2025年大學本科（化學工程與工藝）化工設備設計階段測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______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選項中，只有一項是符合題目要求的。1.化工設備設計中，對于承受內壓的圓筒形容器，其壁厚計算主要依據以下哪種理論？A.彈性力學理論B.塑性力學理論C.薄壁容器理論D.厚壁容器理論2.在設計化工塔設備時，以下哪種因素對塔板效率的影響最為關鍵？A.塔板間距B.氣液流速C.塔的直徑D.進料位置3.化工設備選材時，需要考慮材料的多種性能，以下哪種性能不是首要考慮的？A.耐腐蝕性B.強度C.導電性D.可加工性4.對于攪拌反應釜的攪拌器設計，攪拌器的哪種參數(shù)決定了其對液體的攪拌效果？A.轉速B.直徑C.葉片形狀D.以上都是5.化工管道設計中，管道的公稱直徑是指？A.管道內徑B.管道外徑C.與管道內徑相近的整數(shù)D.與管道外徑相近的整數(shù)6.在設計換熱器時，以下哪種傳熱方式在換熱器中起主要作用？A.傳導B.對流C.輻射D.以上都有7.化工設備的密封設計至關重要，以下哪種密封形式適用于高壓、高溫且介質有毒的場合？A.填料密封B.機械密封C.墊片密封D.迷宮密封8.對于化工壓力容器的安全附件設計，安全閥的開啟壓力一般設定為容器設計壓力的？A.0.8倍B.0.9倍C.1.0倍D.1.1倍9.在化工設備設計中，考慮設備的熱膨脹問題時，通常采用以下哪種措施？A.增加壁厚B.設置膨脹節(jié)C.提高材料強度D.降低操作溫度10.化工設備的基礎設計需要考慮多種因素，以下哪種因素不是基礎設計的主要依據？A.設備重量B.設備振動C.土壤承載能力D.周邊環(huán)境溫度第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡述化工設備設計的一般流程。12.（15分）在化工塔設備設計中，如何提高塔的分離效率？13.（15分）某化工反應釜需要設計攪拌裝置，已知反應釜內徑為2m，物料密度為1200kg/m3，攪拌轉速要求為100r/min，試確定攪拌器的功率范圍。14.（15分）閱讀材料：某化工廠計劃新建一套化工生產裝置，其中涉及到多種化工設備的設計與選型。在設備設計過程中，需要考慮工藝要求、安全因素、成本控制等多方面因素。例如，對于反應釜的設計，要根據反應的特點確定合適的材質、攪拌方式和加熱冷卻方式；對于換熱器的設計，要保證換熱效率的同時降低能耗。問題：請結合材料，闡述在化工設備設計中如何平衡工藝要求、安全因素和成本控制這三個方面。15.（15分）閱讀材料：某化工企業(yè)現(xiàn)有一臺老化的精餾塔，需要進行改造設計。原精餾塔塔徑為3m，塔高為20m，分離效率較低。改造要求提高分離效率，降低能耗，同時保證設備的安全性和可靠性。問題：針對該精餾塔的改造設計，請?zhí)岢鼍唧w的設計思路和措施。答案：1.C2.B3.C4.D5.C6.B7.B8.D9.B10.D11.化工設備設計一般流程：首先進行工藝分析，明確生產工藝對設備的要求；然后進行概念設計，確定設備的初步結構形式；接著進行詳細設計，計算設備各部分尺寸、強度等；之后進行零部件設計與選型；再進行制造圖設計；制造完成后進行檢驗與驗收；最后投入使用并可能根據實際情況進行優(yōu)化改進。12.提高塔分離效率的方法有：合理設計塔板結構，如采用高效塔板；優(yōu)化氣液流速，使氣液接觸良好；控制進料條件，確保進料分布均勻；選擇合適的回流比；保證塔內溫度、壓力穩(wěn)定；減少塔內的返混現(xiàn)象；定期清理塔內雜質等。通過這些措施可提高傳質效率，進而提高塔的分離效率。13.攪拌器功率計算：先計算攪拌器的葉端速度u=πDn/60，其中D為攪拌器直徑，n為轉速。假設攪拌器直徑為0.5m，則u=π×0.5×100/60≈2.62m/s。再根據經驗公式計算攪拌功率P=Kρn3D?，其中K為功率準數(shù)，ρ為物料密度，這里取K=5，可得P=5×1200×1003×0.5?≈9375W，所以攪拌器功率范圍在5-15kW左右。14.在化工設備設計中平衡工藝要求、安全因素和成本控制：工藝要求是核心，要根據生產工藝確定設備功能和性能參數(shù)。安全因素至關重要，通過合理選材、設置安全附件等確保設備安全運行。成本控制方面，在滿足工藝和安全前提下，優(yōu)化設計減少材料消耗和制造安裝成本。例如反應釜設計選合適材質保證反應進行又不過度增加成本，換熱器設計提高效率降低能耗從而控制成本。15.針對精餾塔改造設計思路和措施：增大塔徑，可提高氣液處理能力，利于分離；更換高效塔板，提高傳