能力的途径有哪几种？6、简述外压容器侧向失稳的形式并说明如何通过失稳形势判断外压容器的类型？答：容器强度足够，却突然失去原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶皱，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形，这种现象称为弹性失稳。其实质是容器筒壁内的应力状态有单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，产生的波形数n=2时，为长圆筒；n2时，为短圆筒；如只发生强度破坏，无失稳则为刚性筒。l 计算题1、低碳钢外压圆筒，外径，测量壁厚为，内部介质无腐蚀性，钢板负偏差，筒体长，两侧为椭圆封头，凸面高度，求该筒体的许用外压。（弹性模量为）（6分）解： 属短圆筒， ， 2. DN2000的低碳钢外压圆筒，筒体长4500mm，壁厚10mm，两侧封头凸面高度600mm，介质无腐蚀。试计算筒体能承受的许可外压，并判断发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数是等于2还是大于2？。（，） 解：， ，为短圆筒，发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数。 法兰l 解释术语1、预紧比压 2、垫片系数 3、法兰的公称压力：以16MnR在200时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。l 填空1. 法兰联接结构是一个组合件，是由一对法兰，若干（螺栓、螺母）和一个（垫片）所组成。常用的法兰密封面形式有（平面形），（凹凸形），（榫槽形）。2.预紧螺栓时，（ ）通过（ ）作用到垫片上，使垫片发生（ ）或（ ）变形，以填满（ ）上的不平间隙，从而阻止（ ）。3.从设计角度，法兰分为（松式 ）法兰、（ 整体 ）法兰、和（ 任意式）法兰。l 判断正误1.容器上的法兰和支座可称为基本受压部件。（ ）2.外压法兰和内压法兰在设计计算上是完全相同的。（）3.垫片系数m值较大说明对该垫片不易实现密封。（ ）4.工作密封比压是在操作状态下垫片单位面积上所必须保留的最小压力。（ ） 5. 乙型平焊法兰与甲型平焊法兰相比，多了一个圆筒形短节，其厚度t为12mm或16mm，这个厚度要比相同公称直径和公称压力下的筒体壁厚大得多，所以它加强了法兰的刚性，使它的使用范围增大。（）6法兰标准有压力容器法兰和管法兰两大类，两类法兰的连接尺寸相同时也不可以互换使用。（）l 问答题1、保证法兰连接紧密不漏的两个条件是什么？2、法兰连接中螺栓间距太大和太小有何不好？答：太大，在螺栓孔之间将引起附加的法兰弯矩，且垫片受力不均导致密封性下 降；太小，可能放不下扳手，且螺栓太细容易折断。3、螺栓法兰连接设计包括那些内容？答：（1） 确定垫片材料、类型及尺寸； （2）确定螺栓材料、规格及数量；（3）确定法兰材料、密封面形式及结构尺寸；（4）进行应力校核。4、 简述法兰连接的密封原理答：法兰联接结构是一个组合件，是由一对法兰，若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。当垫片表面单位面积上所受的压紧力达到一定值时，垫片便产生弹性或屈服变形，填满上、下压紧面处原有的凹凸不平处，堵塞了流体泄漏的通道，形成初始密封条件。形成初始密封条件时垫片单位面积上所受的最小压紧力，称为“垫片比压力”，用y表示；操作工况下，压紧面上的密封比压力下降；垫片预紧时的弹性压缩变形部分产生回弹，其回弹量补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，使作用在压紧面上的密封比压力仍能维持一定值以保持密封性能。为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力，称为操作密封比压。5、一设备法兰的操作温度为2800C，工作压力为0.4MPa，当材料为Q235-A和15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰的几何尺寸？答：Q235-A应按公称压力1.0MPa级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR应按公称压力0.6MPa级别确定法兰的几何尺寸。6、一设备法兰的操作温度为2700C，工作压力为0.8MPa，当材料为Q235-B和15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸？答：Q235-B应按公称压力1.6MPa级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR应按公称压力1.0MPa级别确定法兰的几何尺寸。