课程类别：专业教育课程                  课程名称：过程设备设计

开课单位：机械工程学院                  课程编号：B03020501

总 学 时：56 学时                       学    分：3

适用专业：过程装备与控制工程

先修课程：工程力学、机械设计基础、化工原理、工程材料

一、课程在教学计划中地位和作用

《过程设备设计》是一门综合性的技术科学，是过程装备与控制工程专业的核心课程之一。各种物理的或化学的加工过程都需要由设备来完成。过程设备不仅是化工、炼油、医药等传统工业的关键设备，也是核能工业、海洋科学、空间科学等高技术领域必不可少的设备。

二、课程目标

通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备下列能力：

1. 能够应用数学、力学知识进行设备应力分析。

2. 能够应用应力分析知识进行压力容器的强度设计、刚度设计和稳定性设计。

3. 能够针对从材料在环境和载荷共同作用下的力学行为、强度、刚度、稳定性、结构、制造、检验等方面对过程设备设计进行综合分析，从而能在安全的前提下经济合理地分析和解决工程实际问题。

4. 能运用过程设备设计的基本原则与方法，应用专业软件工具准确绘制设备施工图样并提出技术要求，具有进行过程设备工程设计的初步能力。

三、课程内容及基本要求

绪 论

本章教学要求：了解工业过程、过程设备、过程设备设计等的概念和应用领域、发展趋势等。

第一章 压力容器导言

本章教学要求：熟悉压力容器的总体结构，设计标准及分类。

1. 熟练掌握压力容器总体结构的组成部分；

2. 熟练掌握压力容器分类；

3. 掌握压力容器规范标准。

本章重点：熟练掌握压力容器的总体结构。

第二章 压力容器应力分析

本章教学要求：掌握载荷分析方法、应力分析与计算方法。

1. 熟练掌握载荷分析方法；

2. 熟练掌握回转薄壳应力分析方法，掌握轴向应力和周向应力的计算方法；

3. 理解厚壁圆筒应力分析方法，理解厚壁容器各向应力的计算方法；

4. 掌握平板应力分析方法，掌握平板应力的表达式；

5. 了解壳体的稳定性分析方法；

6. 理解局部应力在设备设计中的作用。

本章重点：熟练掌握回转薄壳应力分析方法，掌握轴向应力和周向应力的计算方法。

本章难点：理解厚壁圆筒应力分析方法，理解厚壁容器各向应力的计算方法。掌握平板应力分析方法，掌握平板应力的表达式。理解局部应力在设备设计中的作用。

第三章 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响

本章教学要求：理解压力容器材料的特点，掌握压力容器制造选择方法。

1. 理解压力容器材料的特点；

2. 熟练掌握压力容器制造工艺对钢材性能的影响；

3. 熟练掌握环境对压力容器钢材性能的影响；

4. 掌握压力容器材料的选择方法。

本章重点：熟练掌握压力容器材料的选择方法。

第四章 压力容器设计

本章教学要求：掌握压力容器设计准则及其应用方法。

1. 熟练掌握压力容器设计准则及其应用范围；

2. 熟练掌握常规设计方法在压力容器设计中的应用；

3. 熟练掌握分析设计方法的在压力容器设计中的具体实现方法；

4. 熟练掌握疲劳分析方法。

本章重点：熟练掌握常规设计方法在压力容器设计中的应用。熟练掌握分析设计方法的在压力容器设计中的具体实现方法。

第五章 储运设备

本章教学要求：掌握卧式储罐的设计方法，了解球形储罐的特点及应用。

1. 熟练掌握卧式储罐的设计方法；

2. 理解球形储罐的特点和应用。

本章重点：掌握卧式储罐的设计方法。

第六章 换热设备

本章教学要求：掌握换热器的设计方法，理解传热方法及原理。

1. 熟练掌握管壳式换热器设计方法；

2. 理解余热锅炉的结构与设计方法；

3. 掌握传热强化技术在设计中的应用。

本章重点：掌握换热器的结构设计方法。

第七章 塔设备

本章教学要求：掌握塔设备的设计方法，各种塔设备的结构及强度计算方法，了解设计当中其他影响因素。

1. 熟练掌握填料塔的设计方法；

2. 熟练掌握板式塔的设计方法；

3. 理解塔设备的附件设计方法；

4. 熟练掌握塔的强度设计计算方法；

5. 理解塔设备的振动在设计中的影响。

本章重点：掌握塔设备的结构设计方法。

第八章 反应设备

本章教学要求：掌握搅拌设备的设计方法，了解微反应器技术。

1. 熟练掌握机械搅拌反应器的设计方法；

2. 了解机械搅拌设备及微反应器技术的主要进展和发展方向。

本章重点：掌握搅拌设备的设计方法。

实验一：压力容器应力应变测试分析（2学时）

实验目的：测量压力容器表面应力应变，分析与验证薄膜应力公式。

主要实验内容：

1. 搭建应变测试实验测试系统；

2. 根据所测应力应变，分析与计算压力容器轴向应力和周向应力的大小；

3. 验证薄膜应力关于压力容器轴向应力和周向应力的公式表达。

实验二：外压容器失稳实验 （1学时）

实验目的：主要观察外压薄壁容器在外压作用下的失稳过程和失稳破坏后的形状。测量外压薄壁容器的失稳破坏压力，验证外压薄壁容器的理论计算公式。

主要实验内容：

1. 观察圆筒形试件在外压作用下失稳过程及失稳破坏后的形态。

2. 验证圆筒形试件失稳破坏时的临界压力，并与试件失稳破坏压力实验值进行比较。

3. 讨论临界压力. 波数的因素。

实验三：换热器换热性能实验（1学时）

实验目的：测试换热器的换热能力；了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。

主要实验内容：

1. 熟悉过程设备与控制多功能实验台水流控制阀门及各个通路；

2. 在加热炉加热水后进行管程壳程换热实验；

3. 以平均温差 为横坐标，热流体放出的热量 和热损失 分别为纵坐标作图，对所得曲线进行分析。

四、学时分配

五、课程目标达成评价的途径和措施

1. 考核目标

在考核学生对设备设计基本知识、基本方法学习的基础上，重点考核学生的压力容器的应力分析能力、实际工程设计能力，以及常见压力容器的设计能力。

2. 考核方式

考试、作业、课堂表现、实验。

3. 考核方式及对课程目标达成、评价比例见表5.1和表5.2所示。

4. 计分办法：百分制分数，满分为100分。

六、主要参考书

1. 郑津洋, 桑芝富. 过程设备设计（第四版），化学工业出版社，2015

2. 国家质量技术监督局. 压力容器安全技术监察规程，中国劳动社会保障出版社，1999

3. 国家质量技术监督局. GB150-2011固定式压力容器，中国标准出版社，2011

4. 黄振仁, 魏新利. 过程装备成套技术设计指南，化学工业出版社，2002

5. 国家医药管理局上海医药设计院. 化工工艺设计手册，化学工业出版社，1996