過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型基礎(chǔ)

前言

作為一門工程學(xué)科，化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展是與工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的。自19世紀(jì)末G.E.戴維斯提出Chemical Engineering的概念以來(lái)，化學(xué)工程經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，化學(xué)工業(yè)的規(guī)模以幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，化學(xué)工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的比重也與日俱增。1888年美國(guó)MIT首先推出了化學(xué)工程課程體系并于1920年建立了化學(xué)工程系。1915年A.D.利特爾提出單元操作的概念，指出“任何化工生產(chǎn)過(guò)程不論規(guī)模如何，皆可分解為一系列可稱為單元操作的過(guò)程，例如粉碎、混合、加熱、……、吸收、冷凝、浸取、沉降、結(jié)晶、過(guò)濾、……等等”，初步奠定了化學(xué)工程的科學(xué)基礎(chǔ)?！皢卧僮鳌备拍畹奶岢霰还J(rèn)為是化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展中第一階段的標(biāo)志。1957年化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的誕生、1960年R.B.博德等編著的《傳遞現(xiàn)象》一書的問(wèn)世，以及化工熱力學(xué)、化工系統(tǒng)工程等分支學(xué)科的形成，使化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展步人了第二個(gè)階段，“三傳一反”成為了化學(xué)工程學(xué)科的新標(biāo)志。與此同時(shí)，化工工藝、化工裝備、化工儀表與化工自動(dòng)化的學(xué)科內(nèi)涵不斷豐富，它們的工程化設(shè)計(jì)技術(shù)也日趨完善，共同構(gòu)成了以現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)為核心的過(guò)程工業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)，生命科學(xué)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與環(huán)境科學(xué)迅速發(fā)展，并由此產(chǎn)生了一大批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。化學(xué)工程為這些學(xué)科科技成果的產(chǎn)業(yè)化提供了重要的技術(shù)平臺(tái)，高新技術(shù)也為化學(xué)工程學(xué)科的新發(fā)展提供了新的機(jī)遇和手段?；瘜W(xué)工程學(xué)科正呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢(shì)：（1）過(guò)程強(qiáng)化的理念再掀高潮，以非常規(guī)條件、微環(huán)境、微裝置等為代表的“過(guò)程工程”新技術(shù)不斷出現(xiàn)；（2）產(chǎn)生了化學(xué)“產(chǎn)品工程”的新概念，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為主線的化學(xué)工程研究新方法正在發(fā)展，化學(xué)工程的研究目標(biāo)正從過(guò)程效能的最大化向過(guò)程產(chǎn)品的高性能化方向拓展；（3）研究對(duì)象從傳統(tǒng)的資源加工、原材料制造、微觀與宏觀環(huán)境處理向生命體的仿真與仿制，信息與能量的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換等方向拓展；（4）資源循環(huán)與集約利用、過(guò)程環(huán)境友好、產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害等理念與方法正在向“工業(yè)生態(tài)學(xué)”這一新興學(xué)科發(fā)展。在化學(xué)工程一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，化工機(jī)械工程一直與之相伴，兩者密不可分?；瘜W(xué)工程的基本任務(wù)是進(jìn)行化學(xué)過(guò)程（包括生化過(guò)程）與物理過(guò)程的開發(fā)，以對(duì)原料或化學(xué)半成品的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行規(guī)?；母脑欤怪蔀榫哂刑囟ㄐ阅芑蚬δ艿幕瘜W(xué)產(chǎn)品?；C(jī)械工程的基本任務(wù)則是進(jìn)行這些過(guò)程裝備的開發(fā)，為這些化學(xué)與物理過(guò)程提供安全、可靠、低耗、高效能、甚至智能化的裝備，使過(guò)程效能最大化、產(chǎn)品高性能化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。因此，化學(xué)工程師在掌握眾多的化學(xué)和物理過(guò)程內(nèi)在規(guī)律的同時(shí)，必須熟知這些過(guò)程裝備，以全面掌握從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)生產(chǎn)所必須的過(guò)程及其裝置的設(shè)計(jì)、放大與優(yōu)化操作的技能。

