化工专业《化工设备设计基础》教学大纲.doc

化工设备设计基础教学大纲课程编码：课程名称：化工设备设计基础学时/学分：56/3.5先修课程：工程制图、化工原理适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、课程的性质和任务1课程性质：本课程是在学生具备工程制图、化工原理等知识的基础上，为化学工程与工艺专业开设的专业必修课程。2课程任务：使学生掌握化工设备常用材料的主要性能、牌号、用途及选材方法；掌握薄壁容器及其零部件的设计和标准选用的基本方法；掌握典型化工设备的结构和机械设计方法，使学生具备化工容器及典型化工设备设计的初步能力。二、课程教学基本要求通过本课程的学习，使学生掌握一定的工程力学基础知识，能够对化工设备和容器进行强度和稳定性计算；掌握一定的化工设备常用材料的基本知识，能够合理选择和使用化工设备常用材料；掌握典型化工设备的结构和机械设计方法，能够正确判断化工设备结构的合理性并具备初步设计典型化工设备的能力；熟悉化工设备的零部件标准，能够选择合适的零部件；熟悉压力容器的安全技术规定，能够对压力容器实施正确的管理，增强学生分析和解决实际问题的能力。成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）平时成绩（平时作业、期中考试等）（30%)。成绩评定采用百分制，60分为及格。三、课程教学内容第一章 物体的受力分析和静力平衡方程1.教学基本要求掌握力、刚体、平衡等静力学基本概念；掌握力矩和力偶的概念及性质；掌握约束和约束反力概念；掌握约束、约束反力和一般力系的简化，会画受力分析图；掌握力系平衡方程的应用。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握刚体、力、平衡、约束和约束反力等基本概念，能利用约束、约束反力和一般力系的简化对复杂系统的构件进行受力分析，并熟练画出受力分析图；能应用力系平衡方程进行相关计算。3.教学重点和难点教学重点是力、刚体、平衡等静力学基本概念；约束和约束反力概念；力偶、力矩的概念和性质；约束、约束反力和一般力系的简化。教学难点是约束、约束反力和一般力系的简化，受力图和力系平衡方程的应用。4.教学内容（1）力的概念和基本性质主要知识点：力的概念及基本性质；刚体的概念；平衡的概念；作用和反作用力定律。（2）力矩与力偶主要知识点：力矩的概念；力偶的概念和性质；力的平移；平面一般力系的简化。（3）物体的受力分析及受力图主要知识点：约束和约束反力；受力图。（4）平面力系的平衡方程主要知识点：平面力系的平衡方程；空间力系。第二章 直杆的拉伸与压缩1.教学基本要求掌握轴向拉伸、压缩的概念；材料在拉伸和压缩时的力学性能；拉伸和压缩的强度计算，许用应力和安全系数。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握轴向拉伸、压缩、许用应力和安全系数的概念；掌握材料在拉伸和压缩时的力学性能；掌握拉伸和压缩的强度计算；能利用相关基本理论解决杆件拉伸和压缩时的具体问题。 3.教学重点和难点教学重点是轴向拉伸、压缩的概念；拉伸和压缩的强度计算。教学难点是材料在拉伸和压缩时的力学性能。4.教学内容（1）直杆的拉伸和压缩主要知识点：工程实例；拉伸和压缩时横截面上的内力；拉伸和压缩时横截面上的应力；应变的概念。 （2）拉伸和压缩时材料的力学性能主要知识点：拉伸和压缩试验及材料的力学性能；铸铁拉伸的应力-应变曲线分析；低碳钢和铸铁压缩时的应力-应变曲线分析；温度对材料力学性能的影响。 （3）拉伸和压缩时的强度条件主要知识点：拉伸和压缩时的应力强度校核、截面设计等相应实用计算。 第三章 直梁的弯曲1.教学基本要求掌握弯曲、剪力和弯矩的基本概念；剪力图和弯矩图的画法；纯弯曲时梁横截面上的正应力的计算；惯性矩的计算；抗弯模量的计算；弯曲正应力的强度条件；梁弯曲时的剪应力；提高梁弯曲强度和刚度的措施。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握弯曲、剪力和弯矩的基本概念；剪力图和弯矩图的画法；纯弯曲时梁横截面上相应的正应力、剪应力、以及相应的强度条件的计算；能分析解决梁弯曲时相应的实用问题。3.教学重点和难点教学重点是弯曲、剪力和弯矩的基本概念；剪力图和弯矩图的画法；纯弯曲时梁横截面上相应的正应力、剪应力、截面惯性矩、抗弯模量以及相应的强度条件的计算。