《过程设备设计1》课程教学大纲.docx

过程设备设计1教学大纲一、课程基本信息课程名称过程设备设计（2T）Process Equipment Design(2-1)课程编码CNE121112100开课院部新能源学院课程团队静设备组学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时48适用专业过程装备与控制工程授课语言中文先修课程工程材料、材料力学、机械设计基础、金属焊接课程简介（必修）本课程是过程装备与控制工程专业的主干专业课程，主要讲述过程设备壳体-压力容器的设计理论和设计方法。本课程的主要内容包 括：压力容器应用及工作特点、分类方法，压力容器设计准则和标准规范，压力容器的安全监察；压力容器用材料；中低压容器规则设 计：回转壳体应力分析理论-无力矩理论和有力矩理论，边缘问题，薄平板理论，内压薄壁容器的工程设计，法兰连接结构；外压容器设 计；压力容器总体结构设计：局部应力，开孔补强，焊接结构设计；高压容器设计：厚壁圆筒弹-塑性应力分析，高压容器的工程设计， 高压容器密封结构；压力容器分析设计理论和方法，塑性失效设计准则，安定性失效设计准则。通过本课程的学习，学生能够运用压力容 器及零部件设计理论和方法正确对压力容器进行应力分析和强度设计，初步具备压力容器的工程设计能力，且具有工程伦理意识、精益求 精的大国工匠精神、科技报国的家国情怀和使命担当。Process equipment design is one of the major courses for Process Equipment & Control Engineering. This course focuses on the design theory and methods of pressure vessel. The main contents of this course includes application, service characteristics, classification methods of pressure vessels, design criteria, standards and specifications, safety supervision for pressure vessel; Pressure vessel materials; Design by rules for middle and low-pressure vessel: membrane shell theory, shell theory with moments for thin shell of revolution, edge problem, thin plate theory, engineering design for thin-walled vessel under internal pressure; External pressure vessel design; Gross structure design of pressure vessel: local stress, opening reinforcement, welding structure design; High pressure vessel design: elastic-plastic stress analysis on thick-walled cylinder, engineering design for high pressure vessels, sealing structures for high pressure vessel; Theory and method of design by stress analysis for pressure vessel, design criteria for plastic failure, design criteria for stability failure. Through the study of this course, students can master the design theory and method of pressure vessels and parts, can correctly carry out stress analysis and strength design ofpressure vessels, and preliminarily have the engineering design ability of pressure vessels. Moreover, students have the sense of engineering ethics, the spirit of craftsman of a big country, the feeling of serving the country with science and technology and the sense of mission.