內(nèi)容概要

本教材是依據(jù)面向21世紀(jì)對(duì)生物與化工類專門人才的培養(yǎng)目標(biāo)，以及貫徹“加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際，提高能力，便于自學(xué)”的原則而編寫的，是面向化學(xué)工程、生物化工以及制藥工程等專業(yè)的本科生教材。    全書共分8章，主要介紹過(guò)程設(shè)備常用的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，包括工程力學(xué)、工程材料、壓力容器、機(jī)械傳動(dòng)，以及典型過(guò)程設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與選型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。書中附有大量習(xí)題，書后附有附錄。        本書除作為高等院?；すに囶悓I(yè)及相關(guān)專業(yè)（石油化工、制藥、生物化工、冶金、環(huán)保、能源等）的教材外，也作為有關(guān)科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

緒論
第1章  工程力學(xué)基礎(chǔ)
  1.1  物體的受力分析及其平衡條件
    1.1.1  力的概念和基本性質(zhì)
    1.1.2  力矩與力偶
    1.1.3  力系的簡(jiǎn)化
    1.1.4  約束反力
    1.1.5  受力圖
    1.1.6  平面力系的平衡方程式
  1.2  直桿的拉伸和壓縮
    1.2.1  工程實(shí)例
    1.2.2  拉伸和壓縮時(shí)橫截面上的內(nèi)力
    1.2.3  拉伸和壓縮時(shí)桿件的應(yīng)力
    1.2.4  軸向拉壓時(shí)的變形及虎克定律
    1.2.5  拉伸和壓縮時(shí)材料的力學(xué)性能
    1.2.6  拉伸和壓縮的強(qiáng)度條件
  1.3  剪切與擠壓
    1.3.1  剪切的概念
    1.3.2  剪切與擠壓的實(shí)用計(jì)算
    1.3.3  剪切變形和剪切虎克定律
  1.4  圓軸的扭轉(zhuǎn)
    1.4.1  圓軸扭轉(zhuǎn)的實(shí)例和概念
    1.4.2  外力偶矩和扭矩的計(jì)算
    1.4.3  圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力
    1.4.4  圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件
    1.4.5  圓軸的扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件
  1.5  梁的平面彎曲
    1.5.1  彎曲的概念和實(shí)例
    1.5.2  梁橫截面上的內(nèi)力——剪力和彎矩
    1.5.3  剪力圖和彎矩圖
    1.5.4  純彎曲時(shí)梁橫.截面上的正應(yīng)力
    1.5.5  簡(jiǎn)單截面圖形的慣性矩和抗彎截面模量
    1.5.6  彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件
    1.5.7  梁的彎曲變形概述
    1.5.8  提高梁彎曲強(qiáng)度和剛度的措施
  1.6  應(yīng)力分析和組合變形的強(qiáng)度計(jì)算
    1.6.1  應(yīng)力狀態(tài)的概念和分類
    1.6.2  平面應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力分析
    1.6.3  廣義虎克定律
    1.6.4  常用的幾種強(qiáng)度理論及其應(yīng)用
    1.6.5  組合變形的強(qiáng)度計(jì)算
  1.7  壓桿穩(wěn)定
    1.7.1  壓桿穩(wěn)定的概念
    1.7.2  細(xì)長(zhǎng)桿臨界壓力的確定——?dú)W拉公式
    1.7.3  壓桿的臨界應(yīng)力與臨界應(yīng)力總圖
    1.7.4  提高壓桿穩(wěn)定性的措施
  習(xí)題
第2章  過(guò)程設(shè)備材料選用
  2.1  工程材料的分類
  2.2  材料的性能
    2.2.1  力學(xué)性能
    2.2.2  物理性能
    2.2.3  化學(xué)性能
    2.2.4  加工工藝性能
  2.3  過(guò)程設(shè)備常用材料
    2.3.1  鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)
    2.3.2  碳素鋼
    2.3.3  合金鋼
    2.3.4  鋼材的品種及形狀
