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《化工设备机械基础课程设计》根据高等工科院校课程设计教学的基本要求，阐述了化工设备机械基础课程设计的内容和步骤、化工设备绘图基础、化工容器设计计算基础以及化工设备常用零部件选型等基本知识；详细介绍了双鞍座卧式贮罐、搅拌夹套反应釜、列管式换热器、塔设备等典型化工设备设计内容和设计示例。

目录

前言

**章 绪论 1

**节 化工设备机械基础课程设计的内容和步骤 1

一、化工设备机械基础课程设计的内容 1

二、化工设备机械基础课程设计的步骤 1

第二节 设计任务书 2

第三节 设计说明书的内容及要求 3

一、内容及要求 3

二、课程设计说明书的整理 6

第二章 化工设备绘图基础 7

**节 图样的基本要求 7

一、图纸幅面及格式 7

二、比例 8

三、字体、符号及尺寸 9

四、图线 9

五、图面的布置 11

第二节 尺寸标注 l2

一、数字的标注 13

二、比例的标注 13

三、放大图的标注 13

四、视图符号的标注 14

五、管口符号的标注 14

六、件号的标注 16

第三节 化工设备图表及栏 17

一、明细栏 17

二、标题栏 18

三、管口表 19

四、技术特性表 20

五、技术要求 20

第四节 化工设备图的表达 21

一、基本视图的选择和配置 21

二、多次旋转的表达方法 22

三、局部结构的表达方法 22

四、断开和分段（层）的表达方法 23

五、设备整体的表达方法 23

六、管口方位的表达方法 23

第五节 化工设备图中的简化画法 25

一、标准件及外购零部件 25

二、管法兰 25

三、重复结构的简化画法 26

四、液面计 28

五、设备涂层和衬里 29

六、焊缝的表示方法 30

七、单线图 31

第三章 化工容器设计计算基础 35

**节 内压容器计算 35

一、圆筒计算 35

二、球壳计算 36

三、压力试验 37

第二节 外压容器计算 37

一、圆筒计算 38

二、球壳计算 39

三、压力试验 39

四、外压圆筒加强圈计算 40

第三节 封头的计算 46

一、内压封头 47

二、外压封头 55

第四节 开孔补强设计计算 55

一、开孔所需补强的*小面积 55

二、有效补强范围 56

第四章 化工设备常用零部件 58

**节 封头 58

一、形式 58

二、标记 59

三、选型 59

四、结构形式与尺寸 59

第二节 法兰 66

一、标记 66

二、选型 66

三、结构形式与尺寸 66

第三节 支座 75

一、鞍式支座 75

二、支承式支座 87

三、腿式支座 92

四、耳式支座 96

第四节 人孔 98

一、标记 98

二、选型 99

三、结构形式与尺寸 99

第五节 手孔 107

一、标记 107

二、选型 107

三、结构形式与尺寸 107

第六节 视镜 112

一、选型 112

二、结构形式及尺寸 112

第七节 液面计 117

一、选型 117

二、结构形式及尺寸 117

第八节 补强圈 122

第五章 双鞍座卧式贮罐设计 125

**节 厚度计算 125

第二节 强度计算 125

一、支座反力 125

二、圆筒轴向应力 126

三、切向剪应力 127

四、圆筒周向应力 129

五、鞍座应力计算及校核 131

六、地震引起的地脚螺栓应力 132

第三节 设备附件计算选型 133

一、支座 133

二、人（手）孔 134

三、补强圈 134

四、接管 134

五、排净口 134

六、视镜 134

七、液面计 134

第四节 双鞍座卧式贮罐强度计算实例 135

第六章 搅拌夹套反应釜设计 140

**节 釜体设计 140

一、罐体的尺寸计算 140

二、夹套的尺寸计算 142

三、压力试验及强度校核 143

第二节 夹套反应釜附件选型及计算 146

一、传动装置 146

二、搅拌装置 162

三、轴封装置 170

四、接管 176

五、挡板 178

六、支座 179

七、人（手）孔 179

八、视镜 179

九、加强图 179

第三节 夹套反应釜计算实例 179

第七章 列管式换热器设计 l83

**节 结构没计 183

一、管箱及壳体 183

二、接管 187

三、换热管 188

四、管板 190

五、管程分程 191

六、拉杆 192

七、折流板 194

八、支座 196

