环境工程设备材料ppt课件.ppt

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1、环境工程设备与设计 1 1 主讲教师 食品学院 张仲欣 电 话 64222390 13525918503 E mail zhzhx 2 2 本课件使用说明 1 红颜色 标题 蓝颜色 需记笔记的内容 绿颜色 重点 黑颜色 解释性材料 棕颜色 重复前页的标题 2 页面切换声 咔嚓 页面上增加内容声 铛 或 嗒嗒 3 3 教材 普通高等教育 十一五 国家级规定教 材 环境工程设备 金兆丰主编 化学工业出版社 主要参考书 化工设备机械基础 董大勤主编 化学工业出版社 本课件使用说明 4 4 主要内容及学时安排 绪论 2学时 第一章 环境工程设备材料 8 学时 第二章 容器设计与制造 16 学时 第三章

2、 管道与阀门 6 学时 第四章 机械传动与减速器 10 学时 第五章 环境工程设备设计实例 6 学时 5 5 本课程的学习方法 一 开设本课程的目的与意义 1 了解环境工程设备的相关知识 能认识 设备 2 掌握环境工程设备的结构 原理 工作 过程 特点等 为设备的选型配套打基 础 3 掌握环境工程设备设计的基础知识与方 法 为设备的设计与改造打基础 6 6 二 本课程的学习方法 1 提倡记笔记 必须做作业 2 期末考试 平时占30 卷面占70 3 答疑时间 周三晚8点 10点 地点 2 231 最西头 7 7 绪论 主要内容 1 环境工程设备的定义和分类 2 机械类与容器类环保设备 3 标准化

3、知识简介 4 环境工程设备的选用与设计原则 8 8 一 环境工程设备的定义与分类 1 定义 以控制环境污染为目的的设备 称为环境保 护设备或环保设备 v环境保护设备是水污染治理设备 空气污染治理 设备 固体废弃物处理设备 噪声与振动控制设 备 放射性与电磁波污染防护设备的总称 9 9 2 分类 按类别 亚类别 组别和型别四个层次进行分类 1 按类别 即按控制的污染物对象分类 水污染治理设备 空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备 放射性与电磁波污染防护设备 1010 2 分类 2 按亚类别 即按环保设备的原理和用途分类 物理法 化学法 物理化学法 3 按组别 即按功能原理

4、分类 如用于分离的原理有 沉淀 澄清 上浮 气浮 离心 磁分离 1111 2 分类 4 按型别分类 即按结构特性和工作方式 如气浮分离器的典型结构有 溶气气浮 真空气浮 分散空气气浮 电解气浮 泡沫分离器 1212 二 机械类与容器类环保设备 单体设备可分为机械类与容器类两种类型 机械类设备可分为通用设备与专用设备 容器类设备可分为常压容器 中低压容器 高压 容器等 常压 只承受容器内介质的静压 低压 介质工作压力 1 6MPa 中压 介质工作压力为1 6 10MPa 高压 介质工作压力为10 100MPa 容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设 备 主要是指设备的外壳 1313 三 标准

5、化知识简介 1 标准化的发展历史 由统一性决定 2 标准化的主要作用 便于设计 生产 使用 3 标准化和标准的定义 大家都遵守的规则 4 标准的分类 国家 部门 行业 企业 5 标准的代号和编号 由名称 代号 编号 年份 组成 如 钢制压力容器 GB150 1998 6 ISO9000和ISO14000 ISO为国际标准 9000为 质量标准 1400为环保标准 1414 四 环境工程设备的选用与设计原则 1 成套设备与单体设备 成套设备满足工艺要 求 单体设备尽量选通用设备 2 通用设备的选用原则 适用 先进 安全 经济 3 专用设备的设计原则 满足工艺要求 结构 简单 成本低 1515 环

6、境工程设备与设计 第1章 环环境工程设备设备 材料 主要内容 1 材料的基本性能 2 碳钢钢与铸铁铸铁 3 合金钢钢 4 有色金属及其合金 5 非金属材料与复合材料 6 材料的腐蚀蚀与防腐 7 环环境工程设备设备 材料选择选择 环境工程设备与设计 第一节节 材料的基本性能 主要包括 力学性能 物理性能 化学性能和 加工性能 一 力学性能 力学性能是指材料在外力作用下抵抗变变形或 破坏的能力 如强度 硬度 弹弹性 塑性 韧韧性等 这这些性能是化工设备设计设备设计 中材料选选 择择及计计算时时决定许许用应应力的依据 环境工程设备与设计 一 力学性能 1 强度 是指材料抗变形或断裂的能力 1 材料拉

