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绪章压力容器导言
本章将介绍压力容器的整体结构，并结合介质危害程度、操作条件及容器在生产中应用，全面阐述了压力容器分类方法，简要介绍了美国、日本及欧盟等国家的压力容器规范标准，最后着重介绍中国压力容器的主要规范标准。
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●0.1压力容器的基本结构及分类
压力容器通常是由板、壳组合而成的焊接结构。压力容器适用范围广、数量多。工作条件复杂，一次需要对压力容器基本结构及分类有正确的认识。
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●0.2国内外压力容器规范标准
为了确保压力容器在设计寿命内安全可靠地运行，世界各工业国家都制定了一系列压力容器规法标准，给出材料、设计、制造、检验、合格评估等方面的基本要求。
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第一章压力容器应力分析
压力容器受到介质压力、支座压力等多种载荷的作用。确定全寿命周期内压力容器所受的各种载荷，是正确设计压力容器的前提。分析载荷作用下压力容器的应力和变形，是压力容器设计的重要理论基础。
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●1.1回转薄壳的几何要素与应力特性
壳体是一种以两个曲面为界，且曲面之间的距离远比其他方向尺寸小得多的构件，两曲面之间的距离即是壳体的厚度，用t表示。
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●1.2无力矩理论的基本方程
根据回转壳体的受力特性，通过公式推导，可以得到无力矩理论基本方程，其中最主要的是微元平衡方程和区域平衡方程。
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●1.3无力矩理论基本方程的应用
通过对无力矩理论的应用，可以得到不同壳体的受力公式，本节主要介绍了球形壳体、薄壁圆筒、锥形壳体和椭圆形壳体。
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●1.4回转壳体的边缘效应及边缘应力
由于总体结构不连续，组合壳体在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称之为不连续效应或边缘效应。
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●1.5厚壁圆筒的应力特性及弹性应力计算
在实际工程中，由于承受高温高压，某些设备器壁厚度较大，其中圆筒的外直径与内直径之比大于1.1~1.2，我们称之为厚壁圆筒。
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●1.6厚壁圆筒的弹塑性区应力分析
对于承受内压的厚壁圆筒，随着压力的增大，内壁材料先开始屈服，内壁面呈塑性状态。若内压力继续增加，则屈服层向外扩张，从而在近内壁处形成塑性区，塑性区之外仍为弹性区，塑性区与弹性区的交界面为一个与厚壁圆筒同心的圆柱面。
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●1.7平板应力分析
过程设备的平封头、储槽底板、换热器管板、板式塔塔盘及反应器触媒床支撑板等均为平板结构。
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●1.8外压容器的失稳与临界压力计算
承受外压时，这些壳体上同样会产生应力和变形，但除了可能出现与承受内压壳体类似的破坏现象之外，可能会出现另一种破坏：即当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，出现被压扁或出现波折等现象，此时壳体发生了屈曲，它是外压壳体破坏的常见形式之一。
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第二章压力容器设计
为确保压力容器安全运行，压力容器设计必须格外重视。本章分析了压力容器的失效原因，着重介绍了压力容器设计思想、常规设计方法和分析设计方法。
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●2.1压力容器设计准则
压力容器的失效原因多种多样，但是失效的最终表现形式主要为过度变形、断裂和泄露。防止失效是压力容器设计的重要任务。学习压力容器常见的失效模式及其原因，对于正确理解、使用和制定压力容器规范标准，分析和预防失效，都具有十分重要的意义。
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●2.2中径公式的推导
常规设计只考虑单一的最大载荷工况，按一次施加的静力载荷处理，中径公式就是在常规设计条件下通过压力容器的相关参数对其圆筒的厚度进行计算的公式
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●2.3厚壁圆筒的结构设计
圆柱形容器是最常见的一种压力容器结构形式，具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点。厚壁圆筒除了整体锻造式厚壁圆筒外，还有多种组合式圆筒。
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●2.4内压圆筒的强度设计
内压圆筒的强度设计一节涉及到设计压力、设计温度、厚度及厚度附加量、焊接接头系数和许用应力的确定及选择。
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●2.5外压圆筒设计的图算法
假设圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一样处于单向（周向）应力状态，为避免解析法设计的不足，各国设计规范均推荐采用图算法对圆筒进行设计。
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●2.6应力集中和开孔补强
由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。
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●2.7密封装置设计
