《高等学校教材：化工设备机械基础（第4版）》为第四版，根据*的国家标准，对本书第三版进行了修订。内容分为力学基础、压力容器、典型化工设备三篇。主要介绍板壳力学基础理论，金属材料的基本知识，中、低压力容器和典型化工设备的强度计算方法、结构设计、有关的标准和规范等。配有习题、例题、内容实用，讲述深入浅出，便于自学。

《高等学校教材：化工设备机械基础（第4版）》为化工工艺专业及环保、制药等相关专业使用的综合性机械基础课程教材，也可供相关专业技术人员参考。

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第一篇力 学 基 础

1刚体的受力分析及其平衡规律1

11力的概念及其性质2

111力的概念2

112力的基本性质2

12刚体的受力分析5

121约束和约束反力5

122刚体受力分析要领8

13平面汇交力系的简化与平衡8

131平面汇交力系的简化8

132平面汇交力系的平衡条件10

14力矩、力偶、力的平移定理12

141力矩的概念12

142力偶12

143力的平移定理——力与力偶的

联系14

15平面一般力系的简化与平衡15

151平面一般力系的简化15

152平面一般力系的平衡条件16

153固定端约束的受力分析18

16静力学问题求解方法小结20

161如何确定研究对象20

162如何画分离体受力图20

163如何建立直角坐标系20

164如何应用静力平衡方程20

165静力学能够解决问题的范围21

本章小结21

检测题22

习题23

2金属的力学性能27

21弹性体的变形与内力27

211变形与内力的概念27

212变形的度量27

213直杆受拉(压)时的内力28

214受拉(压)直杆内的应力30

22材料的力学性能31

221拉伸试验32

222压缩试验36

223温度对材料的力学性能的影响37

224金属的缺口冲击试验39

225硬度试验40

226弯曲试验41

23金属材料拉伸与冲击试验的新标准简介42

231GB/T 228—200242

232GB/T 229—200744

本章小结44

检测题45

习题46

3受拉(压)构件的强度计算与受剪切构件的实用计算48

31受拉直杆的强度计算48

311强度条件的建立与许用应力的确定48

312强度条件应用举例49

32拉(压)杆连接部分的剪切和挤压强度计算50

321剪切变形与剪力50

322连接零件剪切强度的实用计算51

323某些连接零件的挤压强度计算52

本章小结54

检测题55

习题55

4直梁的弯曲57

41弯曲概念与梁的分类57

411弯曲变形的宏观表现与实例57

412梁的几何形状和名称57

413梁上的外力、梁的支座及分类58

42梁的内力分析60

421梁横截面内的两种内力60

422剪力与弯矩的计算62

43纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件67

431梁横截面内任意指定点处的正应力68

432正应力的强度条件72

433梁的合理截面76

44直梁弯曲时的切应力76

441矩形截面梁77

442工字形截面梁77

443环形截面梁77

444实心圆截面梁78

45梁的变形——梁弯曲时的位移79

451梁的挠度和转角79

452梁的弹性曲线79

453梁的刚度校核80

本章小结82

习题84

5圆轴的扭转86

51圆轴扭转时所受外力的分析与计算86

511搅拌轴的三项功能86

512n、P、m之间的关系87

52纯剪切、角应变、剪切虎克定律87

521纯剪切87

522角应变89

523剪切虎克定律89

53圆轴在外力偶作用下的变形与内力90

531变形分析90

532扭转切应力及其分布规律91

533横截面的内力矩——扭矩91

534扭矩与扭转变形dφdx之间的关系91

535扭转切应力的计算公式92

536扭转角的计算92

54圆轴扭转时的强度条件与刚度条件93

541圆轴扭转时的强度条件93

542圆轴扭转时的刚度条件93

本章小结96

检测题97

习题98第二篇压 力 容 器

6压力容器与化工设备常用材料100

61金属的晶体结构100

611金属原子结构的特点与金属键100

612金属的晶体结构100