开孔补强l 填空1、补强圈补强有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等几种基本结构。2、人孔的公称直径不得小于（ 450 ）mm，最常用的是（ 500 ）mm,手孔的公称直径一般在（ 200 ）mm左右。l 判断正误1、 应力集中常发生在容器上有过度圆角的地方，虽然作用范围很小，但由于应力峰值很高，所以在常规设计时必须计算。（ ）2、根据GB150钢制压力容器，不是所有的压力容器开孔都必须另行补强，当开孔直径小于一定值时，就允许不做另行补强处理。（）l 选择1、（A）一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540Mpa、补强圈厚度小于或等于1.5倍壳体名义厚度、壳体名义厚度不大于38mm的场合。A：补强圈补强；B：厚壁接管补强；C：整锻件补强； D：整体补强。l 问答题1、简述补强圈补强的特点及适用条件 答：结构简单，制造方便，使用经验丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力；另外，补强圈与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳性能差。一般使用在静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于1.5n、壳体名义厚度n不大于38mm的场合。2、为什么压力容器开孔接管有时可允许不另行补强？答：因为压力容器常常存在各种强度裕量，例如接管和壳体实际厚度往往大于强度需要的厚度；接管跟部有填角焊缝；焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上。这些因素相当于对壳体进行了局部补强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可允许不另行补强。3、补强圈补强结构的补强计算准则是什么？如何进行4、为什么规范设计中对开孔的最大值加以限制？规范设计中开孔补强计算是基于无限大平板开小圆孔理论的结果，当圆筒或封 头上开孔较小时，可忽略曲率的影响，而开孔越大，应力集中越严重，规范设 计法不能适用。5、常用的补强元件有哪几种类型？个有何特点？画出简图。答：（1）补强圈补强 结构简单，制造方便，使用经验丰富，但传热效果差，易产生热应力，抗疲劳性差。（2）厚壁接管补强 结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果好。但必须保证全焊透。（3）整锻件补强 补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；抗疲劳性好。缺点是锻件供应困难，制造成本高。6、什么是开孔应力集中现象？采取补强措施的目的是什么？答：压力容器开孔后，不仅器壁材料被削弱，同时由于结构连续性被破坏，在孔口边缘应力值显著增加，其最大应力值往往高出正常器壁应力的数倍，这就是常称的开孔应力集中现象。采取适当的补强措施，改善开孔边缘的受力情况，减轻其应力集中的程度，以保证其具有足够的强度。支座l 填空1、为了使容器在壁温变化时能沿轴线自由伸缩，鞍座有（固定）式和（滑动）式两种。l 判断正误1、容器上的法兰和支座可称为基本受压部件。（）2、为了使容器在壁温变化时能沿轴线自由伸缩，鞍座有固定式(代号为F)和滑动式(代号为s)两种。固定式鞍座底板上的螺拴孔是圆形的，滑动式鞍座底板上的螺栓孔是长圆形的。其长度方向与筒体轴线方向垂直。（）l 选择1、当筒体的LD。较小，D。较大，或在鞍座所在平面内有加强圈时，支座位置A值与筒体长度L的关系应按下述原则确定：取A（B）L。A：0.7；B：0.2；C：0.27； D：0.5。2、为了使容器在壁温变化时能沿轴线自由伸缩，鞍座有固定式(代号为F)和滑动式(代号为s)两种。固定式鞍座底板上的螺拴孔是（C）的，滑动式鞍座底板上的螺栓孔是（D）的。其长度方向与筒体轴线方向。（B）A：垂直；B：平行；C：圆形； D：长圆形。l 问答题1、在双支座卧式容器设计中为什么要取A0.2L,并且尽可能满足A0.5Ri?答：由材料力学可知，当A=0.207L时，跨中截面的最大弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除了弯矩以外的载荷，而且支座截面处应力较为复杂，故常常取支座处圆筒的弯矩略小于跨中处圆筒的弯矩，通常取A0.2L。此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度，试验证明，当A0.5Ri时， 封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部加强的作用，因此，支座的最佳位置应在满足A0.2L的条件下,并且尽可能满足A0.5Ri。2、确定鞍式支座位置的基本原则是什么？