化工設備基礎(第3版)（簡體書）

本書是根據高等職業教育化工工藝類專業教學計劃組織編寫的，旨在使工藝類學生通過本課程的學習，獲得必要的機械基礎知識。
全書共分九章。主要內容為：化工生產的特點及對化工設備的基本要求、化工容器與設備的有關標準規範、化工設備常用材料及腐蝕與防護；物體受力與構件承載能力分析；機械傳動和連接；內壓容器和外壓容器；塔設備的結構、常見機械故障及排除方法；換熱器的主要類型、基本結構、標準及選用、常見故障及排除方法；攪拌反應釜總體結構、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置；化工管路與閥門；化工設備故障診斷技術。
本書可作為高職高專化工工藝類專業學生教材，也可供相關專業師生選用和有關工程技術人員參考。

王紹良

湖南化工職業技術學院，副院長 教授，長期擔任《化工設備設計》、《化工設備基礎》《化工設備概論》等課程的主講任務，共計約20屆；作為課題主持人完成國家一般課題一項、省級重點課題3項、省級一般課題2項，橫向專業技術課題3項。

前言
隨著化工工藝類專業教育教學改革的深入，學生綜合應用能力和實踐操作技能的培養得到更加重視，也對本課程提出了新的、更高的要求，而且近年來國家和行業標準有所更新，據此，《化工設備基礎》編審人員在第二版的基礎上對本書做了進一步的修改和完善。考慮到使用習慣，對第二版中使用的力學性能標準符號未做修改。
本次修訂的內容主要如下：
①根據國家和行業的現行標準，對書中使用的原有標准進行了替換。
②第五章第三節塔體強度校核對於化工工藝類專業的學生和工程技術人員而言實用性不強，因此本次修訂做了整節刪除。
③第四章壓力容器中，有關壓力計算的公式推導較煩瑣且無必要，本次修訂時做了刪減，重點突出計算公式中設計參數的內涵理解與正確選用。
④對第二版書中的個別插圖進行了更換，且對有關文字做了進一步的修改。
本書可製作成用於多媒體教學課件的內容將免費提供給採用本書作為教材的院校使用。如有需要，請發電子郵件獲取或登錄機械工業出版社網站免費下載。
對本書中存在的不足和不妥之處，期望讀者批評和指正。

編者
2018年11月

第一版前言
本書是根據高等職業教育化工工藝類專業教學計劃和課程教學大綱的要求編寫的，其目的是通過本課程的學習，使工藝類專業的學生獲得必要的機械基礎知識，擴充知識面，優化知識結構和能力結構，更好地符合高等職業教育的專業培養目標的要求，適應生產、管理第一線高等技術人才實際工作的需要。為此，本書力求突出如下特點。
①在體系上有所突破。全書分為化工設備基本知識、化工設備力學基礎、機械傳動與連接、壓力容器、典型化工設備、化工管路、化工設備故障診斷等部分，與同類書相比，突出了塔設備、換熱設備、反應器等典型化工設備的內容，增加了化工管路、化工設備故障診斷技術等生產現場實用的知識。
②在知識結構上有所調整。材料選擇、力學基礎、機械傳動與連接等基礎性內容，圍繞典型化工設備所涉及的範圍而取捨，以實用為主，夠用為度，不強調各自知識的系統性和學科性。
③在能力培養上有所側重。突出結構分析、力學模型建立、故障診斷與排除及標準選擇等解決工程實際問題的能力培養，而對於高壓容器應力分析、換熱器管板強度計算、邊緣應力等工藝類工程技術人員不常用到且繁雜的內容做了刪除。
④在內容的組織上有所創新。本書除了吸收同類書的優點和近年來教學研究與改革的經驗外還採用了最新版本的有關標準和規範，注重知識更新，在一定程度上體現了有關的新技術、新材料、新工藝、新設備的成果，反映了學科發展的趨勢。
本書第一章的第一節、第二節和第三節、第五章、第六章、第七章、第八章由王紹良編寫，第一章第四節和第五節、第三章、第四章、第九章由叢文龍編寫，第二章由黃開旺編寫。全書由王紹良主編並統稿，由吉林工業職業技術學院欒學鋼主審。
由於編者水平所限，書中不妥甚至錯誤之處在所難免，敬請讀者指正。
編者
2002年5月

