2025年化工機械期末考試題庫及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于離心泵工作原理的描述中，錯誤的是（）A.葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力將液體甩出B.吸液過程依賴葉輪中心形成的低壓區(qū)C.揚程大小與葉輪直徑、轉(zhuǎn)速及流體密度無關(guān)D.流量調(diào)節(jié)可通過改變出口閥開度實現(xiàn)答案：C（揚程與葉輪直徑、轉(zhuǎn)速相關(guān)，與流體密度無關(guān)，但選項C表述錯誤，因揚程與密度無關(guān)是正確的，需重新核對。正確錯誤點應為：揚程與葉輪直徑、轉(zhuǎn)速有關(guān)，故C錯誤。）2.某列管式換熱器中，管程走高溫流體，殼程走低溫流體，若兩流體均為單程逆流，則對數(shù)平均溫差（Δtm）的計算應采用（）A.(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)B.(Δt1+Δt2)/2C.(Δt1×Δt2)^0.5D.(Δt1^2+Δt2^2)/(Δt1+Δt2)答案：A（逆流時對數(shù)平均溫差公式為(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)。）3.攪拌設備中，適用于高粘度流體（＞10^4mPa·s）的攪拌器類型是（）A.推進式攪拌器B.渦輪式攪拌器C.錨式或框式攪拌器D.槳式攪拌器答案：C（錨式/框式攪拌器邊緣貼近釜壁，適用于高粘度流體的混合與傳熱。）4.往復泵的流量調(diào)節(jié)不宜采用（）A.旁路調(diào)節(jié)法B.改變活塞行程長度C.改變電機轉(zhuǎn)速D.關(guān)閉出口閥調(diào)節(jié)答案：D（往復泵為正位移泵，關(guān)閉出口閥會導致壓力急劇升高，損壞設備。）5.板式塔中，操作彈性最大的塔板類型是（）A.篩板塔B.浮閥塔C.泡罩塔D.舌形塔答案：B（浮閥可隨氣速變化自動調(diào)節(jié)開度，操作彈性通常為5-9，高于篩板和泡罩塔。）6.下列不屬于離心式壓縮機喘振現(xiàn)象的特征是（）A.出口壓力劇烈波動B.機組振動加劇C.流量顯著增加D.發(fā)出周期性的吼叫聲答案：C（喘振時流量會大幅下降并伴隨波動，而非增加。）7.某換熱器設計時，若冷流體入口溫度降低，其他條件不變，則所需傳熱面積（）A.增大B.減小C.不變D.無法確定答案：A（冷流體入口溫度降低，對數(shù)平均溫差可能增大或減小，需具體分析；若原溫差為逆流，冷流體入口溫度降低會使Δtm增大，但需結(jié)合傳熱量Q=KΔtmA，若Q不變，Δtm增大則A減小。此處可能存在錯誤，正確邏輯應為：若冷流體入口溫度降低，出口溫度可能降低（假設流量不變），則Δtm可能增大（如逆流時，Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1，t1降低，Δt2增大，Δt1可能減小，需計算具體值。若Q=cmΔt冷，t1降低則Δt冷增大，Q增大，若K不變，需A增大。因此正確答案為A。）8.下列關(guān)于化工設備材料選擇的描述中，錯誤的是（）A.濃硫酸儲存罐可選用碳鋼（濃度＞90%）B.稀鹽酸容器需選用不銹鋼（如316L）C.高溫高壓氫氣環(huán)境應選用Cr-Mo鋼D.液氯儲罐可選用普通碳素鋼答案：D（液氯在無水條件下對碳鋼腐蝕性小，但含水時會生成鹽酸和次氯酸，需根據(jù)具體條件選擇；通常液氯儲罐需考慮干燥環(huán)境，但若題目設定為錯誤選項，可能D錯誤，因液氯對碳鋼有一定腐蝕性，需特殊處理。）9.干燥設備中，適用于熱敏性物料干燥的設備是（）A.流化床干燥器B.噴霧干燥器C.轉(zhuǎn)筒干燥器D.廂式干燥器答案：B（噴霧干燥時間短，物料溫度低，適合熱敏性物料。）10.下列關(guān)于塔設備流體力學性能的描述中，正確的是（）A.漏液率隨氣速增大而增大B.液泛時塔板壓降急劇下降C.霧沫夾帶率隨氣速增大而增大D.單板效率隨液流量增大而單調(diào)提高答案：C（氣速增大，霧沫夾帶加劇；漏液率隨氣速增大而減小，液泛時壓降急劇上升，單板效率存在最佳液流量范圍。）二、填空題（每空1分，共20分）1.離心泵的主要性能參數(shù)包括流量、揚程、功率、效率和（氣蝕余量）。2.列管式換熱器中，為減小溫差應力，常用的補償方法有（浮頭式）、（U型管式）和（膨脹節(jié)補償）。3.攪拌設備的功率消耗主要與（攪拌器形式）、（轉(zhuǎn)速）、（流體粘度）及（釜內(nèi)結(jié)構(gòu)）有關(guān)。