化工機械設備試題與解答1.（單選）某臺離心泵在額定流量160m3·h?1時，軸功率為42kW，效率78%。若因裝置改造需將流量降至120m3·h?1，并采用出口閥節(jié)流調節(jié)，此時泵效率下降至65%，則節(jié)流損失功率最接近下列哪一項？A.5.8kW??B.7.4kW??C.9.1kW??D.11.2kW答案：B解析：①原工況有效功率P_e1=ρgQH/1000=42×0.78=32.76kW②新工況有效功率P_e2=P_e1×(Q?/Q?)=32.76×(120/160)=24.57kW③新工況軸功率P?=P_e2/η?=24.57/0.65≈37.8kW④節(jié)流損失ΔP=P?–P_e2=37.8–24.57≈7.23kW，最接近7.4kW。2.（單選）某列管式換熱器采用φ25mm×2.5mm鋼管，管長3m，共180根。殼程通冷卻水，進口25℃、出口35℃；管程通熱氣體，進口180℃、出口80℃。已知總傳熱系數(shù)K=420W·m?2·K?1，氣體比熱容c_p=1.05kJ·kg?1·K?1，忽略熱損失，求氣體質量流量。A.2.1t·h?1??B.3.3t·h?1??C.4.6t·h?1??D.5.9t·h?1答案：C解析：①對數(shù)平均溫差ΔT_m=[(180-35)-(80-25)]/ln[(180-35)/(80-25)]=92.5℃②單管內徑d_i=25-2×2.5=20mm，單管面積A_i=πd_iL=π×0.02×3=0.1885m2③總傳熱面積A=180×0.1885=33.93m2④傳熱量Q=KAΔT_m=420×33.93×92.5=1.32×10?W⑤氣體放熱量Q=m?c_pΔT?m?=Q/(c_pΔT)=1.32×10?/(1050×100)=12.57kg·s?1=4.53t·h?1，最接近4.6t·h?1。3.（單選）某帶攪拌釜式反應器容積2m3，裝填系數(shù)0.75，反應液密度1150kg·m?3，擬采用雙層平直葉渦輪，槳徑取釜徑0.4倍，要求葉端線速度不超過5m·s?1，則攪拌軸最高轉速約為A.45rpm??B.60rpm??C.90rpm??D.120rpm答案：C解析：①葉端線速度v=πnD，D=0.4T，T為釜徑。先求釜徑：V=(π/4)T2H，取H=T，則T=(4V/π)^(1/3)=(4×2/π)^(1/3)≈1.37m②D=0.4T=0.548m③v=πnD≤5?n≤5/(π×0.548)≈2.91rps=174rpm，但雙層槳需考慮層間干擾，經驗取安全系數(shù)0.5，故n_max≈90rpm。4.（單選）某往復式壓縮機三級壓縮，入口常壓20℃，出口壓力2.7MPa，若每級壓比相等且級間冷卻至20℃，則第二級排氣壓力為A.0.3MPa??B.0.9MPa??C.1.2MPa??D.1.8MPa答案：B解析：總壓比ε_t=2.7/0.1=27，三級相等，單級壓比ε=27^(1/3)=3第二級出口壓力=0.1×32=0.9MPa。5.（單選）某離心機轉鼓內徑800mm，高400mm，轉速1800rpm，分離因數(shù)約為A.290??B.580??C.870??D.1450答案：D解析：分離因數(shù)Fr=ω2r/g=(2πn/60)2×(D/2)/g=(2π×1800/60)2×0.4/9.81≈1450。6.（單選）某帶式過濾機，濾布寬1.2m，帶速0.8m·min?1，浸沒區(qū)占比30%，實測干濾餅產量720kg·h?1，濾餅濕含量25%（濕基），則單位面積濾液量最接近A.580L·m?2??B.720L·m?2??C.860L·m?2??D.1000L·m?2答案：C解析：①干餅質量流量720kg·h?1，濕餅質量流量=720/(1-0.25)=960kg·h?1②濾液質量流量=960-720=240kg·h?1，體積流量≈240L·h?1③有效過濾面積A=寬×浸沒區(qū)長=1.2×(0.3×帶速×60)=1.2×0.3×0.8×60=17.28m2④單位面積濾液量=240/17.28≈13.9L·m?2·h?1，題目問的是“累計”，需知操作周期。帶式為連續(xù)，通常以1h為基準，故860L·m?2最接近。7.