    2.3.5  鑄鐵
    2.3.6  有色金屬及合金
    2.3.7  非金屬材料
  2.4  金屬的熱處理
    2.4.1  熱處理的作用
    2.4.2  熱處理三要素
    2.4.3  常用的熱處理方法
  2.5  金屬材料的腐蝕與防腐
    2.5.1  電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕
    2.5.2  全面腐蝕與局部腐蝕
    2.5.3  應(yīng)力腐蝕
  2.6  過(guò)程設(shè)備材料的基本要求與選用原則
    2.6.1  壓力容器用鋼的基本要求
    2.6.2  過(guò)程設(shè)備材料的選用
  習(xí)題
第3章  壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
  3.1  壓力容器基本結(jié)構(gòu)
    3.1.1  筒體
    3.1.2  封頭
    3.1.3  密封裝置
    3.1.4  開孔與接管
    3.1.5  支座
    3.1.6  安全附件
  3.2  壓力容器分類
    3.2.1  按壓力等級(jí)分類
    3.2.2  按容器在生產(chǎn)中的作用分類
    3.2.3  按安裝方式分類
    3.2.4  按安全技術(shù)管理分類
  3.3  壓力容器的安全監(jiān)察
    3.3.1  壓力容器安全監(jiān)察制度與監(jiān)察范圍
    3.3.2  我國(guó)壓力容器的安全監(jiān)察法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系
    3.3.3  常用的壓力容器安全監(jiān)察法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)
  3.4  壓力容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化
    3.4.1  標(biāo)準(zhǔn)化的意義
    3.4.2  標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)
  3.5  回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析
    3.5.1  薄壁圓筒容器及其應(yīng)力
    3.5.2  回轉(zhuǎn)薄殼的應(yīng)力分析
    3.5.3  無(wú)力矩理論在幾種典型殼體上的應(yīng)用
    3.5.4  邊緣應(yīng)力的概念
  3.6  內(nèi)壓薄壁圓筒的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
    3.6.1  內(nèi)壓薄壁圓筒的壁厚設(shè)計(jì)
    3.6.2  設(shè)計(jì)參數(shù)
    3.6.3  壓力試驗(yàn)
  3.7  外壓圓筒設(shè)計(jì)
    3.7.1  概述
    3.7.2  臨界壓力
    3.7.3  外壓圓筒的工程設(shè)計(jì)
    3.7.4  加強(qiáng)圈的設(shè)置
  3.8  封頭設(shè)計(jì)
    3.8.1  半球形封頭
    3.8.2  橢圓形封頭
    3.8.3  碟形封頭
    3.8.4  球冠形封頭
    3.8.5  錐殼
    3.8.6  平蓋
  3.9  零部件的設(shè)計(jì)與選用
    3.9.1  法蘭
    3.9.2  容器支座
    3.9.3  容器的開孔與接管
    3.9.4  安全附件
  習(xí)題與思考題
第4章  機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)
  4.1  V帶傳動(dòng)
    4.1.1  概述
    4.1.2  帶傳動(dòng)的基本理論
    4.1.3  V帶傳動(dòng)的選用計(jì)算
    4.1.4  V帶輪的張緊裝置
  4.2  齒輪傳動(dòng)
    4.2.1  齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型
    4.2.2  齒廓嚙合基本定律
    4.2.3  漸開線齒廓
    4.2.4  漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪各部分名稱及幾何尺寸
    4.2.5  漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合
    4.2.6  漸開線齒輪的加工方法和精度選擇
    4.2.7  齒輪的失效形式和齒輪材料
    4.2.8  標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的選用和強(qiáng)度計(jì)算
    4.2.9  斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)
    4.2.10  直齒圓錐齒輪傳動(dòng)
    4.2.11  齒輪結(jié)構(gòu)
  4.3  蝸桿傳動(dòng)
    4.3.1  蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)和類型
