化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)期末考試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于壓力容器設(shè)計溫度的說法正確的是（）A.設(shè)計溫度必須高于最高工作溫度B.設(shè)計溫度可以低于最低工作溫度C.設(shè)計溫度應(yīng)取介質(zhì)在操作過程中可能出現(xiàn)的最高或最低溫度D.設(shè)計溫度與環(huán)境溫度無關(guān)答案：C解析：設(shè)計溫度是指容器在正常工作條件下，殼體金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度，必須考慮介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度及加熱或冷卻方式的影響。設(shè)計溫度應(yīng)取介質(zhì)在操作過程中可能出現(xiàn)的最高或最低溫度，以確保材料性能滿足要求。2.在列管式換熱器中，設(shè)置折流板的主要目的是（）A.增加殼程流體的流速B.降低殼程壓降C.提高管程傳熱系數(shù)D.防止管子振動答案：A解析：折流板的作用是引導(dǎo)殼程流體橫向沖刷管束，提高湍流程度，從而增強(qiáng)傳熱效果。雖然也會帶來壓降增加，但主要目的是提高傳熱效率。3.下列哪種密封形式最適合高壓、高溫、易燃、易爆介質(zhì)的靜密封（）A.平墊密封B.八角墊密封C.橡膠O形圈密封D.石棉墊片密封答案：B解析：八角墊密封屬于金屬環(huán)墊密封，具有優(yōu)異的耐高溫、耐高壓性能，密封可靠，適用于高壓、高溫、易燃、易爆介質(zhì)的法蘭連接。4.離心泵發(fā)生汽蝕的主要原因是（）A.泵出口閥門開度過大B.泵入口壓力低于液體飽和蒸汽壓C.泵轉(zhuǎn)速過低D.液體粘度過大答案：B解析：汽蝕是由于泵入口壓力低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致液體汽化形成氣泡，氣泡在高壓區(qū)破裂產(chǎn)生沖擊，造成泵損壞。5.下列關(guān)于塔設(shè)備中填料塔與板式塔的比較，錯誤的是（）A.填料塔壓降通常低于板式塔B.填料塔適用于真空操作C.板式塔適用于處理含固體顆粒的物料D.填料塔的操作彈性大于板式塔答案：D解析：填料塔的操作彈性通常小于板式塔，因其對液體分布要求較高，易發(fā)生液泛或干填料現(xiàn)象，操作范圍較窄。6.在壓力容器設(shè)計中，下列哪種情況必須設(shè)置安全閥（）A.容器內(nèi)為常壓液體B.容器內(nèi)為惰性氣體且壓力低于0.1MPaC.容器可能因外部熱源導(dǎo)致壓力升高D.容器為開放式儲罐答案：C解析：根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，任何可能因外部熱源、化學(xué)反應(yīng)、操作失誤等原因?qū)е聣毫ι叩娜萜鳎仨氃O(shè)置安全泄放裝置。7.下列關(guān)于攪拌設(shè)備中“打旋”現(xiàn)象的描述正確的是（）A.打旋有助于提高混合效率B.打旋是由于攪拌軸偏心安裝引起的C.打旋會導(dǎo)致混合效率下降D.打旋只發(fā)生在高粘度液體中答案：C解析：打旋是指液體隨攪拌器同步旋轉(zhuǎn)，形成層流狀態(tài)，幾乎無相對運(yùn)動，導(dǎo)致混合效率顯著下降?？赏ㄟ^設(shè)置擋板或改變攪拌器形式來消除。8.下列哪種材料最適合制造強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的儲罐（）A.Q235BB.16MnRC.304不銹鋼D.聚四氟乙烯襯里鋼答案：D解析：聚四氟乙烯（PTFE）具有極強(qiáng)的耐腐蝕性，幾乎耐所有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及有機(jī)溶劑，適用于極端腐蝕環(huán)境，常用于襯里結(jié)構(gòu)。9.