62铁碳合金102

621什么是铁碳合金102

622铁碳平衡状态图103

623过冷奥氏体的恒温转变104

624钢的热处理106

63钢的分类108

631碳素钢108

632低合金钢110

633高合金钢112

64钢板116

641钢板的尺寸和允许偏差116

642碳素钢与低合金钢钢板117

643不锈钢、耐热钢钢板121

65钢管125

651钢管分类及其标准125

652钢管的尺寸125

653钢管的钢号、性能和应用127

654钢管的检验与验收130

66锻件与紧固件132

661锻件132

662紧固件136

67铸铁139

671铸铁的分类与代号（GB/T 5162—2008）139

672灰铸铁（GB/T 9439—2010）140

673球墨铸铁（GB/T 1348—2009）144

674蠕墨铸铁148

675可锻铸铁（GB 9440—2009）150

676高硅耐蚀铸铁（GB/T 8491—2009）152

677耐热铸铁（GB 9437—2009）153

678铸铁用于压力容器时的规定157

68铜及铜合金157

681加工铜157

682加工黄铜157

683青铜158

684白铜159

685铸造铜合金159

686铜及铜合金用于压力容器时的规定160

69铝及铝合金160

691变形铝及铝合金的分类和牌号160

692变形铝及铝合金的性能和用途162

610钛及钛合金162

6101分类与牌号162

6102性能特点163

6103应用164

611金属的腐蚀与防护164

6111腐蚀的定义及分类164

6112常见的几种腐蚀及其控制方法165

习题170

7压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力171

71回转壳体中的薄膜应力171

711容器壳体的几何特点171

712回转壳体中的拉伸应力172

72圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力177

721平板的变形与内力分析177

722弯曲应力与薄膜应力的比较和结论180

73边界区内的二次应力180

731边界应力产生的原因180

732影响边界应力大小的因素181

733边界应力的性质182

734回转壳体内部的边界应力182

74强度条件182

741对薄膜应力的限制(即薄膜应力强度条件）182

742对一次弯曲应力的限制186

743对二次应力的限制188

本章小结189

检测题190

习题191

8内压容器192

81设计参数的确定（GB 1503—2011）192

811容器直径192

812工作压力与设计压力p192

813设计温度t193

814计算压力pc194

815许用应力[σ]t194

816焊接接头系数φ209

82内压容器筒体与封头厚度的计算210

821内压圆筒的五种厚度及其确定方法210

822内压凸形封头厚度计算213

823内压锥形封头厚度计算217

824平板形封头221

825计算厚度的通用式223

83在用压力容器的强度校核223

831在用压力容器强度校核的原则223

832强度校核的思路、公式和举例223

833在用压力容器的许用内压表225

84容器筒体与封头的尺寸和质量227

841圆柱形筒体的容积、内表面积和质量227

842标准椭圆形封头的容积、内表面积和质量228

843锥形封头的几何量与质量230

85容器壳体在材料使用上的规定233

851钢板用前的验收233

852压力容器在选材、用材上的

规定234

本章小结236

检测题239

习题240

9外压容器与压杆的稳定计算242

91稳定的概念与实例242

911稳定的概念242

912“稳定”问题实例242

92外压圆筒环向稳定计算243

921临界压力的计算243

922材料的σε曲线（即RA曲线）在稳定计算中的应用245

923许用外压的计算247

93封头的稳定计算254

931外压球壳与凸形封头的稳定计算254

932外压带折边锥形封头的稳定计算257

933防止内压凸形封头失稳的规定259

94真空容器加强圈的计算259