第二节 管板强度计算 196

一、壳体横截面积 196

二、管子参数 196

三、管板参数及系数 197

四、法兰力矩 199

五、设计条件不同危险组合工况的应力计算 205

六、应力计算 207

第三节 列管式换热器设计计算实例 210

第八章 塔设备设计 218

**节 塔体及封头厚度计算 218

第二节 塔体强度及稳定性校核 218

一、载荷计算 218

二、塔体强度及稳定性校核 225

三、裙座轴向应力校核 228

四、地脚螺栓座 229

五、裙座与塔壳连接焊缝 232

六、塔式容器法兰当量设计压力 233

第三节 塔器通用零部件的结构设计 233

一、裙座 233

二、排气孔和排气管 235

三、隔气圈 236

四、通道管 236

五、检查孔 237

六、排净孔 239

七、地脚螺栓座 239

八、人（手）孔 241

九、吊柱 242

十、保温支承结构 243

十一、隔热箱 246

十二、内部梯子 247

第四节 塔设备强度和稳定性计算实例 247

参考文献 257

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**章 绪论

　　化工设备机械基础课程设计是化工类各专业开设的一门重要的实践课程，是学牛综合应用化工原理、化工制图和化工设备机械基础等有关课程的基础知识，根据给定设计要求自己选择方案、查取数据、进行设备设计计算和核算，完成以化工典型设备为主的设计实践。通过课程设计，使学生掌握化工设备的结构设计和强度计算，以及结合化工制图的基本知识进一步熟悉化工设备的绘制方法，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，为毕业设计打下基础。

　　化工设备机械基础课程设计的基本目的包括：

　　(1)使学生掌握化工设备设计的基本步骤和方法。

　　(2)了解一般化工制图基本要求，提高学生计算机绘图的技能。

　　(3)学习运用标准、规范、手册、图册及查阅科技文献，培养学生查阅有关技术资料和获取没计参数等相关信息的能力。

　　(4)通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求，了解一般化工设备设计的基本内容和要求。

　　**节 化工设备机械基础课程设计的内容和步骤

　　一、化工设备机械基础课程设计的内容

　　化工设备机械基础课程设计要求每位学生完成一种典型化工设备的机械设计及相关设计说明书，工作量包括：①设计说明书1份；②设备总装配图1张；③零部件图2～3张。

　　二、化工设备机械基础课程设计的步骤

　　化工设备机械基础课程设计的主要任务是机械设计，主要是根据设备的工艺条件进行机械结构设计，确定厚度大小并进行强度、刚度和稳定性计算和绘制设备总装配图。课程设计按以下步骤进行。

　　1．课程设计的准备

　　首先认真阅读设计任务书，明确设计要求和工作条件，查阅没备没计的规范，有关零部件和设备参考图，以及设计所涉及的物性参数。

　　2．拟定设计方案

　　根据设备的操作条件，结合设计的具体要求，比较和选择高效、可靠的设备结构形式。

　　3．编写设计说明书

　　(1)选材：根据设备的工艺条件（包括工作压力、温度、介质特性、腐蚀性等），考虑材料的加工性能、焊接性质及其经济性作为选材的依据。

　　(2)计算载荷：用列表法对设备的内压、外压、设备白重、零部件载荷、风载荷、地震载荷等进行计算。

　　(3)结构尺寸确定：根据结构形式、受力条件等对设备的强度、刚度和稳定性进行校核计算，根据计算结果确定出合理的结构尺寸。

　　(4)零部件选用：在设备形式及主要尺寸确定的基础上，根据各种设备常用结构详细设计设备各部分零部件的结构尺寸。大部分设备附件，如法兰、支座、加强圈、接管、视镜等已经标准化，可根据有关设计手册和标准进行选型。

　　4．绘制设备总装图

　　根据设计说明书的计算结果，确定设备主体及各部分附件的结构尺寸，按照化工制图的要求，进行计算机绘图。

　　5．绘制零部件图

　　对于已经标准化的零部件，可不必进行绘制。对于非标准化且具有独立结构的零部件要单独绘制。

　　6．技术要求

　　设备制造、装配、检验和试机等要求，要以文字形式标注在设备总装图上。

　　第二节 设计任务书

　　设计任务书是确定设计方案的基本文件，也是设计工作的指令性文件，是编制设计说明书和进行设备设计的主要依据。设计任务书包括设计题目、设计条件及设计任务，在进行课程设计前应根据设计任务书中的设计条件考虑总体设计方案。