在管殼式換熱器中，若管程流體為冷卻水，殼程為熱油，下列說法正確的是（）A.冷卻水應(yīng)走殼程，便于清洗B.熱油應(yīng)走管程，減少熱損失C.冷卻水應(yīng)走管程，便于控制流速D.熱油應(yīng)走殼程，便于安裝折流板答案：C解析：冷卻水走管程可控制流速，防止結(jié)垢；熱油走殼程可利用折流板提高傳熱效率，同時減少熱損失。10.下列關(guān)于壓力容器焊接接頭的分類，正確的是（）A.A類接頭為筒體縱焊縫B.B類接頭為筒體環(huán)焊縫C.C類接頭為接管與筒體角焊縫D.D類接頭為法蘭與筒體對接焊縫答案：A解析：根據(jù)GB150規(guī)定，A類接頭為筒體縱焊縫，B類為環(huán)焊縫，C類為接管、補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體或封頭的角焊縫，D類為接管與筒體或封頭的對接焊縫。二、判斷題（每題1分，共10分）11.壓力容器的壁厚越大，其承壓能力一定越高。（×）解析：壁厚增加可提高承壓能力，但還需考慮材料強(qiáng)度、焊接質(zhì)量、溫度等因素，不能單一判斷。12.離心泵的揚(yáng)程與輸送液體的密度無關(guān)。（√）解析：揚(yáng)程是單位重量液體獲得的能量，與密度無關(guān)，但功率與密度成正比。13.填料塔中液體分布器的作用是防止壁流現(xiàn)象。（√）解析：液體分布器可均勻分配液體，防止偏流和壁流，提高傳質(zhì)效率。14.安全閥的整定壓力應(yīng)等于容器的設(shè)計壓力。（×）解析：整定壓力應(yīng)不大于容器的設(shè)計壓力，通常取設(shè)計壓力的1.05~1.1倍。15.攪拌器的功率消耗與液體粘度成正比。（×）解析：功率與粘度呈非線性關(guān)系，層流區(qū)與粘度成正比，湍流區(qū)影響較小。16.換熱器設(shè)計中，逆流布置的傳熱溫差最大。（√）解析：逆流布置的對數(shù)平均溫差最大，傳熱效率最高。17.塔設(shè)備的液泛現(xiàn)象是由于氣體速度過低引起的。（×）解析：液泛是由于氣體速度過高，液體無法下流，被氣體帶向上部。18.壓力容器進(jìn)行水壓試驗時，試驗壓力為設(shè)計壓力的1.25倍。（√）解析：根據(jù)規(guī)定，水壓試驗壓力為設(shè)計壓力的1.25倍，且不得低于0.1MPa。19.不銹鋼在任何環(huán)境下都不會生銹。（×）解析：不銹鋼在含氯離子環(huán)境中易發(fā)生點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕開裂。20.離心泵的NPSH（汽蝕余量）越小，抗汽蝕能力越強(qiáng)。（×）解析：NPSH越小，泵抗汽蝕能力越差，要求入口壓力更高。三、填空題（每空1分，共20分）21.壓力容器的設(shè)計壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定容器（殼體厚度）的壓力，其值不得低于容器的（最高工作壓力）。22.管殼式換熱器中，常用的管子排列方式有（正三角形）和（正方形）兩種，其中（正三角形）排列傳熱系數(shù)更高。23.離心泵的性能曲線包括（揚(yáng)程-流量）、（功率-流量）和（效率-流量）三條曲線。24.塔設(shè)備中，板式塔的常用塔板類型有（浮閥塔板）、（篩孔塔板）和（泡罩塔板）。25.攪拌設(shè)備中，常用的攪拌器形式有（槳式）、（渦輪式）、（錨式）和（螺帶式）。26.壓力容器的A類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行（100%）射線或超聲檢測，B類接頭根據(jù)情況可進(jìn)行（局部）檢測。27.換熱器的傳熱基本方程為（Q=K·A·ΔT），其中K為（總傳熱系數(shù)），A為（傳熱面積），ΔT為（對數(shù)平均溫差）。28.安全閥的排放能力應(yīng)（大于或等于）容器在安全泄放量下的最大排放量。29.填料塔的常用填料分為（散裝填料）和（規(guī)整填料）兩大類。30.離心泵的汽蝕余量分為（有效汽蝕余量NPSHa）和（必需汽蝕余量NPSHr），為防止汽蝕，應(yīng)保證（NPSHa>NPSHr）。