4.往復泵的理論流量計算公式為（Qth=AnSn），其中A為活塞截面積，n為活塞桿數(shù)，S為行程，n為往復次數(shù)。5.板式塔的塔板上氣液接觸狀態(tài)可分為（鼓泡）、（泡沫）和（噴射）三種，其中（泡沫）狀態(tài)傳質(zhì)效率較高。6.離心式壓縮機的級由（葉輪）、（擴壓器）和（彎道與回流器）組成。7.換熱器的總傳熱系數(shù)K的倒數(shù)等于（管程對流傳熱系數(shù)的倒數(shù)）、（殼程對流傳熱系數(shù)的倒數(shù)）、（管壁熱阻）及（污垢熱阻）之和。8.干燥過程可分為（恒速干燥）和（降速干燥）兩個階段，其中（恒速干燥）階段的干燥速率由表面汽化速率控制。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述離心泵啟動前需灌泵的原因及氣蝕現(xiàn)象的危害。答：離心泵啟動前需灌泵是因為若泵內(nèi)存在空氣，空氣密度遠小于液體，葉輪旋轉(zhuǎn)時無法形成足夠的低壓區(qū)，導致無法吸液（氣縛現(xiàn)象）。氣蝕現(xiàn)象是由于葉輪入口處壓力低于液體飽和蒸氣壓，液體汽化形成氣泡，氣泡隨液體進入高壓區(qū)破裂，產(chǎn)生局部高壓沖擊，會導致葉輪表面點蝕、泵效率下降、振動和噪音增大，嚴重時損壞設備。2.對比分析浮閥塔與篩板塔的優(yōu)缺點。答：浮閥塔優(yōu)點：操作彈性大（氣速變化時浮閥開度自動調(diào)節(jié)）、塔板效率高、壓降較低；缺點：結(jié)構(gòu)較復雜、造價較高、浮閥易脫落或卡死。篩板塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、壓降小、處理能力大；缺點：操作彈性較小（氣速過低易漏液，過高易霧沫夾帶）、安裝要求高（篩孔需均勻）。3.簡述列管式換熱器中折流板的作用及常用形式。答：折流板的作用是改變殼程流體流動方向，增加湍流程度，提高殼程對流傳熱系數(shù)；同時支撐換熱管，防止其振動和變形。常用形式有弓形折流板（單弓形、雙弓形）、圓盤-圓環(huán)形折流板、螺旋折流板等，其中單弓形最常見，缺口面積一般為殼程截面積的20%-40%。4.攪拌設備中，如何根據(jù)物料性質(zhì)選擇攪拌器類型？答：（1）低粘度流體（＜10^3mPa·s）：推進式或渦輪式攪拌器，推進式適用于循環(huán)為主的混合，渦輪式適用于分散、乳化；（2）中粘度流體（10^3-10^4mPa·s）：渦輪式或槳式攪拌器；（3）高粘度流體（＞10^4mPa·s）：錨式、框式或螺帶式攪拌器，邊緣貼近釜壁，促進壁面?zhèn)鳠岷驼w流動；（4）非牛頓流體：需考慮剪切速率影響，高剪切用渦輪式，低剪切用錨式。5.簡述往復泵與離心泵在流量調(diào)節(jié)方式上的主要區(qū)別及原因。答：往復泵為正位移泵，流量與轉(zhuǎn)速（或行程）成正比，與出口壓力無關(guān)，因此流量調(diào)節(jié)通常采用旁路調(diào)節(jié)（部分液體返回吸入管路）、改變活塞行程長度或改變電機轉(zhuǎn)速；禁止關(guān)閉出口閥調(diào)節(jié)，否則會導致壓力無限升高，損壞設備。離心泵為葉輪動力式泵，流量與揚程呈反比關(guān)系，常用出口閥調(diào)節(jié)（改變管路特性曲線），也可通過改變轉(zhuǎn)速或葉輪直徑調(diào)節(jié)；關(guān)閉出口閥時流量為零，泵仍可短時間運行（需考慮發(fā)熱）。四、計算題（每題10分，共30分）1.某離心泵用于輸送20℃清水（密度ρ=1000kg/m3，粘度μ=1mPa·s），已知泵的轉(zhuǎn)速n=2900r/min，葉輪直徑D2=200mm，流量Q=50m3/h，揚程H=50m。若將轉(zhuǎn)速降至2500r/min，葉輪直徑車削至180mm，求新工況下的流量Q’和揚程H’（假設符合比例定律且車削量在允許范圍內(nèi)）。解：根據(jù)離心泵的比例定律，當轉(zhuǎn)速和葉輪直徑同時改變時，流量與轉(zhuǎn)速和直徑的乘積成正比，揚程與轉(zhuǎn)速平方和直徑平方的乘積成正比。流量比例系數(shù)：(n’/n)×(D2’/D2)=(2500/2900)×(180/200)≈0.862×0.9=0.776Q’=Q×0.776=50×0.776≈38.8m3/h揚程比例系數(shù)：(n’/n)2×(D2’/D2)2=(0.862)2×(0.9)2≈0.743×0.81≈0.602H’=H×0.602=50×0.602≈30.1m答：新工況下流量約為38.8m3/h，揚程約為30.1m。