化工设备机械基础（刘明海）（第五版）

本书主要介绍了化工容器设计的基础知识，典型化工设备设计方法和工作原理，常用化工设备、机器的结构及用途。主要内容包括化工设备常用材料及选择，化工容器，内压薄壁容器的设计，外压容器设计，压力容器零部件，搅拌式反应器及其机械设计，塔设备设计，换热设备设计及常用化工设备。
全书采用国家法定计量单位和最新颁布的有关国家标准，内容丰富、概念清晰，从实用出发，深入浅出。本书适用于高等职业院校化工类及相关专业的学生选用，也可供有关部门的技术人员参考。

第五版前言
本书自2008年1月出版以来，得到了广大读者的厚爱。为了更好地适应化工产业的发展，更好地服务于广大读者，更加符合高等职业教育改革和三全育人的人才培养要求，我们与河南开元空分集团有限公司合作，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，同时融入课程思政内容，对本书进行了修订再版。
第五版教材在修订中保持了本书的原有特色，更新了国家最新安全监察与设计审核使用标准，使本书的结构体系更为完整，更加贴合工程实际。本书融入了党的二十大报告中的“增强文化自信，敬业奉献、服务人民，增强实现中华民族伟大复兴的精神力量”等相关内容，立足高等职业院校化工类的教学特点，兼顾工科一般院校的教学要求，按照校企合作开发课程建设目标，本着“实用够用、有所拓宽、适当提高”的原则而编写。本书各章配有适量的例题和内容丰富的习题，同时本书在每章增加了“大国工匠”栏目，介绍优秀一线工人大师的成就和优秀工作事迹，为培养具有坚实理论知识、精湛技能，具有社会主义核心价值观的人才提供支撑。本书适用于高等职业院校化工类及相关专业学生选用，也可供相关技术人员参考。
第五版教材由开封大学刘明海、高安全任主编，由河南开元空分集团有限公司王炜、泰安技师学院张振福、内蒙古化工职业学院韩春杰任副主编。第一章至第三章由周永恒、张振福编写，第四章、第五章由刘明海、王炜编写，第六章由韩春杰编写，第七章、第八章由高安全、崔金海编写，第九章由王迪编写，全书由刘明海统稿。
河南开元空分集团有限公司王炜对全书所用的设计标准规范进行了整理修订。河南质量工程职业学院符明淳参与了本书的资料整理。全书由郑州大学曹海亮教授主审，并对本书的编写提出了许多宝贵意见和建议。
由于编者水平有限，虽尽努力，难免有不妥之处，恳请广大读者指正。

编者
2026年3月

第一章 化工设备常用材料及选择001
第一节材料的性能003
一、力学性能003
二、材料的化学性能007
三、材料的物理性能007
四、材料的加工工艺性能008
第二节化工设备常用材料的特性008
一、钢铁牌号及表示方法009
二、铁碳合金的组织结构010
三、碳素钢012
四、铸铁014
五、镇静钢、半镇静钢和沸腾钢014
六、钢的热处理015
第三节低合金钢及化工设备用特种钢016
一、合金元素对钢的影响017
二、普通低合金钢018
三、容器钢018
四、锅炉钢018
五、不锈耐酸钢019
六、高温用钢020
七、低温用钢020
八、钢材的品种和规格021
第四节有色金属材料022
一、铝及其合金022
二、铜及其合金023
三、铅及其合金023
四、钛及其合金024
五、镍及其合金024
第五节非金属材料024
一、无机非金属材料024
二、有机非金属材料025
第六节金属材料的腐蚀与防腐措施026
一、金属的腐蚀026
二、金属腐蚀的评定方法029
三、金属腐蚀破坏的形式029
四、金属设备的防腐措施030
第七节化工设备材料的选择031
习题033

第二章化工容器035
第一节容器的结构与分类037
一、容器的结构037
二、容器的分类037
第二节容器零部件的标准化040
第三节压力容器的安全技术监察042
第四节容器机械设计的基本要求042
习题044