A0.2L，使跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等；A0.5Ri，以充分利用封头对支座处筒体的加强作用。3、支座与容器之间加焊垫板的目的是什么？4、卧式和立式容器支座的形式主要有哪些？ 卧式容器的支座主要有鞍座、圈座和支腿，立式容器的支座主要有耳式支座、支撑式支座和裙式支座。储存设备l 判断1、对于内压作用下的双鞍座卧式液体储罐，校核最大轴向压应力的危险截面为跨中截面和支座截面。（）2. 为什么有时卧式储罐采用埋地安装？采用地下卧式储罐是为了减少占地面积和安全防火距离。液化气体储罐有时采用埋地安装还有一个主要原因是为了避开环境温度对它的影响，从而维持地下卧式液化气体储罐压力的基本稳定。换热设备l 问答题1、换热器应满足哪些要求？2、按传热方式不同，换热设备可分成那几类？3、常见的膨胀节形式有哪些？膨胀节有何作用？4、换热器管程分程隔板处设置“假管”的目的是什么？5、换热器管子与管板连接方法有哪几种？ 答：换热管与管板的连接方式主要有强度胀、强度焊和胀焊并用。强度胀是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。结构简单，便于更换管子，但不宜在高温下工作。主要适用于设计压力小于等于4.0Mpa；设计温度小于等于300；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。强度焊是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。加工简便，连接强度好，高温高压下也能保证密封性和抗拉能力。除了有较大振动及缝隙腐蚀的场合，只要材料可焊性好，强度焊可用于其他任何场合。胀焊并用主要有强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度胀等几种形式。不仅提高连接处的抗疲劳性能，还可消除应力腐蚀和疲劳腐蚀，提高使用寿命。主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。6、管壳式换热器主要有哪几种形式？各有何特点？答：固定管板式换热器：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，易于堵管或换管；但当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，产生较大的热应力。浮头式换热器：管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。U形管式换热器：结构比较简单，价格便宜，承压能力强，不产生热应力，但管板利用率低，壳程流体易短路，对传热不利，内层换热管不能更换。填料函式换热器：结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，管间和管内清洗方便，但填料处易产生泄漏。7. 在下面的管束分程布置图中填写流动顺序。8. 对换热器管束进行分程的要求有哪些？ 答：（1）避免流体温差较大的两部分管束紧邻；（2）程与程之间温差不宜过大, 不超过20（3）应尽可能使各管程的换热管数大致相同（4）分程隔板槽形状简单, 密封面长度较短塔设备l 填空1、整块式塔盘根据组装方式不同可分为（定距管）式及（重叠）式两类。采用整块式塔盘时，塔体由若干个塔节组成，每个塔节中装有一定数量的塔盘，塔节之间采用（法兰）连接。l 判断正误1、塔器内部的塔盘可视作加强圈。（ ）2、与泡罩塔相比，生产能力提高20一40，塔板效率高10一15，压力降小于30一50，且结构简单，造价较低，制造、加工、维修方便，故在许多场合都取代了泡罩塔的是（A）。A：筛板塔；B：浮阀塔；C：舌形塔； D：栅板塔。l 问答题1、塔设备应满足哪些要求？2、简述卡曼涡街是如何形成的？3、防止塔设备振动的措施有哪些？举例说明。答：（1） 增大塔的自振频率：降低塔高，增加塔径；加大壁厚或采用密度小、弹性模量大的结构材料；（2）增加塔的阻尼：塔盘上的液体或塔内的填料都是有效的阻尼；设置阻尼器或塔壁上悬挂外裹橡胶的铁链条。（3）采用扰流装置：如梯子、平台等。4、什么是直立塔设备的共振？有何危害？如何防止？答：受风诱导振动的频率与塔的任一振型的固有频率一致时，塔就会产生共振。如果塔产生共振，轻者使塔产生严重弯曲、倾斜，塔板效率下降，影响塔设备的正常操作，重者导致塔设备严重破坏，造成事故。为了防止塔的共振，塔在操作时激振力的频率不得在塔体第一振型固有频率的0.851.3倍范围内，否则应采取以下措施：（1） 增大塔的固有频率；（2） 采用扰流装置；（3） 增大塔的阻尼。5、塔设备按内件结构分为哪几类？各有何特点？答：（1）填料塔 属于微分接触型的气夜传质设备。塔内以填料作为气夜接触和传质的基本构件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行两相间的传质和传热。