第二版前言
《化工設備基礎》是為化工類專業學生擴展機械方面的知識而編寫的，自2002年出版以來，已連續多次印刷，受到化工高職院校師生和工程技術人員的普遍好評。近年來，高職教育教學改革不斷深入，化工生產技術有了新的進展，國家和行業的相關標準也已更新，為適應發展變化的需要，第二版在第一版的基礎上，對內容進行了修改、更新和完善。
本次修訂的主要內容如下。
①在每章前，增加了“能力目標、知識要素、技能要求”的內容，以便師生把握教與學的重點。
②按國家和行業頒布的最新標準，更新了相關內容。
③在化工管路一章中增加了壓力管道的內容，以突出化工管路安全運行的管理。
④對內容結構做了部分調整。如在第二章中，將剪切和擠壓兩個相關內容單獨列為一節；在第五章塔設備中，按發展歷史，將填料塔的內容放在板式塔之前講授；第三章將機械傳動與連接改為連接與傳動等。
向寓華、堇衛國、李群松、張麥秋四位老師為本教材的內容修改做了大量的前期調研工作，收集了豐富的現場資料。趙玉奇、朱方鳴、潘傳九、譚放鳴、董振珂、王靈果、葉青玉、孔見君、魏龍、顏惠庚、陳保國等教授等對本書修改提出了許多很有價值的建議和意見。在此，一併致以衷心感謝。
本次改版基本維持了原有的體系和結構，疏漏和不妥之處期望師生和讀者批評指正。