压力容器的可拆密封装置形式很多，如中低压容器中的螺纹连接、承插式连接和螺栓法兰连接等。本节主要介绍密封装置的密封原理、影响密封的因素、密封结构的因素、密封结构的因素、密封结构的分类及选用原则、密封结构强度计算等内容。
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●2.8压力容器实验
容器在制造和使用中会产生各种缺陷，为考核缺陷对压力容器安全性的影响，压力容器制成后或定期检验中，需要进行耐压试验。耐压试验是在超设计压力下进行的，可分为液压试验、气压试验及气液组合试验。
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●2.9分析设计标准简介及应力分类
为克服常规设计的局限性，1965年美国颁布了首部分析设计标准。分析设计是指以塑性失效准则为基础、采用精细的力学分析手段的压力容器设计方法。
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第三章换热设备
本章提出换热设备概念及其分类。主要介绍了管壳式换热器特点及其结构设计，并分析了管束振动原理。
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●3.1换热设备概念及分类
用在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量传递的装置成为换热设备。按热传递原理和传热方式可以分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器。
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●3.2管壳式换热器分类及特点
管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛的应用。尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。
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●3.3管壳式换热器的结构设计
流体流经换热器内的通道及与其相贯通部分称为管程；流体流经换热管外的通道及与其相贯通部分称为壳程。
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●3.4管壳式换热器管板结构及设计
管板是管壳式换热器最重要的零部件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用。
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●3.5换热管束的流体诱发振动及防振
换热器流体诱导振动是指换热器管束受壳程流体流动的激发而产生的振动，它可以分为两大类：由平行于管子轴线流动的流体诱导振动和由垂直于管子轴线流动的流体诱导振动
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第四章塔设备
塔设备是一种重要的单元操作设备，应用广泛，本章介绍各种常见塔设备，并对塔内件及其运行原理，以及工作过程中的影响因素进行分析。
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●4.1塔设备的整体结构及附件
塔设备是一种重要的单元操作设备本节将对塔设备种类进行介绍，并简要分析塔设备整体结构。
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●4.2填料塔
填料塔的内件是整个填料塔的重要组成部分。内件的作用是为了保证气液更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和生产能力。
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●4.3板式塔
板式塔按照结构可以分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、蛇形塔等。其中泡罩塔是工业应用最早的板式塔。
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●4.4塔设备的自振周期
在动载荷作用下，塔设备各截面的变形及内力与塔的自由振动周期及振型有关。因此在进行塔设备的载荷计算及强度校核之前，必须首先计算其自振周期。
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●4.5塔设备的载荷分析
塔设备在设计过程中需要考虑其所承受的质量载荷、偏心载荷、风载荷等
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●4.6塔设备的风诱导振动
安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿着风的方向；另一种是横向振动，即振动方向沿着风的垂直方向，又称横向振动或风的诱导振动。
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第五章反应设备
本章主要对常见机械搅拌式反应设备进行了介绍，分析了其基本部件，各种密封型式，并且介绍了搅拌反应釜的加工制造。
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●5.1常见反应器设备及发展趋势
本节主要介绍了各种常见反应器，并根据将来反应器的发展趋势，提出了以后反应器的发展方向。
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●5.2机械搅拌反应器的基本部件
机械搅拌反应器应用广泛，分析机械搅拌反应器的各种内件有利于我们加深对机械搅拌器的认识。
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●5.3机械搅拌式反应器的密封型式
良好的密封性对机械搅拌反应器的正常运行至关重要，本节我们将分析机械搅拌式反应器的各种密封型式。
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●5.4高压加热器加工工序
本节我们将在对反应器认识的基础之上，介绍高压加热器的加工制造过程。