第三章内压薄壁容器的设计045
第一节内压薄壁容器中的应力分析048
一、薄壁容器应力特点048
二、内压薄壁圆筒的应力计算公式048
第二节内压圆筒边缘应力及其处理050
一、边缘应力的概念050
二、边缘应力的特点051
三、边缘应力的处理052
第三节内压薄壁圆筒与封头的强度设计052
一、强度计算公式053
二、设计参数的确定054
三、容器最小壁厚064
四、容器的耐压试验及其强度校核064
五、例题066
第四节内压圆筒封头的设计067
一、半球形封头067
二、椭圆形封头067
三、碟形封头068
四、球冠形封头069
五、锥形封头070
六、平板封头076
习题080

第四章外压容器设计083
第一节概述085
一、外压容器的失稳085
二、容器失稳形式与影响因素086
第二节临界压力及其计算086
一、长圆筒087
二、短圆筒087
三、刚性圆筒088
四、临界长度088
第三节外压圆筒的设计计算089
一、图算法089
二、设计参数094
第四节加强圈096
一、加强圈的作用与结构096
二、加强圈间距096
三、加强圈尺寸097
第五节外压封头设计098
一、外压凸形封头098
二、外压圆锥形封头099
习题101

第五章压力容器零部件102
第一节容器法兰与管法兰104
一、法兰连接结构与密封原理104
二、法兰的结构与分类106
三、影响法兰密封的因素109
四、法兰标准及选用111
第二节容器支座121
一、立式容器支座122
二、卧式容器支座124
第三节容器的开孔补强129
一、开孔应力集中现象及其原因129
二、开孔补强设计的原则与补强结构130
第四节容器附件134
一、接口管134
二、凸缘134
三、手孔与人孔135
四、视镜135
第五节容器设计举例136
一、罐体壁厚设计136
二、封头厚度设计136
三、鞍座137
四、人孔138
五、人孔补强139
六、接管139
七、设备总装配图140
习题142

第六章 搅拌式反应器及其机械设计 144
第一节概述146
第二节反应器壳体结构设计148
一、壳体设计148
二、附件的结构149
第三节搅拌器152
一、搅拌器的类型153
二、搅拌器的选型153
第四节传动装置及搅拌轴154
一、电动机154
二、搅拌轴155
第五节轴封158
一、填料密封159
二、机械密封159
习题160

第七章塔设备设计161
第一节概述163
第二节板式塔164
一、塔盘结构164
二、塔盘的结构及支承167
第三节填料塔169
一、总体结构169
二、填料169
三、填料支承结构171
四、喷淋装置171
五、液体再分布装置173
第四节塔体与裙座的强度计算174
一、塔体载荷分析175
二、塔体稳定校核和强度校核179
三、裙座及其强度校核181
习题182

第八章换热设备设计186
第一节概述188
一、管壳式换热器的结构及主要零部件189
二、管壳式换热器的结构类型189
第二节管板式换热器换热管的选用及其与管板的连接191
一、换热管的选用191
二、管子与管板的连接193
第三节管板与管板连接结构195
一、管板195
二、管板材料195
三、管板结构195
四、换热管在管板上的排列形式195
五、管间距197
六、管箱与管束的分程197
七、管程接管与挡板和导流筒199
八、折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用与结构200
九、管板与壳体的连接结构202
第四节管壳式换热器的温差应力203
一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力203
二、管子拉脱力的计算204
三、温差应力的补偿206
第五节管壳式换热器的设计与选型208
一、固定管板式换热器的工艺计算208
二、固定管板式换热器的标准化208
第六节管壳式换热器的机械设计举例210
一、已知条件210
二、计算210
习题216

第九章常用化工设备 218
第一节液体输送设备（化工用泵）220
一、液体输送设备概述220
二、离心泵221
三、其他类型化工用泵231
第二节干燥设备239
一、干燥过程的基础239
二、干燥设备分类及选型243
三、主要干燥设备244
第三节离心分离设备267
一、旋风分离器268
二、离心机276
习题285

参考文献287