　　【设计任务书示例】

　　化工设备机械基础课程设计任务书

　　设计题目：1.8 m3带搅拌装置的反应釜。

　　设计条件：(1)反应釜材质为Q235 -A，容积为1.8m3，操作容积为1. 44m3，传热面积为5 m2。

　　(2)容器内设计压力0.30MPa，设计温度100℃；夹套内设计压力0.35MPa，设计温度120℃。

　　(3)容器内介质为有机溶剂，加热的方式为用夹套内的蒸汽进行加热。

　　(4)搅拌装置配置的电动机功率为3.OkW，搅拌轴的转速为85 r/m三n，搅拌桨的形式为框式。

　　(5)装置上设有8个工艺接管、2个视镜、4个耳式支座、1个人孔（或同体物料进口）、1个测控接管。

　　设计任务：(1)釜体和夹套强度、刚度、稳定性计算和结构设计。

　　(2)设计釜体的法兰连接结构，选择接管、管法兰，人（手）孔的选型及补强计算，支座选型及验算，视镜的选型，电机、减速机、联轴器、轴封的选型。

　　(3)搅拌轴及搅拌桨的尺寸设计，机架及底盖的结构及尺寸设计。

　　(4)绘总装配图及搅拌轴零件图。

　　(5)完成该反应釜的设计计算说明书。

　　第三节 设计说明书的内容及要求

　　一、内容及要求

　　设计说明书是课程设计技术文件之一，是学生在教师指导下对所进行的设计工作提供理论依据和计算数据，并对取得的设计结果进行表述。课程设计说明书包括以下内容及要求。

　　1．封面

　　封面内容包括课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间等，如图1-1所示。课程设计说明书封面上的题目填写要准确、简明扼要，一般不超过25个汉字，必要时可加副标题，专业要写全称，学号为学籍管理中使用的学号。

　　图1-1 设计说明书封面格式

　　2．目录

　　目录是课程设计的大纲，它反映设计说明书的梗概，目录中所列的标题不包括“摘要”和“ABSTRACT”，但设计任务书必须作为首项列入。目录包括正文标题（不超过三级）及“参考文献”、“附录”、“致谢”等字样，标题的右侧要注明页码，页首三号黑体字居中打印“目录”，“目”与“录”之间空四格。

　　3．设计任务书

　　设计任务书包括设计题目、设计条件和设计任务，可参考“第二节设计任务书”格式。

　　4．中、英文摘要

　　摘要应简要说明课程设计的目的、内容、计算结果和结论等，要求简短、精要、完整、不加评论，一般不低于300字。“摘要”二字单独一行居中，下空一行开始写内容，其正文后空一行书写“关键词：”三字（中文摘要），字体要加粗，在此后写m 3～5个关键词，每一关键词之间用分号分开，*后一个关键词后无标点符号。

　　5．正义

　　正文是设计说明书的主体，一般由标题、文字段落、图、表和式五个部分构成，包括前言、课程设计说明书主体及结论等内容。正文应语言流畅、准确，合乎逻辑，层次分明。正文包括以下内容。

　　(1)前言（绪论）：前言是设计说明书的引子，主要对总体设计方案进行分析和拟定（可附方案简图），结合给定的工艺参数、选定的设备形式进行简要论述。

　　(2)正文主体：正文主体是设计说明书的主要部分，包括方案论证、设计计算与分析、方案校验等。典型化工设备设计中，强度计算是设计说明书中重要的设计内容，南于其计算繁琐，为了方便验算和可追溯，一般要求将设备设计条件、设计简图、计算依据（公式）、计算步骤及计算结果以表格形式列出，如表1-1所示。

　　表1-1 立式搅拌容器强度计算书

　　正文主体其他部分要求层次清楚，重点突出，文字简明通顺。小节内的小标题序号用1、2、3--，小标题用黑体字单列一行，小标题内序号用(1)、(2)、(3) ，其余层次序号依次用A、B、C ，a、b、c 。正文中引用参考文献应在引用处所加[]号内注明文献号码，文中的计量单位均应采用中华人民共和国法定计量单位，并以符号表示。正文、表、图三者中的数据尽可能不要重复，图片、线条、标字必须清楚、规范。表有表题，图有图题，并要有各自的编号。