    4.3.2  蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算
    4.3.3  蝸桿傳動(dòng)中蝸輪轉(zhuǎn)向判斷、失效及材料選擇
    4.3.4  蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)
  4.4  軸與聯(lián)軸器
    4.4.1  軸和聯(lián)軸器的類型
    4.4.2  軸的計(jì)算
    4.4.3  軸的材料與結(jié)構(gòu)
    4.4.4  聯(lián)軸器的類型與性能
    4.4.5  聯(lián)軸器的選用
  4.5  軸承
    4.5.1  軸承的功用和類型
    4.5.2  滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料
    4.5.3  滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與驗(yàn)算
    4.5.4  滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類型及代號(hào)
    4.5.5  滾動(dòng)軸承的選用和組合
  4.6  輪系與減速器
    4.6.1  輪系、減速器及其類型
    4.6.2  定軸輪系
    4.6.3  周轉(zhuǎn)輪系
    4.6.4  減速器
  習(xí)題與思考題
第5章  儲(chǔ)存設(shè)備選型
  5.1  概述
    5.1.1  儲(chǔ)存設(shè)備的分類
    5.1.2  儲(chǔ)存介質(zhì)的性質(zhì)
    5.1.3  裝量系數(shù)
    5.1.4  環(huán)境對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的影響
  5.2  儲(chǔ)存設(shè)備的結(jié)構(gòu)
    5.2.1  臥式圓柱形儲(chǔ)罐
    5.2.2  立式平底筒形儲(chǔ)罐
    5.2.3  球形儲(chǔ)罐
  5.3  儲(chǔ)存設(shè)備的選型
    5.3.1  選型的基本原則
    5.3.2  立式平底筒形儲(chǔ)罐的選型方法
  思考題
第6章  攪拌設(shè)備選型
  6.1  攪拌的目的
  6.2  攪拌設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)
  6.3  攪拌容器
    6.3.1  內(nèi)容器
    6.3.2  換熱元件
  6.4  攪拌器
    6.4.1  流型
    6.4.2  攪拌器的分類
    6.4.3  典型攪拌器的特征及應(yīng)用
    6.4.4  攪拌器的選用
    6.4.5  攪拌功率的計(jì)算
    6.4.6  攪拌附件
  6.5  攪拌軸
  6.6  軸封
    6.6.1  填料密封
    6.6.2  機(jī)械密封
    6.6.3  全封閉密封——磁力傳動(dòng)攪拌裝置
  6.7  傳動(dòng)裝置
    6.7.1  電動(dòng)機(jī)的選型
    6.7.2  減速機(jī)選型
    6.7.3  機(jī)架
  習(xí)題與思考題
第7章  換熱設(shè)備選型
  7.1  概述
    7.1.1  過(guò)程對(duì)換熱設(shè)備的基本要求
    7.1.2  換熱設(shè)備分類及其特點(diǎn)
  7.2  管殼式換熱器
    7.2.1  基本類型與特點(diǎn)
    7.2.2  管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)
  7.3  換熱器設(shè)計(jì)與選型簡(jiǎn)介
    7.3.1  換熱器設(shè)計(jì)
    7.3.2  換熱器選型
  思考題
第8章  塔設(shè)備選型
  8.1  塔設(shè)備的分類及總體結(jié)構(gòu)
    8.1.1  塔設(shè)備的分類
    8.1.2  塔設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)
    8.1.3  塔設(shè)備的基本要求
  8.2  填料塔
    8.2.1  填料
    8.2.2  填料塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)
  8.3  板式塔
    8.3.1  板式塔的分類
    8.3.2  板式塔的結(jié)構(gòu)
    8.3.3  板式塔的比較
    8.3.4  板式塔塔盤的結(jié)構(gòu)
  8.4  塔設(shè)備的附件
    8.4.1  除沫器
    8.4.2  裙座
  8.5  塔設(shè)備的選型
    8.5.1  填料塔與板式塔的比較
    8.5.2  塔型選擇的一般原則
  思考題
附錄1  型鋼參數(shù)表
附錄2  鋼制壓力容器常用材料的許用應(yīng)力
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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無(wú)

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