化工设备及技术

本书根据教育部示范性高职院校建设项目要求，结合编者多年校企合作与工学结合人才培养经验编写而成。本书主要介绍了化工设备受力与承载能力分析，化工设备基本常识，压力容器设计，容器主要零部件，换热设备，塔设备，反应设备，其他化工常用设备，化工设备的运行管理。内容基本概括了化工设备设计、结构选型、使用维护所必需的机械基础知识和专业知识及技能要求，涉及面广、工程实践性强。本书采用了新颁布实施的国家及行业标准规范，内容丰富、层次清晰，采用项目导入、任务驱动的方法组织教学内容，深入浅出，适用性、实用性强。

第2版前言
第1单元化工设备受力状况与承载能力分析1
模块一构件的受力状况分析与平衡计算1
任务1受力分析与受力图的绘制2
任务2各种平面力系的平衡计算6
模块二直杆拉伸和压缩的强度计算11
任务1拉伸与压缩时的强度计算11
任务2实验——材料在轴向拉伸和压缩时的力学性能14
模块三剪切与挤压的实用计算19
任务1剪切的实用计算20
任务2挤压的实用计算21
模块四圆轴扭转的实用计算22
任务1圆轴扭转的特点22
任务2圆轴扭转的应力和强度计算23
模块五直梁的弯曲23
任务1直梁的弯曲变形及内力分析24
任务2弯曲应力和弯曲强度计算26
任务3提高梁的抗弯强度的主要措施28
知识扩展29
模块六组合变形和强度理论30
任务1认识组合变形和复杂应力状态30
任务2强度理论及应用31
模块七压杆稳定34
任务1认识压杆失稳及稳定34
任务2细长压杆的临界压力和临界应力35
任务3压杆稳定性计算37
任务4提高压杆稳定性的措施38
思考练习题38
第二单元化工设备基本常识42
模块一化工生产及化工设备42
任务1了解化工生产的特点43
任务2了解化工生产对化工设备的基本要求43
模块二压力容器的结构与分类45
任务1压力容器的总体结构认知45
任务2压力容器的介质和分类48
模块三压力容器相关标准简介52
任务1了解国外的标准规范52
任务2熟悉国内的主要标准规范55
模块四化工设备常用材料58
任务1化工设备常用材料及选用58
任务2化工设备的腐蚀与防护措施62
思考练习题66
第三单元压力容器设计69
模块一压力容器的应力分析69
任务1回转薄壳的薄膜应力分析70
任务2回转薄壳的边缘应力及其处理75
模块二内压薄壁圆筒和球壳的强度计算78
任务1确定强度条件与计算壁厚78
任务2设计参数的确定80
任务3实验——容器压力试验86
模块三内压容器封头的设计90
任务1认识常用封头的结构形式90
任务2常用封头的强度计算及选用91
模块四外压容器101
任务1认识外压容器的稳定性并计算临界压力102
任务2外压圆筒图算法106
任务3外压封头图算法110
任务4实验——外压容器的压力试验112
任务5提高外压容器稳定性的途径113
典型项目实施114
思考练习题115
第四单元容器主要零部件119
模块一容器设计的标准化119
模块二法兰连接121
任务1认识法兰连接的结构与分类121
任务2认识法兰连接的密封123
任务3法兰的标准及其选用126
模块三容器的支座134
任务1卧式容器支座的类型及选用135
任务2立式容器支座的类型及选用138
模块四容器的开孔与补强结构143
模块五容器安全装置147
任务1认识及选用安全阀148
任务2认识及选用爆破片149
任务3认识及选用安全装置的其他附件151
模块六容器其他附件153
典型项目实施155
思考练习题160
第五单元换热设备163
模块一换热设备的应用及类型163
模块二管壳式换热器的结构分析与选型170
任务1认识管壳式换热器的总体结构与基本类型170
任务2认识管壳式换热器的主要零部件结构172
模块三换热器的标准化及选用183
任务1熟悉管壳式换热器标准184
任务2熟悉换热设备的选用与维护184
典型项目实施188
知识扩展189
思考练习题189
第六单元塔设备191
模块一塔设备的应用及类型191
模块二填料塔结构194
任务1熟悉填料类型及其支承结构194
任务2液体分布装置197
模块三板式塔结构201
任务1熟悉板式塔的类型及结构特点202
任务2选用板式塔的主要内部构件206
任务3板式塔与填料塔的性能比较及选用215
模块四塔设备的载荷分析216
任务1塔设备的使用工况和危险截面确认216
任务2不同截面上的载荷分析218
典型项目实施219
思考练习题220
第七单元反应设备221
模块一反应设备的应用及类型221
模块二机械搅拌釜式反应器225
任务1总体结构认知226
任务2釜体及传热装置的结构认知与选型227
任务3搅拌装置的结构认知与选型234
任务4传动装置的结构认知与选型243
任务5轴封装置的结构认知与选型246
典型项目实施250
知识扩展250
思考练习题252
第八单元其他化工常用设备254
模块一干燥设备的结构认知与选型254
任务1认识固体物料的干燥机理254
任务2干燥设备的选型255
模块二过滤设备的结构认知与选型261
任务1液固过滤设备的认知262
任务2液固过滤设备的类型及选用263
模块三分离设备的结构认知与选型267
任务1离心沉降设备的认知268
任务2膜分离设备的认知272
任务3气液/气固分离器的认知275
任务4液液分离（萃取）设备的认知277
思考练习题279
第九单元化工设备的运行管理280
模块一化工设备的安全使用280
任务1安全教育与培训280
任务2化工设备的安全运行281
任务3压力容器的安全使用284
模块二典型化工设备常见事故及案例288
任务1压力容器、锅炉及压力管道常见事故及案例分析288
任务2塔、槽、釜设备常见事故及案例分析294
任务3换热设备常见事故及案例分析296
思考练习题297
参考文献298