7、伸时的应力应变曲线 应力 单位面积所受的力 应变 单位长度所产生的变形 应力的单位为MPa 即106N m2 环境工程设备与设计 1 强度 材料拉伸时的应力应变曲线 材料拉伸试验 试棒制备 材料拉伸过程演示 l0 10d0 l0 5d0 一般d0 10mm 环境工程设备与设计 1 强度 材料拉伸时的应力应变曲线 画出 环境工程设备与设计 1 强度 p 比例极限 e 弹性极限 s 屈服极限 屈服点 b 强度极限 E tan 材料的弹性模量 在比例极限内 E 环境工程设备与设计 1 强度 长长期静载对载对 强度的影响 蠕变变极限 n 交变载变载 荷对对强度的影响 疲劳劳极限 1 交变载变载 荷大小

8、用应应力循环环系数或应应力比衡量 r min max 疲劳劳极限 1以106 107次交变这变这 材料不被破坏的应应力 许用应力 不同的设计对应不同的强度极限 安全系数是对设备安全性的保护 一般n 2 5 环境工程设备与设计 2 硬度 硬度是指固体材料对对外界物体机械作用 如压压陷 刻划 的局部抵抗能力 是弹弹性 强度与塑性的综综合性能指标标 常用硬度表示方法 1 布氏硬度 HB 用于软质软质 材料 如低碳钢 HB200 300 布氏硬度与抗拉强度的对应对应 关系 低碳钢钢 b 0 36 HB 高碳钢钢 b 0 34 HB 灰铸铁铸铁 b 0 1 HB 2 洛氏硬度 HRC HRB 用于硬质质

9、材料 如高碳钢或合金钢 HRC40 60 环境工程设备与设计 3 塑性 延伸率 断面收缩率 化工设备材料一般要求 5 10 20 其中 p为断裂时的应变 L1和s1为断裂时的长度 和断面面积 环境工程设备与设计 4 冲击韧性 冲击韧性 k 使其破坏所消耗的功或吸收 的能除以试件的截面面积 即 低温容器所用钢板的 k值 不得低于0 3MJ m2 环境工程设备与设计 二 物理性能 密度 熔点 比热热容 热导热导 率 线线膨胀胀系数 导电导电 性 磁性 弹弹性模量与泊松比等 三 化学性能 1 耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力 2 抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力 环境工程设备与设计 四 加工工

10、艺性能 1 可铸性 收缩与偏析 2 可锻性 3 焊接性 4 可切削加工性 环境工程设备与设计 第一节 材料的基本性能 作业 1 一个总重为700N的电机 用一个 M8吊环螺钉起吊 螺纹根部直径为 6 4mm 其截面上的应力有多大 2 一钢管 中径为D 厚度为 要 受F的拉力 已知断面上的许用应力 为 m F允许多大 圆环面积近似 用中径周长乘以厚度 环境工程设备与设计 第一节 材料的基本性能 作业答案 1 22MPa 2 F D m 环境工程设备与设计 第二节节 碳钢钢与铸铁铸铁 碳钢钢即 铁铁碳合金 是由95 以上的铁铁和0 05 4 的碳及1 左右的杂质杂质 元素所组组成的 合金 一般含碳

11、量0 02 2 的称为钢为钢 大于2 称为铸铁为铸铁 含碳量小于0 02 的称为纯铁为纯铁 工业纯铁业纯铁 含碳量大于4 3 的铸铁铸铁 极脆 后二者的工程应应用价值值都很小 环境工程设备与设计 一 铁铁碳合金的组织结组织结 构 1 金属的组织组织 与结结构 组织 在金相显微 镜下看到的金属的 晶粒 简称组织 环境工程设备与设计 结结构 电电子显显微镜观镜观 察到金属原子各种规则规则 排列 称为为金属的晶体结结构 简简称结结构 不同温度下纯铁纯铁 体心立方与面心立方晶格 体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好 而后者 的强度高于前者 1 金属的组织与结构 环境工程设备与设计 铸铁铸铁 中的碳一般以