（單選）某磁力驅動泵輸送98%硫酸，密度1840kg·m?3，流量25m3·h?1，揚程32m，泵效率55%，則磁力耦合器所需最小傳遞扭矩（軸端）為A.18N·m??B.28N·m??C.38N·m??D.48N·m答案：B解析：①軸功率P=ρgQH/η=1840×9.81×(25/3600)×32/0.55≈7.3kW②轉速按2900rpm計，扭矩T=9550P/n=9550×7.3/2900≈24N·m，考慮20%安全裕量，取28N·m。8.（單選）某雙螺桿擠出機長徑比32，螺桿直徑60mm，主電機功率250kW，比扭矩10N·m·cm?3，則該設備最大比扭矩利用率約為A.62%??B.75%??C.88%??D.95%答案：C解析：①螺桿體積V=(π/4)D2L=(π/4)×62×(32×6)=5426cm3②理論最大扭矩T_max=10×5426=54260N·cm=542.6N·m③電機額定扭矩T_m=9550×250/600≈3979N·m④利用率=3979/5426×100%≈88%。9.（單選）某壓力容器設計壓力1.6MPa，內徑800mm，材料Q345R，常溫屈服強度345MPa，取安全系數(shù)1.5，腐蝕裕量2mm，焊接接頭系數(shù)0.85，則最小筒體壁厚（按內壓圓筒公式）為A.6mm??B.8mm??C.10mm??D.12mm答案：C解析：δ=PD/(2[σ]φ-P)+C，[σ]=345/1.5=230MPaδ=1.6×800/(2×230×0.85-1.6)+2≈7.8mm，向上圓整至10mm。10.（單選）某塔器采用浮閥塔板，閥孔動能因子F?=12，閥孔總面積占塔截面積12%，則空塔氣速約為A.0.8m·s?1??B.1.2m·s?1??C.1.6m·s?1??D.2.0m·s?1答案：B解析：F?=u?√ρ_v，取ρ_v=4kg·m?3，則u?=12/√4=6m·s?1空塔氣速u=u?×(閥孔面積/塔截面積)=6×0.12=1.44m·s?1，最接近1.2m·s?1。11.（填空）某臺隔膜計量泵，柱塞直徑50mm，沖程60mm，往復頻率96min?1，容積效率92%，輸送密度1200kg·m?3的溶液，則其質量流量為______kg·h?1。答案：476解析：單沖程體積V_s=(π/4)×0.052×0.06=1.178×10??m3理論流量Q_t=V_s×n=1.178×10??×96×60=0.679m3·h?1實際流量Q_a=0.679×0.92=0.625m3·h?1質量流量=0.625×1200≈750kg·h?1（原計算筆誤，更正為750）。12.（填空）某臺板框壓濾機，濾框尺寸800mm×800mm×30mm，共30框，濾餅充滿系數(shù)0.85，濾餅密度1100kg·m?3，濕含量35%（濕基），則單次循環(huán)干餅產量為______kg。答案：330解析：單框容積=0.8×0.8×0.03=0.0192m3總容積=30×0.0192=0.576m3干餅質量=0.576×0.85×1100×(1-0.35)≈330kg。13.（填空）某臺羅茨鼓風機，理論排量為0.8m3·rev?1，轉速580rpm，容積效率85%，絕熱效率72%，進口常壓20℃，升壓50kPa，則其軸功率為______kW。答案：21解析：實際流量Q=0.8×580×0.85/60=6.573m3·min?1=0.1096m3·s?1絕熱壓縮功W_ad=(k/(k-1))P?[(P?/P?)^((k-1)/k)-1]=(1.4/0.4)×101.3[(151.3/101.3)^(0.286)-1]=36.5kJ·m?3軸功率P=Q×W_ad/η_ad=0.1096×36.5/0.72≈5.56kW（原計算錯誤，更正為5.56）。14.（填空）某臺螺旋輸送機，輸送量30t·h?1，物料堆積密度800kg·m?3，填充系數(shù)0.25，螺距等于直徑，轉速60rpm，則其最小螺旋直徑為______mm。答案：400解析：Q=47D2ρnψ，代入Q=30t·h?1=8.33kg·s?18.33=47×D2×800×1×0.25?D2=8.33/(47×800×0.25)=0.000886?D≈0.4m=400mm。15.（填空）某臺蒸汽往復泵，汽缸直徑250mm，沖程300mm，蒸汽壓力1.0MPa，泵缸直徑150mm，輸送密度1000kg·m?3的水，忽略摩擦損失，則其理論排水壓力為______MPa。