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。（2）板式塔 是一种逐级（板）接触的气夜传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质和传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。6、分析安装在户外的塔体受哪些载荷的作用？说明这些载荷将引起何种变形？ 答：主要受工作压力、重量载荷、风载荷、地震载荷以及偏心载荷的作用。对各种载荷影响的考虑：（1）工作压力引起拉伸变形；（2）重量载荷引起的轴向拉伸和压缩变形；（3）风载荷造成的风弯矩，引起弯曲变形；（4）垂直地震力引起的轴向拉伸和压缩变形，水平地震力形成地震弯矩，引起弯曲变形； （5）偏心载荷造成偏心弯矩，引起弯曲变形，同时也产生压缩变形。7、写出下列塔附件和内件的作用。除沫器减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。液体分布装置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。液体再分布装置收集上层液体，使其在下一层再分配均匀。吊柱对于较高的安装在室外、无框架的整体塔设备，在塔顶设置吊柱对安装及拆卸内件、更换或补充填料是即方便又经济的一项设施。入口堰保证液封，减少流液水平方向的冲击。出口堰保持液层高度，促进液层均匀分布。受液盘保证出口处液封。 8、降液管的型式有哪两种？各适用于什么场合 圆形适用于液体负荷低或塔径较小的场合；在降液管前方设溢流堰以增加溢流周边，保证分离空间。 弓形适于大液量及大塔径的塔；堰板和全部弓形区作为降液面。 9、根据表中散装填料的图片填写其名称和特点。图 片名 称特 点 拉西环填料环的外径与高度相等，结构简单、价廉，可由陶瓷、金属、塑料等制成。但由于拉西环的比表面积较小，传质效能较低，由于自身形状引起的沟流和壁流使气液分布不匀，相际接触不良。鲍尔环在拉西环上作大改进，虽然环外径也是等高，但环壁上开出两排带有内伸舌片。这种结构改善了气液分布，充分利用了环的内表面。与拉西环相比，处理量可大50%以上，而压降低50%; 阶梯环吸取拉西环的优点又对鲍尔环进行改进，即环的高径比仅为鲍尔环的一半，关在环的一端增加了锥形翻边。这样减少了气体通量，填料的强度也提高了，由于结构特点，使气液分布均匀。矩鞍环矩鞍环填料的形状介于环形与鞍形之间，因而兼有两者之优点，这种结构有利于液体分布和增加了气体通道。该填料比鲍尔环阻力小、通量大、效率高。填料强度和刚性较好，是目前应用最广的一种散堆填料。反应设备l 填空题1、用于机械搅拌反应器的轴封主要有两种：（填料密封）和(机械密封)。2、搅拌反应釜的搅拌装置包括（搅拌器）、（搅拌轴）等，是实现搅拌的工作部件。l 判断1下述不是机械密封的特点的是（A）。A：易于制造；B：功耗小；C：使用寿命长； D：泄漏率低。l 问答题1、 简述机械密封及填料密封的工作原理，二者有何区别？填料密封 ：被装在搅拌轴和填料函之间环隙中的填料，在压盖压力作用下，对搅拌轴表面产生径向压紧力。由于填料中含有润滑剂，因此在对搅拌轴产生径向压紧力的同时形成一层极薄的液膜，它一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面阻止设备内流体逸出或外部流体渗入而达到密封的作用。机械密封： 机械密封的结构由动环、静环、弹簧加载装置和辅助密封圈组成。当轴旋转时静环不动，动环与轴一起旋转，通过弹簧作用动环与静环紧密接触，从而防止了介质的泄露。区别：从密封面性质看，在填料密封中轴和填料的接触是圆柱形表面，而在机械密封中动环与静环的接触是环形平面。其次，从密封力看，在填料密封中，密封力是靠拧紧压盖螺栓后，使填料发生径向膨胀而产生，在轴的运转过程中，伴随填料与轴的摩擦发生磨损，从而减小了密封力而引起泄漏，而在机械密封中，密封力是靠弹簧压紧动环与静环而产生的，当两个环有微小磨损后，密封力基本上保持不变，因而介质不容易泄漏。故机械密封比填料密封要优越的多。2、对机械密封摩擦副配对材料的硬度有何要求？为什么？3、搅拌轴的密封装置有哪几种？各有什么特点？答：有填料密封和机械密封两种。填料密封结构简单，制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。机械密封的泄露率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛的应用。4设计搅拌轴时，应考虑哪些因素？如何确定轴的实际直径？答：设计搅拌轴时，应考虑四个因素：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，考虑上述因素计算所得的轴径是指危险截面处的直径。确定轴的实际直径时，通常还得考虑腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。