教学难点是截面惯性矩和抗弯模量的计算。4.教学内容（1）梁的弯曲实例与概念主要知识点：工程实例；弯曲的基本概念。 （2）梁横截面上的内力剪力和弯矩主要知识点：截面法求内力剪力和弯矩；弯矩正负号的规定。 （3）弯矩方程和弯矩图主要知识点：弯矩方程；弯矩图。（4）弯曲时截面上正应力及其分布规律主要知识点：纯弯曲的弯曲变形特征；梁弯曲时横截面上的正应力及正应力的分布规律。（5）梁弯曲时的强度条件主要知识点：梁弯曲时的强度计算；抗弯截面模量计算。（6）梁截面合理形状的选择主要知识点：梁截面选择的依据和原则。（7）梁的弯曲变形主要知识点：梁的挠度和转角的概念；弯曲的刚度条件。第四章 剪切1.教学基本要求掌握剪切变形、剪力、剪应力、挤压等基本概念；剪切强度条件和挤压强度条件；剪切变形和剪切胡克定律。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握剪切变形、剪力、剪应力、挤压的基本概念；能对构件受剪切时的剪切强度和挤压强度进行校核，进行相应的实用计算。3.教学重点和难点教学重点是剪切强度条件和挤压强度条件及相应实用计算；教学难点是剪切变形和剪切胡克定律。4.教学内容（1）剪切变形的概念主要知识点：剪切的工程实例；剪切的受力特点；剪切的变形特点。 （2）剪力、剪应力与剪切强度条件主要知识点：剪力；剪应力；剪切强度条件。 （3）挤压的概念和强度条件主要知识点：挤压的概念；挤压应力；挤压强度条件。（4）剪切变形和胡克定律主要知识点：剪切变形；剪应变；剪切胡克定律。 第五章 圆轴的扭转1.教学基本要求掌握圆轴扭转的概念和实例；扭转时外力和内力的概念及计算；扭转的强度条件；扭转变形和刚度条件。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握圆轴扭转、扭转时的外力、内力和横截面上的应力的概念；圆轴扭转时的强度条件和刚度条件；能用圆轴扭转的强度条件和刚度条件进行强度校核、截面设计、许用载荷等实用计算。 3.教学重点和难点教学重点是圆轴扭转、扭转时的外力、内力和横截面上的应力的概念；圆轴扭转时的强度条件和刚度条件。教学难点是圆轴扭转的强度条件、扭转变形和刚度条件。4.教学内容（1）圆轴扭转的实例与概念主要知识点：圆轴扭转的工程实例；扭转的受力特点；扭转的变形特点。 （2）扭转时的外力和内力主要知识点：扭转时外力偶矩的计算；扭转时横截面上的内力。（3）扭转时横截面上的应力主要知识点：应力分布规律；横截面上切应力计算公式；极惯性矩和抗扭截面模量的计算。（4）扭转的强度条件主要知识点：扭转的强度条件。（5）圆轴的扭转变形与刚度条件主要知识点：圆轴的扭转变形；扭转的刚度条件。第六章 组合变形和强度1.教学基本要求掌握应力状态概念和广义胡克定律；强度理论和组合变形及强度计算。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握应力状态概念，广义胡克定律和强度理论；会进行组合变形的强度计算及利用相应理论解决实际问题。 3.教学重点和难点教学重点是广义胡克定律，强度理论和组合变形及强度计算；教学的难点是广义胡克定律和组合变形的强度计算。4.教学内容（1）基本变形小结主要知识点：总结前面学习的五种基本变形形式。 （2）复杂应力状态主要知识点：一点处的应力状态；平面应力状态；应力圆；主应力和最大切应力。（3）强度理论主要知识点：强度理论的概念；材料的两种破坏形式；四个基本的强度理论。（4）弯曲和拉压的组合作用主要知识点：弯曲和拉压的强度计算。（5）弯曲和扭转的组合作用主要知识点：弯曲和扭转的强度计算。第七章 压杆稳定1.教学基本要求了解压杆稳定平衡、不稳定平衡，欧拉公式和临界载荷的概念；掌握压杆柔度的计算方法，以及判断大柔度、中柔度、小柔度压杆的原则；了解提高压杆稳定性的主要措施。 2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握稳定平衡、不稳定平衡和临界载荷的概念；能根据压杆的类别选用合适的公式计算临界应力；掌握简单压杆的稳定计算方法。3.教学重点和难点教学重点是压杆柔度的计算方法，以及判断大柔度、中柔度、小柔度压杆的原则；临界应力的计算。教学难点是临界应力的计算。4.教学内容（1）压杆稳定的基本概念主要知识点：稳定平衡的概念；不稳定平衡的概念。 （2）临界力和欧拉公式主要知识点：临界载荷的概念；临界力的计算。 （3）压杆的稳定计算主要知识点：临界应力的计算。第八章 化工设备材料1.