941真空容器加强圈所需最小截面惯性矩的计算260

942真空容器加强圈实际提供的截面惯性矩的计算262

95压杆稳定计算简介265

951理想压杆的临界载荷265

952临界应力欧拉公式的适用范围266

953柔度λ<λp的压杆临界应力的计算267

954压杆稳定的实用计算268

96圆筒的轴向稳定校核271

961什么情况下需要校核圆筒的轴向稳定性271

962轴向稳定许用应力的确定272

本章小结273

检测题274

习题274

10法兰连接276

101压力容器法兰连接276

1011法兰连接的密封原理276

1012法兰连接受力分析及其实用结论276

1013压力容器法兰标准（JB/T 4700～4707—2000）278

102管法兰连接302

1021管法兰（HG/T 20592—2009）302

1022管法兰连接用密封垫片332

1023钢制法兰用紧固件344

11人孔、手孔、视镜和液面计353

111人孔和手孔353

1111容器上开设人孔、手孔的规定353

1112钢制人孔和手孔353

1113不锈钢人孔、手孔(HG 21594—21604）373

112视镜与液面计377

1121视镜377

1122液面计381

12开孔补强与设备凸缘384

121开孔补强384

1211问题的提出——容器接管附近的应力集中384

1212补强结构与计算386

1213容器上开孔及补强的有关规定396

122设备凸缘397

1221法兰凸缘397

1222管螺纹凸缘399

13容器支座400

131卧式容器支座（JB/T 47121—2007）400

1311鞍式支座的结构与类型400

1312鞍座尺寸与质量401

1313鞍座的选用404

1314鞍座标记407

132立式容器支座407

1321耳式支座(JB/T 47123—2007）407

1322支承式支座（JB/T 47124—2007）414

1323腿式支座（JB/T 47122—2007）419

14容器的焊接结构428

141焊接接头及其分类428

1411焊接接头428

1412压力容器上的焊接接头分类430

142压力容器中的焊接接头（GB 1503—2011HG/T 20583—2011）431

1421筒体的纵、环向，钢板拼接对接接头431

1422筒体与封头连接的非对接接头434

1423容器法兰与筒体连接的焊接接头435

1424管法兰与接管的焊接接头436

1425接管与壳体的焊接接头437

1426法兰凸缘与壳体的焊接接头441

143焊接结构443

1431设计原则443

1432焊缝选择443

144焊接接头的检验443

1441焊接接头缺陷443

1442焊接检验要点444

145焊接材料445

15压力容器监察管理449

151压力容器监察管理的重要文件449

152压力容器划类与分类管理450

1521广义压力容器与管辖压力容器450

1522《固容规》所管辖(适用)的压力容器450

1523《固容规》对压力容器范围的界定451

1524《固容规》对压力容器的划类451

1525压力容器的设计管理454

1526压力容器的制造管理455

1527压力容器的使用管理456

153压力容器的定期检验456

1531定期检验的目的456

1532定期检验的依据457

1533检验周期457

1534压力容器的安全状况等级458

1535基于风险检测（RBI）459

154压力容器的压力试验及泄漏试验459

1541耐压试验459

1542泄漏试验460第三篇典型化工设备

16管壳式换热器462

161管壳式换热器的总体结构462

1611固定管板式换热器462

1612浮头式换热器462

1613U形管式换热器465

1614填料函式换热器466

162管壳式换热器的主要零部件467

1621壳体467

1622管箱472

1623管束472

1624管板477

1625波形膨胀节480

1626折流板和支持板及其固定结构487

1627其他结构490

17板式塔492

171概述492

172整块式塔盘的板式塔492

1721定距管支承式塔盘493

1722重叠式塔盘494

1723塔盘圈与密封结构497

1724降液管、溢流堰、出口液封盘499