本书以教育部关于国家示范性高职院校建设精神为指导，以培养生产一线高技能型人才为目标，结合多年来校企合作与工学结合人才培养经验编写而成。    全书共分九个单元，每个单元又由若干个模块和项目任务组成，重点单元以综合性典型项目的实施为主线组织内容。为方便教学，每个单元开篇提出了本单元的学习要点和要达到的能力目标；每个模块又提出了具体的学习目标，以提出问题的方式引导本模块的学习。每个单元末编排了一定数量的具有工程实践性的思考与练习题，注重培养学生的职业岗位技能。    本书内容与工程实际紧密结合，突出了以下几点特色：    １）根据国家示范性高职院校建设项目要求，结合校企合作人才培养经验，企业专家全程深度参与编写，紧紧围绕专业的职业能力安排内容。    ２）结合典型工作任务，针对实际工程项目的实施所需要的知识点和技能展开分析，工程实用性强，注重培养学生的工程概念，便于学生体验化工设备工作的全过程，有利于学生掌握职业技能和顺利就业。    ３）形式新颖、层次清晰。内容从简单到复杂、从单一到综合进行整合，从化工设备单一技能的训练过渡到化工设备运用能力的培养。    ４）内容全面、重点突出。本书内容较全面，涉及压力容器和化工设备的理论基础、标准规范、工程实践经验，典型设备结构等，相关单元设有知识扩展，能满足各种不同层次的教学目标。    本书第１版已经使用６年，实际使用效果好，得到师生广泛好评。但随着化工装备技术的发展，一些新设备、新技术、新标准迅猛发展，需要通过修订来反映和融入新技术、新标准的要求，满足高职院校对人才培养目标的需要。针对上述情况并结合江苏省高等学校“十二五”重点教材建设要求，编者对相关内容进行了修订、调整。本次修订采用了新颁布的国家及行业标准规范，将ＧＢ１５０—２０１１、新《固定式压力容器安全技术监察规程》和一系列材料标准中的数据统一起来，将地区化工装备业中最新的典型案例纳入本书中，便于学生掌握新知识、新技术、新标准，尽快适应工作岗位。本书将第１版使用过程中师生发现的谬误进行了修改。修订过程中诚邀了多位企业专家、兄弟院校的专任教师担任参编人员，将职业岗位要求和职业标准具体化。    本书第三、四、五单元由南通职业大学王磊副教授编写；第七单元由企业专家孙明华高级工程师编写，他同时为全书提供了大量工程项目实例，并为全书内容设计提供了宝贵意见；第八单元由南通职业大学肖红升教授和蔡凤教授编写；第一单元由南通职业大学张鸿晨副教授编写；第二单元的模块一、二、四由东营职业技术学院刘德志副教授编写；第二单元Ⅲ的模块三由南通职业大学杨林娟教授编写，并负责新标准的更新工作；第六单元由徐州工业职业技术学院王敏副教授编写；第九单元由濮阳职业技术学院肖传豪编写。全书由王磊任主编，并负责统稿和最终定稿；肖红升、孙明华、刘德志任副主编。本书由南通职业大学机械学院李业农教授、化生学院何晓春教授主审，两位教授详细审阅了本书修订稿，提出了很有价值的修改意见，并对本书的出版给予了大力支持，在此表示衷心感谢！同时对全体审稿人员以及所有对本书的出版给予支持和帮助的同志一并表示衷心的感谢！    由于编者水平所限，本书难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。    编  者