編者
2009年3月

第一章化工設備基本知識1

第一節化工生產對化工設備的基本要求1

一、化工生產的特點1

二、化工生產對化工設備的基本要求2

第二節化工容器的結構與分類3

一、化工容器的基本結構3

二、化工容器與設備的分類4

第三節化工容器與設備有關標準規範簡介6

一、常用材料標準6

二、壓力容器規範簡介7

第四節化工設備常用材料9

一、材料的性能9

二、鋼的熱處理11

三、金屬材料12

四、非金屬材料17

五、選材的基本原則18

第五節金屬材料的腐蝕與防護19

一、腐蝕的概念19

二、腐蝕的類型19

三、防腐措施20

思考題22

第二章化工設備力學基礎23

第一節物體的受力分析24

一、力的概念與基本性質24

二、約束及約束反力26

三、受力圖27

四、平面匯交力系28

五、平面力偶系31

六、平面任意力系34

第二節軸向拉伸與壓縮36

一、軸向拉伸與壓縮的概念36

二、軸向拉伸與壓縮時橫截面上的內力37

三、軸向拉伸與壓縮時橫截面上的應力38

四、軸向拉伸與壓縮時的強度計算39

五、軸向拉伸與壓縮時的變形40

六、典型材料拉伸與壓縮時的力學性能41

第三節剪切與擠壓46

一、剪切概念及其強度計算46

二、擠壓概念及其強度計算47

第四節圓軸扭轉49

一、扭轉的概念49

二、圓軸扭轉時橫截面上的內力49

三、圓軸扭轉時橫截面上的應力50

四、圓軸扭轉時的變形51

五、圓軸扭轉時的強度和剛度計算51

第五節直梁彎曲53

一、彎曲變形的概念53

二、直梁彎曲時的內力54

三、純彎曲時橫截面上的應力58

四、梁的正應力強度計算59

五、提高彎曲強度的主要措施60

第六節壓杆穩定62

一、壓杆穩定性的概念62

二、壓杆的臨界力和臨界應力63

三、壓杆穩定性計算64

四、提高壓杆穩定性的措施66

思考題66

習題67

第三章連接與傳動70

第一節連接70

一、螺紋連接70

二、軸轂連接71

三、軸間連接75

第二節帶傳動77

一、概述77

二、普通V帶和帶輪79

三、帶傳動的失效、張緊、安裝與維護79

第三節齒輪傳動81

一、概述81

二、齒輪常用材料及選擇82

三、齒輪傳動失效83

第四節蝸杆傳動84

一、概述84

二、蝸杆傳動的失效85

三、蝸杆、蝸輪的常用材料與結構85

四、蝸杆傳動裝置的潤滑與維護86

第五節軸與軸承87

一、軸88

二、滑動軸承89

三、滾動軸承91

思考題94

第四章壓力容器96

第一節內壓薄壁容器96

一、內壓薄壁圓筒與球殼的應力計算96

二、強度條件與壁厚計算97

三、設計參數的確定99

四、容器壓力試驗102

第二節內壓容器封頭106

一、常用封頭的形式106

二、標準橢圓形封頭及選用107

三、半球形封頭107

四、碟形封頭108

五、錐形封頭109

六、平板形封頭109

第三節容器附件110

一、容器設計的標準化110

二、法蘭連接111

三、容器的支座120

四、容器的開孔與補強結構125

五、容器安全裝置128

六、其他附件130

第四節外壓容器131

一、外壓容器的穩定性、臨界壓力計算132

二、外壓容器設計參數的確定133

三、外壓圓筒圖算法133

四、外壓封頭圖算法136

五、外壓容器的壓力試驗137

六、提高外壓容器穩定性的途徑138

思考題139

習題140

第五章塔設備142

第一節填料塔143

一、填料143

二、填料支承裝置144

三、液體噴淋裝置146

四、液體再分佈裝置148

第二節板式塔150

一、總體結構與基本類型150

二、塔盤結構154

三、除沫裝置160

四、進出口管裝置162

五、人孔與手孔163

第三節塔設備常見機械故障及排除方法164

一、塔設備的振動164

二、塔設備的腐蝕164

三、其他常見機械故障165

思考題166

第六章換熱器167

第一節概述167

一、換熱設備的分類167

二、間壁式換熱器的主要類型168

第二節管殼式換熱器172

一、管殼式換熱器的形式與結構172

二、換熱器殼體173

三、換熱管174

四、管板175

五、管箱、折流板、擋板178

六、溫差補償裝置181

第三節換熱器技術的發展及標準化182

一、傳熱理論創新182

二、設備結構的改進183

三、換熱器標準及選用183

第四節管殼式換熱器的常見故障及排除方法186

一、管子的振動與防振措施186

二、管壁積垢186

三、管子的洩漏186

思考題186

第七章攪拌反應釜188

第一節概述188

一、反應釜的作用188

二、反應釜的設計188

三、攪拌反應釜的總體結構189

第二節釜體和傳熱裝置189

一、釜體結構190

二、夾套結構191

三、蛇管結構192

四、頂蓋192

五、工藝接管193

第三節反應釜攪拌裝置194

一、攪拌器類型194

二、攪拌器的標準及選用196

三、攪拌軸196

四、擋板與導流筒199

第四節反應釜傳動裝置199

一、電動機的選用199

二、減速器的選用200

三、機架200

四、凸緣法蘭201

五、安裝底蓋202

第五節反應釜軸封裝置203

一、填料密封203

二、機械密封205

思考題207

第八章化工管路208

第一節壓力管道概念208

一、壓力管道的概念209

二、壓力管道的分類與分級209

三、石油化工管道的分級209

第二節管子常用材料210

一、金屬管210

二、非金屬管211

三、管子選材原則212

第三節管徑選擇與壁厚確定212

一、影響管徑大小的因素212

二、管徑的計算與選用212

三、管子壁厚計算與選用213

第四節管件與閥門214

一、常用管件214

二、閥門215

第五節管路的連接221

一、焊接連接221

二、法蘭連接221

三、螺紋連接221

四、承插式連接222

五、溫差補償裝置223

第六節管路常見故障及排除方法224

一、做好管路維護工作224

二、管路常見故障及排除方法224

三、閥門故障及排除225

思考題226

第九章化工設備故障診斷227

第一節概述227

一、故障診斷的概念227

二、故障診斷的分類228

第二節常用故障診斷技術229

一、聲振診斷229

二、溫度診斷230

三、污染診斷231

四、無損診斷232

五、綜合診斷236

第三節化工設備的故障診斷237

一、化工管道的故障診斷237

二、壓力容器的故障診斷238

思考題241

參考文獻242