單體化工設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分。首先應(yīng)根據(jù)任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求，定出設(shè)備的主要尺寸，如形狀、直徑、高度等；然后進(jìn)行受力分析，結(jié)合選擇材料，確定結(jié)構(gòu)，經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算決定出結(jié)構(gòu)尺寸；最后繪出該設(shè)備及各零部件的施工圖。這幾部分是緊密相關(guān)而又各有分工的。目前在我國，工藝設(shè)計(jì)由化工工藝專業(yè)人員完成，由化工機(jī)械專業(yè)人員完成機(jī)械設(shè)計(jì)。 雖然容器的應(yīng)用在性質(zhì)上有所不同，但在設(shè)計(jì)容器時(shí)往往必須考慮不少共同因素。最重要的是選擇容器的型式，確定它的主要尺寸，合理選擇材料，運(yùn)用準(zhǔn)確而可靠的計(jì)算方法。一、容器型式的選擇 設(shè)計(jì)任何容器的第一步是選擇容器的型式，使其能完成指定的生產(chǎn)任務(wù)，又有好的經(jīng)濟(jì)效果。1、容器型式與它的用途有關(guān)。對(duì)貯存用的容器，其決定性參數(shù)是體積，從節(jié)約材料的觀點(diǎn)來看，最好的應(yīng)是球形，但若貯存量較小時(shí)還是圓筒形更有利。對(duì)進(jìn)行化工過程用的設(shè)備外殼來說，還應(yīng)注意到有利于內(nèi)部過程的進(jìn)行，更易安裝內(nèi)部構(gòu)件，有利于物料的排放和清理以及盡量減少流體阻力等因素。2、容器型式與容器所承受的壓力及溫度有關(guān)。 操作壓力愈大，溫度愈高，就愈是應(yīng)該選擇受力情況較好的型式。 3、容器型式與容器所使用的結(jié)構(gòu)材料和制造方法有關(guān)。加工性能和焊接性能好的材料，容易成型、組焊，可以作成設(shè)計(jì)所需要的形狀。反之則只能做成簡單的形狀。對(duì)稱中心軸線的殼體便于成型和機(jī)械加工，因而圓筒形、球形和錐形殼體是最常用的。二、經(jīng)濟(jì)尺寸的決定 當(dāng)容器的容積一定時(shí)，變換直徑和高度可以得到多種方案，但應(yīng)確定一種最經(jīng)濟(jì)的尺寸。經(jīng)濟(jì)尺寸與金屬材料用量和容器制造費(fèi)用有關(guān)。對(duì)大型貯罐而言，還應(yīng)考慮基礎(chǔ)的費(fèi)用和所占有土地的費(fèi)用。一般來說，以金屬用量的多少為最主要，因此應(yīng)以金屬用量最少為原則，選擇圓筒形容器的直徑和高度。三、材料的選擇選擇容器用鋼，必須根據(jù)容器的工作條件（如壁穩(wěn)、壓力、介質(zhì)腐蝕性、介質(zhì)對(duì)材料的脆化作用及其是否易燃、有毒等）選擇具有合適力學(xué)性能、物理性能和耐腐蝕性能的材料。選擇材料力求易于加工制造，并考慮經(jīng)濟(jì)合理性和符合我國資源情況。下面是選擇材料時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)主要因素： 1、力學(xué)性能 材料的力學(xué)性能由強(qiáng)度、塑性兩個(gè)指標(biāo)來完成。 （1）強(qiáng)度指標(biāo)它是材料抵抗外力作用能力的標(biāo)志。一般情況下，設(shè)計(jì)常用的指標(biāo)有強(qiáng)度極限和屈服極限。在遇有高溫情況時(shí)，設(shè)計(jì)還得考慮材料的蠕變極限及持久極限。設(shè)計(jì)中許用應(yīng)力都是根據(jù)這些數(shù)值決定的。另外，材料的屈強(qiáng)比也是反應(yīng)材料承載能力的一個(gè)指標(biāo)，不同材料具有不同的屈強(qiáng)比，即使是同一種材料，其屈強(qiáng)比也隨著材料熱處理情況及工作溫度的不同而有所變化。