　　正文的编写格式如下。

　　①标题：每章的标题采用三号黑体字居中打印，例如“**章×××”，下一章另起一页打印。“章”下为“节”，采用小三号黑体居中打印，例如“1.1×××”。“节”下为“小节”，采用四号黑体、左起打印，例如“1.1.1×××”。题目采用1.5倍行距。

　　②图：课程设计说明书中的每幅图都应有图题，图题由图号和图名组成。图题文字均采用比正文小一号字体书写，即采用五号宋体书写。图号按章编排，如“图2 -4”表示第二章第4张插图，图号与图名之间空一格排写，图题置于图下居中位置，图中若有分图时，分图号用(a)、(b)等置于分图之下，图号采用Times New Roman字体。设计中涉及的绘图必须工整、清晰、规范，其中机械零件图按机械制图规格要求，示意图应能清楚反映图示内容。

　　③表：每个表格应有自己的表题和表序，表题应写在表格上方正中，表序写在表题左方不加标点，空一格接写表题，表题末尾不加标点。表格应逐章编序，如“表2-2”表示第二章的第2张表，表序采用Times New Roman字体。表序必须连续。表格允许下页接写，接写时表题省略，表头应重复书写，并在右上方写“续表”。表中数字空缺的格内加“一一”字线（占2个数字），不允许为空。表中有附注时，写在表的下方，句末加标点。表格应写在离正文首次出现处的近处，不应过分超前或拖后，并且采用三线表的形式。

　　④公式：公式序号按章编号，如“(3 -3)”表示第三章的第3个公式，公式序号必须连续，不得重复或跳缺。文中引用公式时，一般用“见式(3 -3)”或“由式(3-3)”。公式居中放置，公式较长时在等号处转行，如难实现，应尽可能在“=”处回行，或者在“+”、“一”“×”、“／”等记号后面回行。公式的编号用小括号括起来放在公式右边行末，公式的行距设置选用1.5倍行距。

　　(3)结论：结论是作者撰写设计说明书不可缺少的一个重要部分，它是对设计结果进行归纳和综合，以及对本次设计的评价和表达在设计中的学习体会。文字要简单、明确，采用小四号宋体。

　　6．参考文献

　　参考文献（资料编号、书名、版本、出版地、出版者、出版年）按在文中出现的先后顺序标出，以“[]”加阿拉伯数字连续编码，编号字体均采用Times New Roman。一种文献在文中若被反复引用者，用同一序号标示，即使用**次出现的编号，不再重复编号或重复列出。在正文后另起一页采用三号黑体居中打印“参考文献”四字，再空一行，采用小四号宋体、左起、悬挂缩进、1. 25倍行距、依次打印参考文献。

　　7．附录

　　对于一些不宜放在正文中，但又是课程设计说明书中不可缺少的部分，或有重要参考价值的内容，可编入附录中。例如：有关的文献、图、表、过长的推导公式等。课程设计说明书的附录用大写字母A、B、C等连续编号，如附录A。“附录”、附录号及附录名用三号黑体字居中打印，附录标题居中放置。附录中的图、表、公式等用阿拉伯数字另行编序号，但在数字前冠以附录序码，如图A1；表B2；式B3等。

　　8．致谢

　　以简短的文字对指导教师和协助完成课程设计的人员表示谢意，三号黑体字居中打印“致谢”。

　　9．页眉和页脚

　　摘要、目录、参考文献、附录、致谢等页眉为“×××课程设计说明书”。一律采用楷体五号字居中书写。

　　从正文到附录的页脚用阿拉伯数字连续编排页码；奇数页页码位于页脚右侧，偶数页页码位于页脚左侧，统一采用Times New Roman五号字体。摘要、目录部分采用罗马字母五号字体编写页码，如三、Ⅱ等。

　　二、课程设计说明书的整理

　　课程设计图样及说明书全部完成后，按图1-2所示格式折叠图纸，课程设计说明书采用左侧装订，装订顺序为：封面→设计任务书→目录→正文→致谢→参考文献→附录。

　　图1-2 图纸折叠格式

　　在认真整理和检查全部图纸和设计说明书后，将图纸装入文件袋中，文件袋封面按图1-3填写清楚。

　　图1-3 文件袋封面格式

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可作为高等工科院校化工、过程装备与控制工程和轻工类等相关专业进行化工设备机械基础课程设计和毕业设计的教材，化工行业从事科研设计与生产管理的工程技术人员

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