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：要求学生具备综合应用所学的中低压容器、高压容器以及外压容器的筒体、封头及主要承压 零部件设计计算的基本理论和方法，解决过程设备复杂结构的工程计算和设计问题的能力；是1.42M2目标2 ：要求学生能够运用无力矩理论、有力矩理论、圆平板理论、厚壁筒理论及外压失稳相关力学 知识，具备过程设备结构复杂工程问题的计算分析能力；是2.33M3目标3 ：要求学生了解国内外过程设备领域的相关法律、法规，理解过程工业特征，依据相关过程设 备设计标准和安全技术规范要求，具备进行过程设备的初步工程设计能力；是3. 1, 6.24M4目标4 ：要求学生能够阅读、编制过程设备相关工程设计计算文件，具备针对相关过程设备设计、制 造、检修、安装、维护管理等坏书提出科学技术要求的能力；是3. 1, 3.3三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第1章第1章概述教学重点：压力容器的工作特点及分类，压力容器设计准则及 主要标准规范，压力容器的安全监察体系。教学难点：无/21. 11. 1绪言压力容器定义，载荷种类，应用范围，分类方法；压力容器事 故的危害性；压力容器设计的基本要求。Ml, M31讲授1自学资料31.21.2压力容器的质 保体系设计准入制度，材料质量要求，制造过程中的检验，压力容器 在役检验和监控。Ml, M30.5讲授0.5自学资料41.31.3压力容器设计准则压力容器的失效形式：强度失效、刚度失效、泄漏失效、韧性 断裂、脆性断裂；压力容器的设计准则：弹性失效设计准则、Ml, M30.5讲授0.5自学资料塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、安定性失效设计准 则。51.41.4压力容器设计 主要规范国内外压力容器的规则设计标准、分析设计标准。Ml, M31讲授1自学资料61.51.5中国压力容器 安全技术监察体系特种设备的定义及分类，安全监察手段及环节。Ml, M31讲授1自学资料7第2章第2章压力容器 用材料教学重点：压力容器常用钢材及标准；压力容器材料性能及其 影响因素，压力容器选材原则。教学难点：压力容器选材原 则。/82. 12.1压力容器材料压力容器常用钢材及标准，有色金属和非金属材料Ml, M31讲授1自学资料92.22.2压力容器钢材 性能要求机械性能，耐腐蚀性能，焊接性能，热处理Ml, M31讲授1自学资料102.32.3压力容器用钢 性能的影响因素温度和环境介质对压力容器材料性能的影响，加载速率的影响Ml, M31讲授1自学资料112.42.4压力容器材料 选择压力容器选材的基本原则Ml, M31讲授1自学资料12第3章第3章内压薄壁 容器的规则设计教学重点：旋转薄壳的无力矩理论及应用，边缘问题的求解及 边缘应力的计算，平板应力分析，薄壁容器的工程设计，法兰 密封设计。教学难点：无力矩理论基本方程的推导过程，典型 回转壳体的薄膜应力求解，圆柱壳有力矩理论，圆板方程推 导，强度理论及设计准则、强度公式推导。/133. 13.1回转壳体的应 力分析回转壳体基本概念，无力矩理论的基本方程，典型回转壳体的 薄膜应力；回转薄壳的薄膜变形；无力矩理论的应用条件；圆 柱壳轴对称问题的有力矩理论；回转薄壳的边缘问题。Ml, M26讲授6自学、作 业143.23.2圆板的应力分 析基本概念，基本假设，圆板轴对称弯曲基本方程，圆板与环板 的计算，带有平盖圆筒的边缘分析。Ml, M24讲授4自学、作 业153.33.3内压薄壁容器圆筒和球壳的设计，设计参数的规定，压力试验，封头的设计Ml, M26讲授6自学、作的设计计算业163.43.4法兰法兰的应用，法兰标准，法兰的结构类型，法兰密封原理，垫 片类型，螺栓及其选用，法兰设计Ml, M26讲授、讨 论6自学、作 业17第4章第4章压力容器 总体设计教学重点：局部应力，应力集中，开孔及接管的应力集中，容 器的开孔补强设计，压力容器的焊接结构设计。教学难点：局 部应力的计算，容器的结构设计问题分析。/184. 14. 1总体设计问题 概述总体结构分析及局部应力问题，容器设计中的结构设计问题M40.5讲授0. 5自学资料194.24. 2开孔及补强设 计应力集中，应力集中系数，开孔补强的原则、结构类型，等面 积补强，极限设计补强M40.5讲授0. 5自学资料204.34.3局部应力计算局部应力产生原因、常见结构局部应力的计算M41讲授1自学资料214.44. 4焊接结构设计压力容器焊接结构设计，焊缝分类，焊缝结构安全性分析M41讲授1自学资料22第5章第5章外压容器 设计教学重点：失稳概念，临界压力公式，外压圆筒和封头工程设 计方法。教学重点：受均布侧向外压的长圆筒及短筒的临界压 力的计算，外压封头法兰的理论基本方程推导。/235. 15.1概述失稳失效的概念，临界压力，设计外压力。Ml, M21讲授1自学资料245.25.2外压薄壁圆筒 的稳定性计算外压圆筒的分类，长圆筒的临界压力，短圆筒的临界压力，轴 向受压圆筒的临界压力，非弹性失稳。Ml, M21讲授1自学资料255.35.3外压圆筒的设 计计算公式法，图算法的根据，图算法的基本步骤，计算长度，加强 圈的设计计算Ml, M21讲授1自学、作 业265.45. 4外压封头和法 兰设计外压半球形封头计算，椭圆形封头计算，碟形封头计算，外压 法兰计算Ml, M21讲授1自学、作 业27第6章第6章高压容器 设计教学重点：高压容器的筒体结构，厚壁圆筒弹、塑性应力分 析，高压容器设计方法，高压密封结构。教学难点：高压容器 材料性能要求，温差应力特点及应力组合，自增强处理的原 理，双锥环密封的螺栓载荷计算。/286. 