（2）塑性指標(biāo) 塑性指標(biāo)主要有延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性等。用塑性好的材料制造容器，可以緩和局部應(yīng)力和不良影響，有利于壓力加工，不易產(chǎn)生脆性斷裂，對(duì)缺口、傷痕不敏感，并且在發(fā)生爆炸時(shí)不易產(chǎn)生碎片。作為化工容器用的鋼，要求延伸率不低于14%，沖擊韌性在使用溫度下不低于35J/2;。 材料力學(xué)性能的各因素之間是相互聯(lián)系而又相互制約的。有些材料強(qiáng)度較高，但它的延伸率及沖擊韌性卻很低。因此選材時(shí)，不能只看其單一的性能指標(biāo)，而應(yīng)對(duì)材料力學(xué)性能諸因素作全面分析。 2、物理性能 在容器設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意到材料的物理性能。例如在計(jì)算容器的溫差應(yīng)力時(shí)，就要用到材料的線膨脹系數(shù)；在設(shè)計(jì)換熱器及計(jì)算容器外殼損失時(shí)，還要用到材料的熱導(dǎo)率等等。因此，材料的使用場合不同，對(duì)材料的物理性能亦有不同的要求。主要的物理性能指標(biāo)有密度、熱導(dǎo)率、比熱容、熔點(diǎn)、線脹系數(shù)、電阻率、彈性模量等。 3、耐腐蝕性能化工廠中經(jīng)常處理有腐蝕性的介質(zhì)，故設(shè)計(jì)化工容器時(shí)，在很多場合下，耐蝕性對(duì)材料的選擇起決定性的作用。材料的耐蝕程度會(huì)影響設(shè)計(jì)使用壽命，產(chǎn)品的質(zhì)量，有時(shí)甚至影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，考慮材料的耐蝕性的化工容器材料選擇中的一個(gè)重要問題。 材料的腐蝕速度在工程上常用Ka（mm/a）來表示，材料腐蝕速度在1 mm/a以下的，可認(rèn)為能用于化工容器。有關(guān)材料的耐蝕性可在材料腐蝕和防腐手冊中查得。 4、制造工藝性能 材料的制造工藝性能包括可鍛性、可焊性、切削加工性及研磨、沖壓性能、熱處理性能等。對(duì)制造化工容器的鋼材來說，焊接性能和壓力加工性能就顯得更為重要。 鋼材焊接性能的好壞主要取決于其成份。含碳量是最重要的因素，制造一般受壓容器所用的鋼材的含碳量最高不大于0.25%。有些低合金鋼可焊性較差，必須采取特殊的焊接工藝。 容器成型的主要方法是滾卷與沖壓。材料中的夾渣、氣孔等缺陷易在加工過程中形成裂紋或微裂紋。材料的冷作硬化性會(huì)降低塑性指標(biāo)，而且會(huì)在受熱時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶醋化，降低強(qiáng)度。一般鋼材的殘余變形超過3%時(shí)，需經(jīng)退火處理。 5、價(jià)格與來源設(shè)備成本的很大一部分決定于材料的價(jià)格。因此在選用材料時(shí)，應(yīng)了解它們的價(jià)格。如果將普碳鋼板Q235的價(jià)格定為1，其余的板材相對(duì)價(jià)格大致有如下關(guān)系：錳鋼為1.4；20鋼為1.8；鉻鋼（1Cr13，2 Cr13）為5.1；1Cr18Ni9Ti為4.9。 當(dāng)然，采用價(jià)廉的材料并不一定就是經(jīng)濟(jì)上合理的，因?yàn)橘F的材料可能具有較好的性能，用它可以制成器壁較薄而輕的容器，而且使用年限也比較長，使用效果更好。 分析材料的經(jīng)濟(jì)性不能僅看它們的價(jià)格，同時(shí)要看國家的資源情況，要求我們多用普通易取的材料，少用昂貴稀缺的材料；多用國產(chǎn)材料，少用或不用進(jìn)口材料。
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