2011年过程设备设计复习题和答案

1、过程设备设计复习题及答案、单选题1 .储存设备1.1 设计卧式储存罐双鞍座支承时，两支座的状态应采用：（C）A.两个都固定B.两者均可移动C.一个固定，一个移动D.以上均可1.2 低温球罐的支柱和球壳连接处最好采用：（C）A.接连接结构形式B.加托板结构C.U型柱结构形式D.支柱翻边结构1.3 卧式储罐发生扁塌现象的根本原因是：（A ）A.支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩B.圆筒上不设置加强圈C.支座的设置位置不适合D.设计压力过高1.4 随着石油业的发展，在大型球罐上最常采用的罐体组合方式是:A.纯桔瓣罐体B.足球瓣式罐体C.混合式罐体D.两个半球组成的罐体2 .换热设备2.1 根据结构来

2、分，下面各项中那个不属于管壳式换热器:A.固定管板式换热器B.蓄热式换热器C.浮头式换热器D.U形管式换热器(C )2.2 常见的管壳式换热器和板式换热器属于以下哪种类型的妣器:.A,直接接触式换热器B.蓄热式换热器C.间壁式换热器D.中间载热体式换热器2.3 下面那种类型的换热器不是利用管程和壳程来进行传热的：（B ）A.蛇管式换热器B.套管式换热器C.管壳式换热器D.缠绕管式换热器2.4 下列关于管式换热器的描述中，错误的是：（C ）A.在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。B.蛇管式换热器是管式换热器的一种，它由金属或者非金属的管子组成，按需要

3、弯曲成所需的形状。C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为容易。D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。2.5 下列措施中，不能起到换热器的防振效果的有：（A）A.增加壳程数量或降低横流速度。B.改变管子的固有频率。C.在壳程插入平行于管子轴线的纵向隔板或多孔板。D.在管子的外边面沿周向缠绕金属丝或沿轴向安装金属条。二、多选题6.换热设备6.1 按照换热设备热传递原理或传递方式进行分类可以分为以下几种主要形式：（ABC ）A.直接接触式换热器B.蓄热式换热器C.间壁式换热器D.管式换热器6.2 下面属于管壳式换热器结构的有：（ABC

4、D ）A.换热管B.管板C.管箱D.壳体6.3 引起流体诱导振动的原因有：(ACD )A.卡曼漩涡B.流体密度过大C.流体弹性扰动D.流体流速过快6.4 传热强化的措施有：(BCD)A.提高流量B.增加平均传热温差C.扩大传热面积D.提高传热系数6.5 下列关于管壳式换热器的描述中，错误的是：(CD)A.管壳式换热器结构简单、紧凑、能承受较高的压力。B.管壳式换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗的场合。C.管壳式换热器适用于管、壳程两侧温差较大或者壳侧压力较高的场合。D.在管壳式换热器中，当管束和壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差不大时，壳体和管束中将产生较大的热应力三、判断题5.储存

5、设备()5.1储罐的形式主要有卧式，立式和球形储罐，储存介质的性质是选择储罐形式和储存系统的一个重要因素。(错)5.2鞍座包角越小，鞍角重量越轻，且储罐 支座系统的中心降低。()5.3工程上可以将双鞍座卧式储存罐简化为均布载荷的外伸简支梁。(错)5.4球罐支座中裙式支座用得最为广泛。()5.5柱式支座的主要缺点是球罐的重心高，稳定性差。()5.6需要开检查孔时，由于特殊原因而不能开设时，应相应缩短检查周期，或者对全部纵向环向焊缝作100%无损检测。(X)5.7球罐接管除工艺特殊要求外，应尽量集中在上下极板上。()5.8在用水压测试容器壁厚时，校合压力一般取1.25P.(X)5.9按形状改变比能

6、屈服失效判剧计算出的内壁初始屈服压力和实际测量值最为接近。6.换热设备(X)6.1套管式换热器具有结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便的特点(错)6.2通过增加管程流量或增加横流速度可以改变卡曼漩涡频率，从而消除散热器的振动。()6.3余热锅炉是在工业中用来回收余热的一种锅炉，它的基本结构和一般锅炉相似。（错）6.4余热锅炉的使用会增加对环境的污染（X）6.5使用余热锅炉能够提高热能总利用率，节约一次能源消耗。（错）6.6在换热设备中，采用大直径的换热管可以增大传热面积。（错）6.7在换热设备中，换热管的管径愈小，耐压愈高。（）6.8管内翅片虽然增加了传热面积，但是也改变了流体在管内的流

7、动形势和阻力分布，泵功率的损失也会相应 增加。（错）6.9管子的固有频率可以通过精确的计算获得。（）6.10板式换热器可用于处理从水到高黏度的液体的加热、冷却、冷凝、蒸发等过程，适用于经常需要清洗，工 作环境要求十分紧凑的场合。四、思考题005 .储存设备5.1 设计双鞍座卧式容器时，支座位置应该按照那些原则确定？试说明理由。根据JB4731规定，取A小于等于0.2L,最大不得超过 0.25L,否则容器外伸端将使支座界面的应力过大。因为当A = 0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯距和支座截面处的弯距绝对值相等，使两个截面保持等强度。考虑到 除弯距以外的载荷，所以常取外圆筒的弯距较小。所

