制药设备设计基础

第1篇力学基础

第1章刚体受力分析及平衡规律 002

1.1力的概念及其性质 002

1.1.1力的概念 002

1.1.2力的基本性质 002

1.2刚体的受力分析 003

1.2.1约束与约束反力 003

1.2.2常见的约束类型 004

1.2.3物体的受力分析和受力图 005

1.3平面汇交力系的简化与平衡 006

1.3.1平面汇交力系的简化（解析法） 006

1.3.2平面汇交力系的平衡条件 007

1.4力矩、力偶、力的平移定理 007

1.4.1力矩 008

1.4.2力偶与力偶矩 008

1.4.3力的平移定理 009

1.5平面一般力系的简化与平衡 009

1.5.1平面一般力系的简化 009

1.5.2平面一般力系的平衡条件 009

1.5.3固定端约束的受力分析 010

习题 011

第2章制药设备常用金属的力学性能 013

2.1弹性变形与内力 013

2.1.1变形与内力的概念 013

2.1.2直杆受拉（压）时的内力 013

2.1.3受拉（压）直杆内的应力 015

2.1.4直杆受拉（压）时的变形 017

2.2材料的力学性能 018

2.2.1拉伸试验 018

2.2.2压缩试验 021

2.2.3冲击试验 022

2.2.4硬度试验 023

2.2.5弯曲试验 024

习题 024

第3章拉压、弯曲、扭转 026

3.1受拉（压）直杆的强度计算 026

3.1.1受拉（压）直杆的材料力学原理 026

3.1.2强度条件的建立与许用应力的确定 027

3.1.3剪切变形与剪力 030

3.2弯曲变形 034

3.2.1弯曲概念与梁的分类 034

3.2.2梁的内力分析 036

3.2.3纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件 038

3.2.4直梁弯曲时的切应力 043

3.2.5梁的刚度校核 044

3.3扭转 045

3.3.1扭转变形的概念 045

3.3.2扭转时所受外力分析与计算 045

3.3.3纯剪切、角应变、剪切胡克定律 046

3.3.4圆轴在外力偶作用下的变形与内力 047

3.3.5圆轴扭转时的强度条件与刚度条件 050

习题 051

第2篇材料基础

第4章制药设备材料及选择 056

4.1概述 056

4.2材料的性能 056

4.2.1力学性能 056

4.2.2物理性能 057

4.2.3化学性能 057

4.2.4加工工艺性能 058

4.3金属材料 058

4.3.1金属材料的分类及牌号 059

4.3.2碳钢与铸铁 059

4.3.3低合金钢及化工设备用特种钢 061

4.3.4有色金属材料 067

4.3.5非金属材料 069

4.3.6制药设备的腐蚀及防腐措施 071

4.3.7制药设备材料的选择 074

习题 074

第3篇容器基础

第5章容器设计基本知识 076

5.1容器的分类与结构 076

5.1.1容器的分类 076

5.1.2容器的结构 077

5.1.3压力容器类别 077

5.2容器零部件的标准化 079

5.2.1标准化的意义 079

5.2.2标准化的基本参数 080

5.3压力容器规范 081

5.3.1压力容器相关的法规和标准 081

5.3.2我国压力容器常用法规和标准 082

5.3.3容器设计基本要求 084

习题 085

第6章内压薄壁容器 086

6.1薄膜理论 086

6.1.1薄壁容器及其应力特点 086

6.1.2基本概念与基本假设 087

6.1.3平衡方程式 089

6.2薄膜理论的应用 091

6.2.1应用范围 091

6.2.2受气体内压的圆筒形壳体 091

6.2.3受气体内压的球形壳体 092

6.2.4受气体内压的椭圆形封头 092

6.2.5受气体内压的锥形壳体 094

6.3内压圆筒边缘应力 094

6.3.1边缘应力的概念 094

6.3.2边缘应力的特点 094

6.3.3对边缘应力的处理 095

6.4内压薄壁圆筒与封头的强度设计 095

6.4.1强度设计的基本知识 095

6.4.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 095

6.4.3内压圆筒封头的设计 099

6.5内压容器的强度校核 103

6.5.1压力试验 103

6.5.2强度校核 104

习题 105

第7章外压容器 106

7.1概述 106

7.1.1外压容器的失稳 106

7.1.2失稳形式的分类 106

7.2临界压力 107

7.2.1概念及影响因素 107

7.2.2外压圆筒分类 107

7.2.3临界压力的理论计算公式 108

7.2.4临界长度和计算长度 108

7.3外压圆筒设计 109

7.3.1设计准则 109

7.3.2外压圆筒壁厚设计 110

7.3.3外压容器的试压 113

7.4外压凸形封头设计 114

7.4.1半球形封头 114

7.4.2碟形和椭圆形封头 114

7.5外压圆筒加强圈的设计 114

7.5.1加强圈的结构与作用 114

7.5.2加强圈的间距 115

7.5.3加强圈的尺寸设计 115

7.5.4加强圈的设置 115

习题 117

第8章容器零部件 118

8.1法兰连接 118

8.1.1法兰连接结构与密封 118

8.1.2法兰结构与分类 119

8.1.3影响法兰密封的因素 120

8.1.4法兰标准及选用 122

8.2容器支座 126

8.2.1卧式容器支座 126

8.2.2立式容器支座 128

8.3容器的开孔补强 132

8.3.1应力集中 132

8.3.2开孔补强设计的原则、形式与结构 132

8.4容器附件 135

8.4.1接管 135

8.4.2凸缘 135

8.4.3手孔与人孔 135

8.4.4视镜 136

习题 137

第4篇设备基础

第9章管壳式换热器 139

9.1概述 139

9.1.1管壳式换热器的结构与分类 139

9.1.2管壳式换热器的型号 142

9.1.3管壳式换热器的设计 143

9.2管壳式换热器结构 148

9.2.1管子 148

9.2.2管板 150

9.2.3附属板件 152

9.2.4温差应力 153

9.2.5管箱与壳程接管 157

9.3管壳式换热器强度计算 157

习题 160

第10章塔类制药设备设计 161

10.1塔设备概述 161

10.2塔设备结构 161

10.2.1塔体与裙座 162

10.2.2板式塔结构 166

10.2.3填料塔结构 168

10.3塔类制药设备设计举例 173

10.3.1设计条件 174

10.3.2塔体强度计算 175

10.3.3各种载荷引起的应力 178

10.3.4筒体壁厚校核 179

10.3.5附件 180

习题 183

第11章带搅拌器的制药设备设计 184

11.1概述 184

11.1.1搅拌操作的目的 184

11.1.2搅拌操作分类 184

11.1.3机械搅拌设备工作原理 184

11.1.4搅拌设备的基本结构 185

11.2搅拌釜 186

11.2.1结构 186

11.2.2几何尺寸的确定 186

11.2.3换热元件 187

11.3搅拌器的形式与选型 188

11.3.1流型 189

11.3.2搅拌器的分类 189

11.3.3典型搅拌器的特征及应用 190

11.3.4搅拌器的选用 192

11.4搅拌器的功率 194

11.4.1搅拌器功率和搅拌作业功率 194

11.4.2搅拌器功率的影响因素及计算 194

11.4.3搅拌作业功率 196

11.5传动装置及搅拌轴 197

11.5.1传动装置 197

11.5.2搅拌轴设计 199

11.6轴封 201

11.6.1填料密封 201

11.6.2机械密封 202

11.6.3全封闭密封——磁力搅拌装置 203

习题 203

参考文献 204