教学基本要求掌握材料的性能，碳钢和铸铁的组织结构和性能，铁碳平衡状态图。了解化工设备的腐蚀及防腐措施；掌握选择化工设备材料的原则。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握材料的性能，碳钢和铸铁的组织结构和性能；具备在设计化工设备时能合理选择材料的基本技能。3.教学重点和难点教学重点是材料的性能，碳钢和铸铁的组织结构和性能；铁碳平衡状态图。教学难点是杂质元素对金属材料性能的影响和铁碳平衡状态图。4.教学内容（1）材料的性能主要知识点：力学性能；物理性能；化学性能；加工工艺性能。 （2）碳钢和铸铁主要知识点：铁碳合金的组织与结构；铁碳合金状态图；钢的热处理；碳钢；铸铁。 （3）合金钢主要知识点：合金钢的分类与编号；合金元素对钢的影响；可焊接的低合金高强度结构钢；专业用钢；特殊性能钢。（4）有色金属主要知识点：铜及铜合金；铝及铝合金。（5）化工设备的腐蚀及防腐措施主要知识点：金属的腐蚀；金属腐蚀损伤及破坏的形式；金属设备的防腐措施。第九章 容器设计基础1.教学基本要求掌握容器的结构，容器的分类，内压薄壁容器设计的理论基础；外压圆筒设计的理论基础；封头设计的理论基础。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习使学生掌握回转壳体的基本概念，薄膜应力理论及其应用；能进行内压薄壁容器，外压圆筒，封头设计的简单设计。3.教学重点和难点教学重点是内压薄壁容器设计的理论基础；外压圆筒设计的理论基础；封头设计的理论基础。教学难点是内压薄壁容器设计，外压圆筒设计，封头设计的相关计算。4.教学内容（1）概述主要知识点：容器的结构；容器的分类；容器的零部件标准化；压力容器的标准简介。 （2）内压薄壁容器设计主要知识点：薄壁容器的概念；圆筒形薄壁容器承受内压时的应力；圆筒的应力计算；无力矩理论基本方程式；基本方程式的应用；筒体强度计算；球壳强度计算；设计参数；最小厚度；压力试验；边缘应力。 （3）外压圆筒设计主要知识点：外压容器失稳；容器失稳形式；临界应力计算；外压圆筒的设计；外压容器的试压；加强圈。（4）封头的设计主要知识点：椭圆形封头；半球形封头；蝶形封头；球冠形封头；锥形封头；平板封头。第十章 容器零部件设计1.教学基本要求掌握容器的零部件；零部件的选用及工作原理。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习，使学生掌握容器的零部件；零部件的选用及工作原理；会进行常用零部件的设计和选型。3.教学重点和难点教学重点是零部件的选用及工作原理；常用零部件的设计计算和选型。教学难点是零部件的工作原理和设计计算。4.教学内容（1）法兰连接主要知识点：法兰连接结构和密封原理；法兰的分类；影响法兰密封的因素；法兰的标准和选用。 （2）容器支座主要知识点：卧式容器的支座；立式容器的支座。 （3）容器的开孔与附件主要知识点：容器的开孔与补强；容器的接口管与凸缘；手孔与人孔。第十一章 塔设备强度设计计算1.教学基本要求掌握操作压力、质量载荷、风载荷、地震载荷、圆筒的应力等基本概念；能进行塔体的强度计算；裙座的强度计算。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的学习使学生掌握操作压力、质量载荷、风载荷、地震载荷、圆筒的应力等基本概念；具备利用所学知识进行塔设备设计的基本技能。3.教学重点和难点教学重点是塔体的强度计算；裙座的强度计算。教学难点是塔设备的设计计算。4.教学内容（1）塔体的强度计算主要知识点：按设计压力计算筒体及封头壁厚；塔设备所承受的各种载荷计算；圆筒的应力。（2）裙座的强度计算主要知识点：圆筒形裙座体壁厚的验算；基础环板设计。 四、学时分配表章序内容课时备注一物体的受力分析和静力平衡方程6二直杆的拉伸与压缩2三直梁的弯曲6四剪切2五圆轴的扭转4六组合变形与强度4七压杆稳定2八化工设备材料4九容器设计基础16十容器零部件设计6十一塔设备强度设计计算4合计56五、教材与教学参考书教材：化工机械基础主编：陈国桓 出版社: 化学工业出版社 出版时间：2011年参考书：1.化工设备设计基础主编：谭蔚 出版社：天津大学出版社 出版时间：2007年2.化工设备机械设计基础主编：潘永亮 出版社：科学出版社 出版时间：2011年3.化工设备机械基础主编：高安全 出版社：化学工业出版社 出版时间：2011年执笔： 王存景审定： 张 伟 徐绍红