四、簡答題（每題10分，共30分）31.簡述壓力容器設(shè)計中如何確定設(shè)計溫度，并說明其重要性。答案：設(shè)計溫度是指容器在正常工作條件下，殼體金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度。確定方法包括：（1）介質(zhì)溫度：取介質(zhì)在操作過程中的最高或最低溫度；（2）環(huán)境溫度：考慮容器暴露在極端環(huán)境下的溫度；（3）加熱或冷卻方式：如蒸汽加熱、電伴熱等；（4）保溫情況：保溫層厚度及材料影響殼體溫度。重要性：設(shè)計溫度直接影響材料選擇、許用應(yīng)力、腐蝕速率及密封性能，溫度過高可能導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降，溫度過低可能引起脆性斷裂。32.比較填料塔與板式塔在操作性能、適用范圍及維護(hù)方面的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：（1）操作性能：填料塔壓降低，適用于真空操作，傳質(zhì)效率高，但操作彈性小，易液泛；板式塔操作彈性大，處理量大，適用于高壓、大流量，但壓降高。（2）適用范圍：填料塔適用于腐蝕性介質(zhì)、真空蒸餾、熱敏性物料；板式塔適用于含固體顆粒、易聚合、需側(cè)線采出的工況。（3）維護(hù)方面：填料塔檢修困難，需整體更換填料，清洗不便；板式塔可單塊塔板檢修，清洗方便，適合頻繁更換工況。33.簡述離心泵汽蝕的機(jī)理、危害及預(yù)防措施。答案：機(jī)理：泵入口壓力低于液體飽和蒸汽壓，液體汽化形成氣泡，氣泡進(jìn)入高壓區(qū)破裂，產(chǎn)生沖擊波，侵蝕葉輪和泵殼。危害：（1）性能下降：揚(yáng)程、流量、效率降低；（2）噪音振動：氣泡破裂產(chǎn)生噪音和振動；（3）材料破壞：長期汽蝕導(dǎo)致葉輪穿孔、泵殼開裂。預(yù)防措施：（1）降低泵安裝高度，增加入口壓力；（2）減少吸入管路阻力，如增大管徑、減少彎頭；（3）降低液體溫度，減少蒸汽壓；（4）選擇低NPSHr的泵型；（5）采用誘導(dǎo)輪或雙吸泵結(jié)構(gòu)。五、計算題（共20分）34.某管殼式換熱器，殼程熱油流量為2kg/s，比熱容為2.5kJ/(kg·℃)，進(jìn)口溫度150℃，出口溫度80℃；管程冷卻水流量為3kg/s，比熱容為4.2kJ/(kg·℃)，進(jìn)口溫度25℃。求：（1）冷卻水出口溫度；（2）所需傳熱面積（總傳熱系數(shù)K=500W/(㎡·℃)）。解：（1）熱油放熱量：Q=m?·c?·ΔT?=2×2.5×(15080)=350kJ/s=350000W冷卻水吸熱量：Q=m?·c?·ΔT?350000=3×4200×(T25)T=350000/(3×4200)+25≈52.78℃（2）對數(shù)平均溫差：ΔT?=15052.78=97.22℃ΔT?=8025=55℃ΔT?=(97.2255)/ln(97.22/55)≈74.2℃?zhèn)鳠崦娣e：A=Q/(K·ΔT?)=350000/(500×74.2)≈9.43㎡答案：冷卻水出口溫度約為52.8℃，所需傳熱面積約為9.43㎡。六、綜合應(yīng)用題（共20分）35.某化工廠需設(shè)計一臺立式儲罐，儲存98%濃硫酸，容積為50m3，設(shè)計壓力為常壓，設(shè)計溫度為50℃，材料擬選用Q235B鋼襯PTFE。請回答：（1）是否可行？說明理由；（2）若不可行，提出改進(jìn)方案；（3）簡述設(shè)計時需考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。答案：（1）不可行。理由：Q235B鋼在濃硫酸中會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，尤其在高溫下腐蝕速率加快，即使襯PTFE，若襯里破損，鋼材將迅速腐蝕，存在泄漏風(fēng)險。（2）改進(jìn)方案：①選用整體PTFE儲罐，適用于小容積；②選用鋼襯PTFE，但需設(shè)置檢漏系統(tǒng)，定期檢測；③