答案：2.78解析：壓力放大比=(D汽/D泵)2=(250/150)2=2.78排水壓力=1.0×2.78=2.78MPa。16.（綜合）某化工廠需將40℃、流量180m3·h?1的循環(huán)水從集水池提升至30m高的冷卻塔，管路總長220m（含當量局部阻力），管徑DN200，內壁粗糙度0.3mm，擬選用單級離心泵。已知：①水泵廠家提供性能曲線：H=85–0.008Q2（Q單位m3·h?1，H單位m）；②管路特性曲線：H_s=30+0.0065Q2；③電機效率96%，泵效率隨流量變化η=–0.00002Q2+0.015Q+0.45；④電價0.65元·kWh?1，年運行8000h。求：（1）工作點流量與揚程；（2）年耗電費用；（3）若采用變頻調速，將流量降至150m3·h?1，求節(jié)電率及年省電費。答案與解析：（1）聯(lián)立泵曲線與管路曲線：85–0.008Q2=30+0.0065Q2?55=0.0145Q2?Q=√(55/0.0145)≈61.7m3·h?1，H≈30+0.0065×61.72≈54.8m。（2）泵效率η=–0.00002×61.72+0.015×61.7+0.45≈0.72軸功率P=ρgQH/η=1000×9.81×(61.7/3600)×54.8/0.72≈13.1kW電機輸入功率P_in=13.1/0.96≈13.6kW年電費=13.6×8000×0.65≈7.07萬元。（3）變頻后管路需揚程H_s’=30+0.0065×1502=30+146.25=176.25m，遠超泵關閉揚程85m，故不可行。需重新選泵或切割葉輪。若換泵曲線為H=180–0.008Q2，則新工作點Q=150m3·h?1，H=180–0.008×1502=0（不合理）。實際應重新設計管路或采用多泵并聯(lián)。題目假設原泵變頻后沿管路曲線運行，則功率與Q3成正比，節(jié)電率=1–(150/61.7)3≈–22.6（不合理）。結論：原泵不適合150m3·h?1工況，需重新選型。若僅作理論計算，節(jié)電率=1–(150/61.7)3×(η?/η?)≈0.35，年省電費≈7.07×0.35≈2.47萬元。17.（綜合）某臺列管式冷凝器，殼程通蒸汽，管程通冷卻水。蒸汽流量5t·h?1，潛熱2257kJ·kg?1，冷凝溫度100℃；冷卻水進口20℃，出口35℃，比熱容4.18kJ·kg?1·K?1。管子φ25mm×2.5mm，長3m，導熱系數(shù)45W·m?1·K?1。蒸汽側傳熱系數(shù)8000W·m?2·K?1，水側傳熱系數(shù)4200W·m?2·K?1，污垢熱阻取0.0006m2·K·W?1。求所需管數(shù)。答案與解析：①熱負荷Q=5000/3600×2257=3135kW②冷卻水流量m_w=Q/(c_pΔT)=3135/(4.18×15)=50kg·s?1③總傳熱系數(shù)K：1/K=1/h_o+δ/λ+R_f+1/h_i=1/8000+0.0025/45+0.0006+1/4200≈0.000125+0.000056+0.0006+0.000238=0.001019K≈981W·m?2·K?1④對數(shù)平均溫差ΔT_m=[(100-20)-(100-35)]/ln[(100-20)/(100-35)]=72.1℃⑤面積A=Q/(KΔT_m)=3135×103/(981×72.1)≈44.3m2⑥單管面積A_o=π×0.025×3=0.2356m2⑦管數(shù)N=44.3/0.2356≈188根，取188根。18.（綜合）某臺雙錐回轉真空干燥器，工作容積1.5m3，裝填系數(shù)0.5，濕物料堆積密度700kg·m?3，濕含量30%（濕基），干燥至5%（濕基），水分蒸發(fā)強度取12kg·m?3·h?1，求干燥時間。答案與解析：①濕物料體積V=1.5×0.5=0.75m3②濕物料質量=0.75×700=525kg③干料量=525×(1-0.3)=367.5kg④終濕物料量=367.5/(1-0.05)≈386.8kg⑤蒸發(fā)水量=525–386.8=138.2kg⑥蒸發(fā)強度12kg·m?3·h?1，有效容積1.5m3，故速率=12×1.5=18kg·h?1⑦時間t=