2.某列管式換熱器用120℃的飽和水蒸氣（冷凝潛熱r=2200kJ/kg）加熱管內(nèi)流動的某有機液體（比熱容cp=2.5kJ/(kg·℃)），有機液體流量為15000kg/h，入口溫度t1=30℃，出口溫度t2=80℃。換熱器總傳熱系數(shù)K=400W/(m2·℃)，若采用逆流換熱，求所需傳熱面積A（忽略熱損失）。解：（1）計算傳熱量Q：Q=qm×cp×(t2-t1)=15000/3600×2.5×(80-30)=4.1667×2.5×50≈520.83kW（2）計算對數(shù)平均溫差Δtm：熱流體為飽和水蒸氣，溫度恒定T=120℃，冷流體入口t1=30℃，出口t2=80℃（逆流時，冷流體出口與熱流體入口同側(cè)，但熱流體溫度不變，故Δt1=T-t2=120-80=40℃，Δt2=T-t1=120-30=90℃）Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)=(40-90)/ln(40/90)=(-50)/ln(0.444)≈(-50)/(-0.811)≈61.65℃（3）計算傳熱面積A：由Q=K×A×Δtm，得A=Q/(K×Δtm)=520830/(400×61.65)≈520830/24660≈21.1m2答：所需傳熱面積約為21.1m2。3.某篩板塔用于分離苯-甲苯混合物，操作壓力為常壓，塔板上氣液接觸區(qū)面積AT=1.5m2，空塔氣速u=1.2m/s，液相流量L=0.02m3/s，板上液層高度hL=0.06m，液體密度ρL=800kg/m3，氣體密度ρV=2.6kg/m3。計算塔板的液泛因子和單板壓降（假設氣相通過干板的壓降ΔPd=0.8kPa，液層阻力ΔPl=0.5×ρL×g×hL）。解：（1）液泛因子（動能因子）F=u×√ρV=1.2×√2.6≈1.2×1.612≈1.934（m/s）(kg/m3)^0.5（2）單板壓降ΔP=ΔPd+ΔPl+ΔPσ（表面張力壓降，本題忽略）ΔPl=0.5×ρL×g×hL=0.5×800×9.81×0.06=0.5×800×0.5886=235.44Pa≈0.235kPaΔP=0.8+0.235=1.035kPa答：液泛因子約為1.934，單板壓降約為1.035kPa。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某化工廠一臺運行3年的離心泵出現(xiàn)效率下降、流量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，經(jīng)檢查電機轉(zhuǎn)速正常，入口管路無堵塞。試分析可能的原因及解決措施。答：可能原因及解決措施：（1）葉輪磨損：長期運行后葉輪表面受流體沖刷或介質(zhì)腐蝕，導致葉輪幾何形狀改變，揚程和效率下降；解決措施：拆檢葉輪，修復或更換新葉輪。（2）口環(huán)間隙過大：泵體與葉輪之間的口環(huán)因磨損導致間隙增大，內(nèi)部泄漏量增加，有效流量減少；解決措施：更換口環(huán)，調(diào)整間隙至設計值（通常為葉輪直徑的0.1%-0.2%）。（3）密封環(huán)泄漏：機械密封或填料密封損壞，導致空氣吸入（負壓區(qū)）或液體泄漏（正壓區(qū)），影響流量穩(wěn)定性；解決措施：更換密封件，檢查密封壓蓋松緊度。（4）介質(zhì)性質(zhì)變化：若輸送介質(zhì)粘度或密度增大（如含顆粒、溫度降低），泵的性能曲線偏移，實際流量和效率下降；解決措施：檢測介質(zhì)物性，調(diào)整泵的運行參數(shù)（如提高轉(zhuǎn)速）或更換適合的泵型。（5）氣蝕現(xiàn)象：入口管路阻力增大（如過濾器堵塞未徹底清理）或介質(zhì)溫度升高導致飽和蒸氣壓上升，泵入口壓力低于臨界值，發(fā)生氣蝕；解決措施：檢查入口管路阻力，降低介質(zhì)溫度，或增加吸入罐液位高度。2.某列管式換熱器運行半年后，傳熱效果明顯下降，冷流體出口溫度未達設計值。假設換熱器結(jié)構(gòu)無損壞，試從傳熱過程角度分析可能原因及改進措施。答：從傳熱過程Q=K×A×Δtm分析，可能原因及改進措施：（1）污垢熱阻增大：管程或殼程流體在換熱表面形成污垢（如結(jié)垢、積灰、生物附著），導致總傳熱系數(shù)K下降；解決措施：化學清洗（酸/堿洗）或機械清洗（高壓水射流、鋼刷），日常運行中添加阻垢劑。（2）流體流量或物性變化：冷流體流量增大（或熱流體流量減?。瑢е娄m減??；或流體粘度增大（如溫度降低），對流傳熱系數(shù)α下降，K減小；解決措施：檢測流體流