2025年大學(xué)大一（過(guò)程裝備與控制工程）過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在題后的括號(hào)內(nèi)。1.以下哪種材料常用于制造承受較高壓力的過(guò)程設(shè)備？（）A.鋁合金B(yǎng).不銹鋼C.鑄鐵D.塑料2.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度計(jì)算的主要目的是（）A.確定設(shè)備的外形尺寸B.保證設(shè)備在規(guī)定壓力等條件下安全運(yùn)行C.計(jì)算設(shè)備的重量D.優(yōu)化設(shè)備的外觀3.對(duì)于圓筒形容器，其公稱直徑是指（）A.內(nèi)徑B.外徑C.平均直徑D.名義直徑4.下列哪種封頭形式受力性能最好？（）A.平板封頭B.橢圓形封頭C.碟形封頭D.球冠形封頭5.過(guò)程設(shè)備的壁厚設(shè)計(jì)主要考慮的因素不包括（）A.壓力B.溫度C.介質(zhì)腐蝕性D.設(shè)備顏色6.在進(jìn)行設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的因素有（）A.壓力等級(jí)B.密封要求C.連接方式D.以上都是7.過(guò)程設(shè)備的支座形式不包括（）A.臥式容器支座B.立式容器支座C.球形容器支座D.三角形支座8.強(qiáng)度理論中，最大拉應(yīng)力理論適用于（）A.脆性材料B.塑性材料C.各類材料D.不確定9.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，許用應(yīng)力的確定與以下哪些因素有關(guān)？（）A.材料性能B.設(shè)計(jì)溫度C.設(shè)計(jì)壓力D.以上都是10.以下哪種焊接接頭形式適用于較厚板材的連接？（）A.對(duì)接接頭B.角接接頭C.搭接接頭D.T形接頭第II卷（非選擇題共70分）填空題（共10分）答題要求：本大題共5小題，每空2分。請(qǐng)將正確答案填在題中的橫線上。1.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的基本要求包括滿足工藝要求、______、______、操作安全可靠等。2.常用的強(qiáng)度理論有最大拉應(yīng)力理論、______、______、形狀改變比能理論。3.容器的主要失效形式有強(qiáng)度失效、______、______。4.換熱器按傳熱原理可分為間壁式換熱器、______、______。5.塔設(shè)備的主要類型有板式塔和______。簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。1.簡(jiǎn)述過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的一般步驟。（10分）2.說(shuō)明選擇過(guò)程設(shè)備材料時(shí)需要考慮的因素。（10分）計(jì)算題（共20分）答題要求：寫(xiě)出詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程和答案。1.已知一圓筒形容器，內(nèi)徑Di=1000mm，設(shè)計(jì)壓力p=2MPa，材料為Q345R，厚度附加量C=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，許用應(yīng)力[σ]t=189MPa，試計(jì)算該容器的最小壁厚。（10分）2.一橢圓形封頭，內(nèi)徑Di=1000mm，封頭曲面高度hi=250mm，求其封頭容積。（10分）案例分析題（共15分）答題要求：閱讀以下案例，回答問(wèn)題。某化工廠有一反應(yīng)釜，采用不銹鋼材質(zhì)制造，在運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)釜體出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)分析，腐蝕主要集中在釜體底部與介質(zhì)接觸部位。已知該反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)具有一定腐蝕性，操作溫度較高。1.請(qǐng)分析該反應(yīng)釜腐蝕的可能原因。（7分）2.針對(duì)該腐蝕問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。（8分）設(shè)計(jì)題（共5分）答題要求：根據(jù)給定條件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一個(gè)小型的臥式容器支座，要求能承受一定重量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理。（簡(jiǎn)要說(shuō)明設(shè)計(jì)思路和主要尺寸等）答案：第I卷1.B2.B3.D4.B5.D6.D7.D8.A9.D10.A第II卷填空題1.安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理2.最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論、最大剪應(yīng)力理論3.剛度失效、失穩(wěn)失效4.蓄熱式換熱器、混合式換熱器5.填料塔簡(jiǎn)答題1.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的一般步驟：首先明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，收集相關(guān)資料；然后進(jìn)行工藝計(jì)算，確定設(shè)備的基本尺寸和操作條件；接著進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料；再進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等計(jì)算，確保設(shè)備安全可靠；之后進(jìn)行制造工藝設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化。2.選擇過(guò)程設(shè)備材料時(shí)需要考慮的因素：介質(zhì)的腐蝕性，包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕等；操作溫度，不同溫度下材料性能會(huì)變化；操作壓力及壓力波動(dòng)情況；材料的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、韌性等；材料的加工工藝性能，便于制造；材料的經(jīng)濟(jì)性，綜合考慮成本等。計(jì)算題1.由公式δmin=pDi/2[σ]tφ-p+C，代入數(shù)據(jù)可得：δmin=2×1000/(2×189×0.85-2)+2≈6.4mm。2.橢圓形封頭容積公式V=πDi2hi/4+πDi3/24，代入數(shù)據(jù)得：V=π×10002×250/4+π×10003/24≈2.06×10^8mm3=0.206m3。案例分析題1.該反應(yīng)釜腐蝕的可能原因：介質(zhì)具有腐蝕性，直接與釜體底部接觸發(fā)生化學(xué)腐蝕；操作溫度較高，加速了腐蝕過(guò)程；可能存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致局部腐蝕加??；材料選擇可能不完全合適，對(duì)該介質(zhì)和溫度環(huán)境的耐蝕性不足。2.改進(jìn)措施：在釜體底部襯里耐腐蝕材料，如橡膠、陶瓷等；優(yōu)化釜體結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中；定期檢測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕問(wèn)題；更換更耐腐蝕的材料制造反應(yīng)釜，或者對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行表面處理提高耐蝕性。設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)