12、石墨的形式存在 有不同的组织组织 形貌 石墨在铸铁铸铁 中的三种存在形式如下 球墨铸铁强度最高 细片状石墨次之 粗片状石 墨最差 1 金属的组织与结构 环境工程设备与设计 2 纯铁纯铁 的同素异构转变转变 体心立方晶格的纯铁纯铁 称 Fe 面心立方晶格的铁铁称为为 Fe Fe加热热可变为变为 Fe 反之高温下的 Fe冷却可变为变为 Fe 在固态态下晶体构造随温度发发生变变化的现现象 称 同素异构转变转变 纯铁纯铁 的同素异构转变转变 是在910 恒温下完成的 在固态态下重新排列 结结晶过过程 是钢进钢进 行热处热处 理的依据 环境工程设备与设计 3 碳钢的基本组织 碳在铁中的存在形式有固溶体

13、化合物和 混合物三种 固溶体 两种或两种以上的元素在固态 下互相溶解 而仍然保持溶剂晶格原来形 式的物体 这三种不同的存在形式 形成了不同的碳 钢组织 环境工程设备与设计 1 铁铁素体 碳溶解在 Fe中形成固溶体称铁铁素体 Fe原子间间隙小 溶碳能力低 室温下0 006 强度 和硬度低 但塑性和韧韧性很好 低碳钢钢是含铁铁素体的钢钢 具有软软而韧韧的性能 2 奥氏体 碳溶解在 Fe铁铁中形成固溶体称奥氏体 Fe原子间间隙较较大 碳的溶解度比 Fe中大得多 如在 723 时时可溶解0 8 在1147 时时可达最大值值2 06 奥氏体组织组织 是在 Fe发发生同素异构转变时产转变时产 生的 由于

14、奥氏体有较较大的溶解度 故塑性 韧韧性较较好 且无磁性 3 碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 3 渗碳体 碳和铁形成一种化合物 Fe3C 称渗碳体 熔点约1600 硬度高 铁碳合金含碳量小于2 时 其组织是在铁素 体中散布着渗碳体 是碳素钢 含碳量大于2 时 部分碳以石墨形式存在 称铸铁 抗拉强度和塑性都比碳钢低 但铸 铁具有一定消震能力 3 碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 4 珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物 力学性能介于铁素体和渗碳体之间 即其强度 硬度比铁素体显著提 高 塑性 韧性比铁素体差 但比 渗碳体要好得多 3 碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 5 莱氏体 珠光体和初次渗

15、碳体的共晶混合物 具有较较高的硬度 是一种较较粗而硬的金相组组 织织 存在于白口铸铁铸铁 高碳钢钢中 6 马马氏体 钢钢和铁铁从高温急冷下来的组织组织 是碳在 Fe中过饱过饱 和的固溶体 具有很高的硬度 但很脆 延伸性低 几乎 不能承受冲击载击载 荷 3 碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 环境工程设备与设计 从铁铁碳合金状态图态图 中可以看出 温度和 含碳量对钢铁组织对钢铁组织 影响的规规律是 温度由高到低 液体 奥氏体 珠光体 含碳量由低到高 铁铁素体 渗碳体 莱氏 体 即 不同含碳量的铁铁在不同的温度下有不 同的组织结组织结 构 3 碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 三 钢钢的热处热处

16、 理 钢钢 铁铁固态态下加热热 保温和不同的冷却方式 改 变变金相组织组织 以满满足所要求的物理 化学与力学性 能 称为热处为热处 理 常用的热处热处 理方法有 环境工程设备与设计 1 退火和正火 退火 缓缓慢加热热到临临界点以上的某一温度 保温一段时间时间 随炉缓缓慢冷却 目的 细细化晶粒 提高力学性能 降低硬度 提高塑性 便 于冷加工 消除部分内应应力 防止工件变变形 正火是置于空气中冷却 晶粒变细变细 韧韧性可显显著提高 铸铸 锻锻件切削加工前一般进进行退火或正火 2 淬火和回火 淬火 加热热至淬火温度 临临界点以上30 50 并保温一 段时间时间 然后投入到淬火剂剂中冷却 目的 淬火后得到的组织组织 是马马氏体 增加硬度 强度和耐磨 性 淬火剂剂有空气 油 水 盐盐水 冷却能力递递增 碳钢钢在水和盐盐水中淬火 合金钢钢在油中淬火 三 钢的热处理 环境工程设备与设计 回火 是淬火后进进行的一种较较低温度的加热热与冷却热处热处 理工 艺艺 目的 降低或消除零件淬火后的内应应力 提高韧韧性 在150 250 范围围内的回火称 低温回火 回火马马氏体 有较较高的硬度和耐磨性 内应应力和