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本书根据国家和相关部委颁布的*标准，针对医药类学生的课程学习特点，按照药学类学生对制药设备专业知识学习时所需要掌握的基础知识的要求，查阅多种文献、参考书，结合诸位编者多年的教学一线实践经验，经统一整理后编写而成。全书包括力学基础、材料学基础、容器基础、设备基础四部分内容，详细划分为刚体受力分析及平衡规律、制药设备常用金属的力学性能、拉压弯曲扭转、制药设备材料及选择、容器设计基本知识、内压薄壁容器、外压容器、容器零部件、管壳式换热器、塔类制药设备设计、带搅拌器的制药设备设计十一章。每章均安排了适量的例题，通过实例阐明各类制药设备设计的具体步骤和方法，各章附有习题，供读者进一步复习和巩固相关知识使用。本书可供各高等院校本科或专科医药类各专业，如制药工程、生物工程、中药制药、药物制剂、生物制药、应用化学等专业及成人教育医药类专业作为教材使用，也是制药企业与科研院所工程技术人员的实用参考书。

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

韩静，沈阳药科大学，教授。先后承担生物制药设备、中药制药工程原理与设备、干燥技术及其应用、机械制图、制药工程制图与化工制图等课程的教学工作。被评为辽宁省普通高校教学名师。近年来，围绕天然抗氧化剂等研究项目获得国家知识产权局授权专利8项，已实现企业转让3项。

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前言

制药设备是医药生产中的重要组成部分，制药设备设计的基本流程和模式，也是医药类学生必须学习和掌握的内容，特别是对于药学中偏工科的专业尤其重要。中药制药专业要求学生具备常用中药制剂生产制备的职业能力以及分析、解决生产中出现问题的能力，学生必须掌握中药制药设备，涉及操作、拆卸、保养等环节，了解中药设备的基本理论和结构，才能更好地正确处理常用设备故障，维护保养设备以保障正常生产的进行。制药工程是一个化学、生物学、药学（中药学）和工程学交叉的工科类专业，以培养从事药品研发制造，新工艺、新设备、新品种的开发、放大和设计人才为目标，对于设备的了解和掌握也是至关重要的。鉴于此，本书将制药设备需要的很多基础、支撑和辅佐知识加以汇总，构建了本书的理论框架。以力学基础、制药设备常用材料、制药容器设计、典型制药设备等为主要内容，使学生掌握制药设备的设计、使用、管理和维护的基本知识和基本技能，逐步培养和深化学生的工程意识，提高其分析问题和解决实际问题的能力，对全面提高学生的职业素养和职业能力具有非常重要的作用。《制药设备设计基础》由浙江大学、上海工程技术大学、沈阳药科大学、辽宁中医药大学、佳木斯大学等高校具有多年教学、研究、设计经验的一线教师和工程技术专家编写而成。按照医药类专业36～48计划学时的教学大纲要求，内容分为四大部分。第1篇力学基础，包括刚体受力分析及平衡规律、金属的力学性能、受力分析等。第2篇材料基础，包括设备材料的性能、制药设备设计常用材料的分类及选择等。第3篇容器基础，包括容器的分类与结构、压力容器规范、内压薄壁容器薄膜理论及应用、内外压容器设计、容器零部件等。第4篇设备基础，包括管壳式换热器、塔设备等。本书收录的大量例题，是各位编写人员根据多年的教学经验总结而来的。书中还在每一章后安排了适量的习题，以供学生在学习了每章内容之后，巩固和复习之用。教材内容比较全面，专业特色突出，既可以作为高校学生的学习教材，也可作为行业工程技术人员的参考书。本书第1章由刘扬编写，第2、11章由刘宝庆编写，第3章由滕杨编写，第4章由雷雪霏编写，第5、8章由吴淑晶编写，第6、7章由韩静编写，第9、10章由赵宇明编写。鉴于编者水平有限，不妥之处在所难免，恳请广大师生与读者热心指正。编者2017年8月