16.1概述局压容器的应用，局压容器的结构特点，图压容器的材料Ml, M21讲授1自学资料296.26.2图压容器筒体 的结构与强度设计厚壁筒体的弹性应力分析，厚壁筒体的弹塑性应力分析，厚壁 筒体的温差应力分析，厚壁筒体的自增强处理，高压筒体的失 效与强度计算Ml, M23讲授3自学资料306.36.3身压容器的密 封结构平垫密封、卡扎里密封、双锥密封、伍德密封的原理和特点； 了解C型密封、空心金属。型环密封、高压管道密封及其他形 式的自紧密封的原理和特点。Ml, M21讲授1自学、作 业316.46.4局压容器的主 要零部件设计高压螺栓设计，局压平盖的设计计算，高压筒体端部的设计； 局压容器的开孔补强Ml, M21讲授1自学、作 业32第7章第7章压力容器 分析设计教学重点：压力容器的应力分类，应力强度计算，安定性准 贝IJ,分析设计的基本步骤。教学难点：应力分类的根据，塑性 极限载荷。/337. 17.1压力容器分析 设计规则设计的局限性，分析设计的总体思想，压力容器的载荷和 应力，分析设计的基本概念M20.5讲授0.5自学资料347.27.2应力分类应力分类的原则，一次应力、二次应力、峰值应力M20.5讲授0. 5自学资料357.37.3各类应力强度 限制条件组合应力强度，设计应力强度，应力强度限制，塑性设计准 贝IJ,安定性准则，疲劳设计准则。M22讲授2自学资料367.47. 4分析设计程序分析设计的一般程序，应力强度的校核程序及限制值，载荷组 合系数。M22讲授、讨 论2自学资料四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。2 .考核学生对中低压容器、高压容器以及外压容器的筒体、封头及主要承压零部件设计计算的基本理论和方法的掌握能 力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力题型主要有分析和计算题。25%2综述报告1 .本课程要求学生综合运用所学基本知识对典型失效案例开展分析和总结。2 .根据报告内容是否符合规定，结构完整性，层次是否清晰，论述表达是否清楚，分析和总结是否深入和全面评分。20%3期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。3.主要考核学生对中低压容器、高压容器以及外压容器的筒体、封头及主要承压零部件设计计算的基本理论和方法的掌 握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有判断题、填空题、选择题、简答题、计算题 等。50%4课堂表 现、考勤随机点名、刷卡点名、上课精神状态、回答问题等情况5%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业35%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。c-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，解题思路混乱。2Ml期末考试65%（见试卷评分标准）3M2平时作业35%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，解题思路混乱。4M2期末考试65%（见试卷评分标准）5M3平时作业35%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。c-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，解题思路混乱。6M3期末考试65%（见试卷评分标准）7M4平时作业40%A-独立思考、按时完成，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，解题 思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，解题思路比较清晰、步骤 比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，解题思路混乱。8M4综述报告60%A-按要求准时提交报告，并完成报告规定的内容，结构完整，层次清晰，论述清楚，分析和总结深入和全 面。B-按时提交报告，并完成报告规定的内容，结构完整，论述基本清楚，分析和总结比较深入和全面。 C-拖延提交报告，基本按要求完成报告规定的内容，有一定程度的分析和总结。D-没有在规定时间内提交报告，有明显抄袭痕迹。评分等级说明：A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59;六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1化工容器设计，王志文，化学工业出版社，2011.01, TSBN:9787502571689. （*主教材）2图书1石油化工压力容器设计，仇性启，石油工业出版社，2011.06, ISBN:9787502184780.3图书1过程设备设计，郑津洋，化学工业出版社，2015. 11, ISBN:9787122249326.4M00CI过程设备设计，胡兆吉，魏新利，谭蔚，高增梁，惠虎，刘康林，南昌大学等/中国大学MOOC.5MOOCI过程设备设计，钱才富，北京化工大学/中国大学MOOC.