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甲醛反应器的强度分析与结构安全性研究

作　者: 李海锋
导　师: 淡勇
学　校: 西北大学
专　业: 化学工程
关键词: 甲醛反应器 主要受压元件 应力分析 安全性研究 残余应力 有限元
分类号: TQ224.122
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要


甲醛是一种重要的化工原料,其产量和纯度直接影响了多种下游产品的制造。甲醛反应器是甲醛生产工艺中的关键设备,它的安全将直接影响到整个甲醛制造系统的运行和稳定。如何提高设备的运行安全可靠性,强度计算是首要的因素,本文从计算方法上进行了计算对比；结构上采用了将一体式罐体分割成反应段的特殊设计,并用环状连接板缓解变形,也就减少了管板受热应力的破坏,自然也延长了管板寿命。常规压力容器设计方法是建立在理想模型基础上的设计计算方法,其理论为建立在弹性变形基础上的第一强度理论。其只能计算出容器及其受压元件的强度计算值,而不能完全反映出容器及其受压元件的应力分布状况。本文通过对甲醛反应器的主要受压元件的结构应力分析计算,并利用ANSYS应力分析软件确定应力分布状况,分析研究甲醛反应器的安全性,提高设备的强度计算精确性和经济性,保证设备的安全可靠性。为实际工程设备结构设计和应力计算总结了经验和依据。利用ANSYS有限元程序,系统地对管子和管板焊接焊缝进行了三维热——弹塑性数值模拟,并分析了列管与管板焊接接头焊接后的残余应力情况,为得到焊接残余应力最小的最佳焊接工艺参数提供了依据。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-19
  1.1 甲醛生产工艺性及反应机理  7-12
    1.1.1 甲醒基本特性及主要工业用途  7-8
    1.1.2 甲醛合成工艺  8-12
  1.2 结构特点  12-14
    1.2.1 反应器种类  12
    1.2.2 甲醛反应器  12-14
  1.3 解决问题的方法  14-18
    1.3.1 应力分析  14-17
    1.3.2 强度安全性的评定方法  17-18
  1.4. 文章的主要任务  18-19
第二章 主要元件应力分析及强度计算  19-62
  2.1 回转壳体  19
    2.1.1 轴对称问题  19
    2.1.2 无力矩理论与有力矩理论  19
  2.2 回转壳的几何特性  19
  2.3 无力矩理论的基本方程  19-21
    2.3.1. 基本方程  19-21
  2.4 薄璧容器的薄膜应力  21-28
    2.4.1 受均匀气体内压作用的容器  21-22
    2.4.2 圆柱形容器  22
    2.4.3 圆锥形容器  22-23
    2.4.4 椭球形封头  23-25
    2.4.5 椭圆形封头  25-28
  2.5 上下椭圆封头强度校核  28-29
  2.6 筒体开孔处强度计算  29-41
    2.6.1 允许不另行补强的最大开孔直径  30
    2.6.2 最大开孔的限制  30-31
    2.6.3 补强元件的类型  31
    2.6.4 补强圈和焊接的基本要求  31
    2.6.5 开孔补强的设计准则  31-32
    2.6.6 等面积补强计算  32-34
    2.6.7 薄壁圆柱壳开小圆孔的应力集中  34
    2.6.8 筒体校核及接管开孔补强计算  34-41
  2.7 管板应力分析及强度计算  41-62
    2.7.1 管板强度分析理论依据  41-43
    2.7.2 管板当作弹性基础上的圆平板计算  43-49
    2.7.3 管板强度计算公式  49-62
第三章 结构设计  62-69
第四章 主要元件的应力分析及强度评价  69-77
  4.1 椭圆形形封头与圆筒体的应力分析与评价  69-77
    4.1.1 分析方法  69-70
    4.1.2 变形协调方程  70-71
    4.1.3 应力计算公式的推导  71-72
    4.1.4 计算结果  72-76
    4.1.5 计算结果分析  76-77
第五章 列管与管板的焊接残余应力分析  77-85
  5.1 绪论  77-78
    5.1.1 列管与管板连接的重要性  77
    5.1.2. 焊接温度场和应力预测方法  77-78
    5.1.3 有限元方法在焊接温度场和应力预测问题中的应用  78
  5.2 列管与管板焊接残余应力  78-85
    5.2.1 网格划分和单元类型  78-79
    5.2.2 热源模型选取  79
    5.2.3 热源的移动  79-80
    5.2.4 边界条件处理  80-81
    5.2.5 求解  81
    5.2.6 计算结果及分析  81-85
第六章 结论  85-86
参考文献  86-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族醛和酮（羰基化合物）及其衍生物 > 脂肪族醛 > 饱和一元醛 > 甲醛（福美林）
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