过程设备设计课后习题答案.doc

习题1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为50；圆筒内径Di=1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K0.1mm/a，设计寿命B=20年。试在Q2305-AF、Q235-A、16MnR三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。解：pc=1.85MPa，Di=1000mm，=0.85，C2=0.120=2mm；钢板为4.516mm时，Q235-A 的t=113 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；钢板为616mm时，16MnR的t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。材料为Q235-A时：材料为16MnR时：2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50时的最大饱和蒸气压小于1.62 MPa（即50时丙烷饱和蒸气压）；圆筒内径Di=2600mm，筒长L=8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2mm，焊接接头系数=1.0，装量系数为0.9。试确定：各设计参数；该容器属第几类压力容器；圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响）；水压试验时的压力，并进行应力校核。解：p=pc=1.11.62=1.782MPa，Di=2600mm，C2=2mm，=1.0，钢板为616mm时，16MnR的t= 170 MPa，s=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm。容积中压储存容器，储存易燃介质，且pV=75.689MPam310MPam3，属三类压力容器。圆筒的厚度标准椭圆形封头的厚度水压试验压力应力校核3. 3.今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径Di=600mm，厚度n=7mm，材料选用16MnR，计算压力pc=2.2MPa，工作温度t=-20-3。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。解：钢板为616mm时，16MnR的t= 170 MPa，s=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，取C2=1.0mm，=1.0半球形封头壁厚标准椭圆形封头壁厚标准碟形封头壁厚平盖封头厚度从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。4. 一多层包扎式氨合成塔，内径Di=800mm，设计压力为31.4MPa，工作温度小于200，内筒材料为16MnR，层板材料为16MnR，取C2=1.0mm，试确定圆筒的厚度。解：钢板为616mm时，16MnR的it=0t = 170 MPa，s=345 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，i=1.0，0=0.9。为安全起见取=0.9，按中径公式计算：5. 今需制造一台分馏塔，塔的内径Di=2000mm，塔身长（指圆筒长+两端椭圆形封头直边高度）L1=6000mm，封头曲面深度hi=500mm，塔在370及真空条件下操作，现库存有8mm、12mm、14mm厚的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造这台设备。解：计算长度查表4-2得：8mm、12mm、14mm钢板，C1=0.8mm；取C2=1mm。三种厚度板各自对应的有效厚度分别为：8-1.8=6.2mm、12-1.8=10.2mm、14-1.8=12.2mm。三种厚度板各自对应的外径分别为：2016mm、2024mm、2028mm8mm塔计算12mm塔计算14mm塔计算6. 图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工作压力pw=3.0MPa，工作温度Tw=50，反应液密度=1000kg/m3，顶部设有爆破片，圆筒内径Di=1000mm，圆筒长度L=4000mm，材料为16MnR，腐蚀裕量C2=2.0mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进行100%无损检测；夹套内为冷却水，温度10，最高压力0.4MPa，夹套圆筒内径Di=1100mm，腐蚀裕量C2=1.0mm，焊接接头系数=0.85，试进行如下设计：确定各设计参数；计算并确定为保证足够的强度和稳定性，内筒和夹套的厚度；确定水压试验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。解：各设计参数：反应器圆筒各设计参数：按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力查GB150表B3爆破片的制造范围，当设计爆破压力高于3.6MPa时，取精度等级0.5级，其制造范围上限为3%设计爆破压力，下限为1.5%设计爆破压力，设计爆破压力为按内压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：按外压设计时的设计压力（并取计算压力等于设计压力）：按外压设计时的计算长度：设计温度取工作温度钢板为616mm时，16MnR的t= 170 MPa，查表4-2，C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=2.0mm，=1.0夹套各设计参数：设计压力（并取计算压力等于设计压力）：取最高工作压力。设计温度取10，C1=0。内筒和夹套的厚度：圆筒和标准椭圆形封头壁厚设计按内压设计时夹套壁厚设计7. 有一受内压圆筒形容器，两端为椭圆形封头，内径Di=1000mm，设计（计算）压力为2.5MPa，设计温度300，材料为16MnR，厚度n=14 mm，腐蚀裕量C2=2.0mm，焊接接头系数=0.85；在圆筒和封头焊有三个接管（方位见图），材料均为20号无缝钢管，接管a规格为896.0，接管b规格为2198，接管c规格为1596，试问上述开孔结构是否需要补强？答：根据GB150规定，接管a不需要另行补强。接管b、c均需计算后确定。椭圆形封头的计算厚度：16MnR在300时许用应力，查表D1，616mm时，t= 144 MPa，查表4-2，C1=0.8mm；查表D21，10mm时，tt= 101 MPa；fr=101/144=0.701。接管c的补强计算：8.具有椭圆形封头的卧式氯甲烷（可燃液化气体）储罐，内径Di=2600mm，厚度n=20 mm，储罐总长10000mm，已知排放状态下氯甲烷的汽化热为335kJ/kg，储罐无隔热保温层和水喷淋装置，试确定该容器安全泄放量。解：容器安全泄放量9.求出例4-3中远离边缘处筒体内外壁的应力和应力强度。（例4-3：某一钢制容器，内径Di=800mm，厚度t=36mm，工作压力pw=10MPa，设计压力p=11MPa。圆筒与一平封头连接，根据设计压力计算得到圆筒与平封头连接处的边缘力Q0=-1.102106N/m，边缘弯矩M0=5.725104Nm/m，如图所示。设容器材料的弹性模量E=2105MPa，泊松比=0.3。若不考虑角焊缝引起的应力集中，试计算圆筒边缘处的应力及应力强度）解：远离边缘处筒体的应力和应力强度为不考虑边缘效应时，按拉美公式计算的应力分量，按应力分类可分解成一次总体薄膜应力、沿厚度的应力梯度-二次应力，并计算出其应力强度。各应力分量沿圆筒厚度的平均值一次总体薄膜应力Pm：筒体内壁各应力分量的应力梯度内壁处的二次应力Q：筒体外壁各应力分量的应力梯度外壁处的二次应力Q：筒体内壁处的各应力强度：筒体外内壁处的各应力强度：