173分块式塔盘板式塔499

1731组装结构499

1732塔盘板与通道板500

1733分块式塔盘的支持结构501

1734塔盘、出口堰、降液板、受液盘的固定501

174板式塔的其他结构508

1741板式塔盘上的进料管508

1742塔顶吊柱509

1743裙式支座512

1744塔的保温装置514

175塔的机械设计516

1751塔体承受的各种载荷计算516

1752筒体的强度及稳定性校核517

1753裙座的强度及稳定性校核518

附录A型钢（GB/T 706—2008）519

附录B石油化工压力容器法兰用垫片（HG/T 20583—2011）529

附录C石油化工容器接管法兰用垫片（HG/T 20583—2011）531

附录D金属和非金属垫片的耐化学品性能（HG/T 20583—2011）535

附录E图97曲线数据表（GB 1503—2011）538

附录F标准目录541

F1TSG特种设备安全技术规范与压力容器设计541

F2碳素钢与低合金钢及板材541

F3不锈钢和耐热钢及板材541

F4无缝钢管与焊接钢管542

F5复合钢板542

F6铸铁542

F7有色金属542

F8锻件543

F9紧固件543

F10力学性能试验543

F11容器法兰543

F12管法兰544

F13人孔、手孔544

F14支座544

F15视镜与液面计545

F16焊接545

F17补强圈、补强管545

F19压力容器封头545

检测题与习题的参考答案546 2100433B

《化工设备机械基础》讲述了：随着教学改革的不断深入，不同学校对过程机械相关专业的教学提出了不同的要求。考虑化学工程、应用化学、制药工程、高分子材料、环境科学、生物化学等专业的课程设置，结合近年来的教学实践，将“化工设备机械基础”和“工程力学”内容进行整合，编写了《化工设备机械基础》。

《化工设备机械基础》的主要特点体现在如下几个方面：

（1）通过相互渗透、融会贯通、精选特色等保持了原系列教材的特点

由刁玉玮教授主编的《化工设备机械基础》一直是国内许多院校化工工艺类专业的首选教材，已经再版6次，作为“十五”和“十一五”规划教材，深受广大师生的欢迎。《化工设备机械基础》的“化工设备材料”“化工容器设计”篇按照《化工设备机械基础》一书的基本构架编写，主要内容保持不变；“典型化工设备的机械设计”篇重新进行编写。由银建中副教授主编的《工程力学》作为高等学校理工科规划教材一直是化工工艺类学生的力学基础教材。《化工设备机械基础》的“工程力学基础”篇保留了《工程力学》一书的特色内容。

（2）在内容和表达方面，尽可能反映学科的最新发展趋势，保证教材与时俱进

根据最新国家标准、行业标准和工程规范，在“化工设备材料”篇中，将最新材料标准、材料牌号等进行了较大幅度的调整，有助于教师和学生对新标准的了解。“典型化工设备的机械设计”篇中塔设备设计内容完全符合最新标准的设计要求，便于学生在掌握基本设计理论的同时，适应国家标准对典型设备的设计要求。

（3）注重解决工程实际问题的能力和自主学习能力的培养

在典型压力容器结构应力分析时，注重与工程实际问题紧密结合，以典型结构的应力分布、设计要点、工程意义为重点，对典型结构进行应力分析与讨论，提高解决工程实际问题的能力，把复杂的推导和理论分析留给学生通过查阅文献和资料自主学习解决。

《化工设备机械基础课程设计》可作为高等工科院校化工、过程装备与控制工程和轻工类等相关专业进行化工设备机械基础课程设计和毕业设计的教材，亦可供化工行业从事科研设计与生产管理的工程技术人员参考。

《化工设备机械基础应用教程》内容涉及化工生产常用设备的结构和功能、化工设备表达特点、化工机械传动的基本知识和化工生产自动化、计算机辅助设计等的相关知识。面向专业不但包括以化工生产、设备设计为主的过程控制与装备及大部分机械类专业，也包括化学工程、高分子材料、生物工程、制药工程等具有石油化工、化学化工背景的非机械类专业，还包括为石油化工、化学化工企业生产提供服务的自动化测试与控制专业、电气工程专业和自动化专业等。

本教材可供一般本科学校或部分高职高专学校选用。教材的培养目标群体为高级应用型人才，在教学内容选择和处理上以应用为目的，强调具有化工背景的机械基础知识综合应用能力的培养。教材涉及的专业面广泛，强调工程实际和工程技能，符合现代企业、社会对人才需求的定位。