过程设备设计（第4版）目录

绪论1

1压力容器导言8

1.1压力容器总体结构8

1.1.1压力容器基本组成8

1.1.2压力容器零部件间的焊接10

1.2压力容器分类10

1.2.1介质危害性11

1.2.2压力容器分类12

1.3压力容器规范标准14

1.3.1国外主要规范标准简介15

1.3.2国内主要规范标准介绍16

思考题20

2压力容器应力分析21

2.1载荷分析21

2.1.1载荷21

2.1.2载荷工况22

2.2回转薄壳应力分析23

2.2.1薄壁圆筒的应力23

2.2.2回转薄壳的无力矩理论24

2.2.3无力矩理论的基本方程26

2.2.4无力矩理论的应用29

2.2.5回转薄壳的不连续分析33

2.3厚壁圆筒应力分析39

2.3.1弹性应力39

2.3.2弹塑性应力46

2.3.3屈服压力和爆破压力49

2.3.4提高屈服承载能力的措施51

2.4平板应力分析52

2.4.1概述52

2.4.2圆平板对称弯曲微分方程53

2.4.3圆平板中的应力56

2.4.4承受轴对称载荷时环板中的应力60

2.5壳体屈曲分析60

2.5.1概述60

2.5.2均布轴压圆筒的临界应力62

2.5.3周向受外压圆筒的临界压力63

2.5.4其他回转薄壳的临界压力64

2.5.5壳体许用临界载荷65

2.5.6壳体屈曲数值模拟方法65

2.6典型局部应力66

2.6.1概述66

2.6.2受内压壳体与接管连接处的局部应力66

2.6.3降低局部应力的措施69

思考题70

习题71

3压力容器材料及环境和时间对其性能的影响73

3.1压力容器材料73

3.1.1压力容器常用钢材73

3.1.2有色金属和非金属75

3.2压力容器制造工艺对钢材性能的影响76

3.2.1塑性变形76

3.2.2焊接78

3.2.3热处理81

3.3环境对压力容器用钢性能的影响82

3.3.1温度83

3.3.2介质87

3.3.3加载速率91

3.4压力容器材料选择91

3.4.1压力容器用钢的基本要求91

3.4.2压力容器钢材的选择93

思考题95

4压力容器设计96

4.1概述96

4.1.1设计要求96

4.1.2设计文件96

4.1.3设计条件97

4.2设计准则98

4.2.1压力容器失效98

4.2.2强度失效设计准则101

4.2.3刚度失效设计准则104

4.2.4屈曲失效设计准则104

4.2.5泄漏失效设计准则104

4.3常规设计105

4.3.1概述105

4.3.2圆筒设计107

4.3.3封头设计124

4.3.4密封装置设计134

4.3.5开孔和开孔补强设计157

4.3.6支座和检查孔 163

4.3.7超压泄放装置165

4.3.8焊接结构设计168

4.3.9耐压试验174

4.3.10泄漏试验175

4.4分析设计176

4.4.1概述176

4.4.2压力容器的应力分类178

4.4.3应力强度计算181

4.4.4应力强度限制183

4.4.5分析设计的应用186

4.5疲劳分析187

4.5.1概述187

4.5.2低循环疲劳曲线187

4.5.3压力容器的疲劳设计191

4.5.4影响疲劳寿命的其他因素194

4.6压力容器设计技术进展194

4.6.1可靠性设计194

4.6.2优化设计195

4.6.3基于失效模式设计195

思考题196

习题196

5储运设备198

5.1概述198

5.1.1储存介质的性质198

5.1.2装量系数198

5.1.3环境对储存设备的影响199

5.2储罐的结构199

5.2.1卧式圆柱形储罐199

5.2.2立式平底筒形储罐200

5.2.3球形储罐203

5.2.4低温储槽207

5.3卧式储罐设计208

5.3.1支座结构及布置208

5.3.2设计计算210

5.4移动式压力容器221

5.4.1汽车罐车221

5.4.2长管拖车224

思考题225

习题225

6换热设备226

6.1概述226

6.1.1换热设备的应用226

6.1.2换热设备分类及其特点226

6.1.3换热器选型235

6.1.4换热器相关技术发展动向236

6.2管壳式换热器237

6.2.1基本类型237

6.2.2管壳式换热器结构239

6.2.3管板设计248

6.2.4膨胀节设计251

6.2.5管束振动和防止251

6.2.6设计方法254

6.3传热强化技术255

6.3.1传热强化概述255

6.3.2扩展表面及内插件强化传热257

6.3.3壳程强化传热261

思考题263

7塔设备264

7.1概述264

7.1.1塔设备的应用264

7.1.2塔设备的选型264

7.2填料塔267

7.2.1填料267

7.2.2填料塔内件的结构设计271

7.3板式塔279

7.3.1板式塔的分类279

7.3.2板式塔的结构279

7.3.3板式塔塔盘的结构284

7.4塔设备的附件293

7.4.1除沫器293

7.4.2裙座294

7.4.3吊柱296

7.5塔的强度设计296

7.5.1塔的固有周期297

7.5.2塔的载荷分析300

7.5.3筒体的强度及稳定性校核307

7.5.4裙座的强度及稳定性校核308

7.6塔设备的振动310

7.6.1风的诱导振动310

7.6.2塔设备的防振313

思考题313

8反应设备315

8.1概述315

8.1.1反应设备的应用315

8.1.2反应设备的分类与特征315

8.1.3常见反应设备的特点316

8.2机械搅拌反应设备320

8.2.1基本结构320

8.2.2搅拌容器321

8.2.3搅拌器324

8.2.4搅拌轴设计333

8.2.5密封装置337

8.2.6传动装置342

8.2.7机械搅拌设备技术进展344

8.3微反应器346

8.3.1概述346

8.3.2微/纳反应器347

8.3.3微反应器的加工制造348

8.3.4微反应器的发展前景352

思考题352

习题352

附录A压力容器设计常用标准354

附录B过程设备设计图样的表达特点和设计实例358

附录C中英文术语对照369

附录D压力容器材料373

附录E过程设备设计常用381

参考文献382 2100433B

全书分绪论、压力容器篇和过程设备篇。在绪论中综合介绍过程设备特点、基本要求和设计内涵；压力容器篇包括压力容器结构、应力分析、材料及时间和环境对其性能的影响、设计准则、常规设计、分析设计和疲劳设计等；过程设备篇包括储运设备、换热设备、塔设备和反应设备。

本书适合作为“过程装备与控制工程”专业的教材或教学参考资料，也可供其他专业选用和社会读者阅读。

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第3版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第1版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第2版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第3版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。

本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，国家级精品资源共享课；清华大学等院校也将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。随着需求量的增加，我们深感责任的加重，促使我们对于教材的编写精益求精、与时俱进，于是由目前在教学第一线的教师进一步编写了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基础上各章都作了或多或少的补充和修改。鉴于LabVIEW是更加直观方便的图形化程序编译平台，在控制工程中得到越来越多的应用，增加了LabVIEW工具在控制工程应用的内容，独立成章，该章节由刘云峰副教授完成。该章介绍了借助LabVIEW，进行控制系统的数学建模、时间响应分析、频域响应分析、系统稳定性分析和系统综合校正设计等。同时，为了方便更好地理解掌握教材其他章节论述的概念和方法，特基于LabVIEW设计编写了配合教材使用的控制系统动态仿真、分析、演示软件，不仅可以完成对控制系统在时域和频域进行特性仿真分析，还可以动态地分析和演示控制系统中不同参数及参数变化对系统特性的影响。

另外，根据实际工程和科研的基本需求和多年的教学经验，在各章节内容论述上力求概念表达清楚准确，加强对问题的归纳说明，同时也适当增加了一些诸如内模原理和内模控制简要介绍的内容。

全书由董景新教授整理统编。

该教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，保持并突出以下特点:第4版前言控制工程基础（第4版）(1) 突出机械运动作为主要受控对象，并对其数学模型和分析综合重点研究;

(2) 对自动调节原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;

(3) 引入和编写较多的例题与习题，便于自学;

(4) 反映机电一体化新技术和新分析方法。

对于属于该书领域的非基本内容，但在本领域文献中时有出现的较为繁难的部分，该教材中也作了一定介绍，其有关章节前注以“”号。

在有关LabVIEW章节的编写中，得到NI公司中国区刘洋工程师在实验设备和技术方面的支持帮助，并提供了部分素材，在此致谢！

该教材的编写得到了国家高等教育精品课建设项目、北京市高等教育精品教材建设项目和清华大学精品课建设项目经费的支持，纳入985清华大学名优教材立项资助，在此表示衷心感谢。

编者2014年10月

(1) 过程设备设计（第四版）, 郑津洋,桑芝富, 化学工业出版社, 2015

(2) 化工容器设计（第三版）. 王志文，化学工业出版社，2009

(3) 化工设备设计（第二版）. 聂清德，化学工业出版社，2002

(1) 过程设备设计（第四版）, 郑津洋,桑芝富, 化学工业出版社, 2015

(2) 化工容器设计（第三版）. 王志文，化学工业出版社，2009

(3) 化工设备设计（第二版）. 聂清德，化学工业出版社，2002 2100433B