8、以取 A小于等于0.2L。当A满足小于等于0.2L时，最好使 A小于等于0.5Rm （Rm为圆筒的平均半径）。这是因为支座靠近封头可充分 利用封头对支座处圆筒的加强作用。5.2 双鞍座卧式容器受力分析和外伸梁承受均布载荷有何相同何不同，试用剪力图和弯距图比较。（图见课本）外伸梁的剪力和弯矩图和此图类似，只是在两端没有剪力和弯矩作用，两端的剪力和弯矩均为零5.3 扁塌”现象的原因是什么？如何防止这一现象出现？由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯距，在周向弯距的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓扁塌”现象。可以设置加强圈，或者使支座靠近封头布置，利用加强圈或封头的加强作用。5.4 双

9、鞍座卧式容器设计中应计算那些应力？如何产生的？圆筒上的轴向应力。由轴向弯矩引起。支座截面处圆筒和封头上的切向切应力和封头的附加拉伸应力。由横向剪力引起。支座截面处圆筒的周向弯曲应力。由截面上切向切应力引起。支座截面处圆筒的周向压缩应力。通过鞍座作用于圆筒上的载荷所导致的。5.5 鞍座包角对卧式容器筒体应力和鞍座自身强度有何影响？鞍座包角的大小不仅影响鞍座处圆筒截面上的应力分布，而且也影响卧式储罐的稳定性和储罐一支座系统的重心高低。包角小，鞍座重量轻，但重心高，且鞍座处圆筒上的应力较大。5.6 在什么情况下应对卧式容器进行加强圈加强？如卧式储罐支座因结构原因不能设置在靠近封头处（A0.5Ri）,

10、且圆筒不足以承受周向弯距时，就需在支座截面处的圆筒上设置加强圈，以便和圆筒一起承载。5.7 球形储罐有哪些特点？设计球罐时应考虑那些载荷？各种罐体型式有何特点？球形储罐应力分布均匀。设计时要考虑压力载荷、重量载荷、风载荷、雪载荷、地震载荷和环境温度变化引起的载荷。纯桔瓣式的特点是球壳拼装焊缝较规则，施焊组装比较容易，加快组装进度并可对其实施自动焊。但是球瓣在各 带位置尺寸大小不一，只能在本带内或上，下对称的带间互换；下料成型复杂，板材利用率低，板材较小，不易设 计人孔和接管。且不易错开焊缝。足球瓣式，由于每块的尺寸相同，下料规格化，材料利用率好，互换性好，组装焊缝短。但是焊缝排布比较困难， 组

11、装困难，且此类罐的适用容积较小。混合式罐体基本结合了前面两种的有点，现在的使用比较广泛。5.8 球形储灌采用赤道正切柱式支座时，应遵循那些准则？支柱在球壳赤道带等距离布置，支柱中心线和球壳相切或相割而焊接起来。若相割，支柱中心线和球壳交点同球心连线和赤道平面的夹角为 10。20。为了能承受风载荷和地震载荷，保证稳定性，还必须在支柱间设置连接拉杆。5.9 液化气体存储设备设计时如何考虑环境对它的影响？不仅要考虑环境温度、风载荷、雪载荷和地震载荷，还要注意液化气体的膨胀性和压缩性。6 .换热设备6.1 换热设备有哪几种主要形式？按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：1 .

12、直接接触式换热器 利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。2 .蓄热式换热器 借助于由固体构成的蓄热体和热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体。3 .间壁式换热器 利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。4 .中间载热体式换热器 载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在 低温流体换热器中把热量释放给低温流体。6.2 间壁式换热器有哪几种主要形式？各有什么特点？1 .管式换热器 按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器。在换热效率、结构紧凑性和单位传热面积的金属消耗

13、量等方面不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠、 适应性强、易于制造、能承受较高的操作压力和温度等优点。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对 优势，是目前使用最广泛的一类换热器。2 .板面式换热器 按传热板面的结构形式可分为：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板式换热器。传热性能要比管式换热器优越，由于其结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传 热。板面式换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。3 .其他一些为满足工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器，如回转式换热器、热管换热器、聚四氟

14、乙烯换热器和石墨换热器等。6.3 管壳式换热器主要有哪几种形式？1 .固定管板式：结构简单，承压高，管程易清洁，可能产生较大热应力；适用壳侧介质清洁；管、壳温差不大或大 但壳侧压力不高。2 .浮头式：结构复杂，无热应力、管间和管内清洗方便，密封要求高。适用壳侧结垢及大温差。3 .U形管式：结构比较简单，内层管不能更换；适用管内清洁、高温高压。4 .填料函式：结构简单，管间和管内清洗方便，填料处易泄漏；适用 4MPa以下，温度受限制。6.4 换热器流体诱导震动的主要原因有哪些？相应采取哪些防震措施？1 .强度胀（密封和抗拉脱弱，无缝隙）；2 .强度焊（密封和抗拉脱强，有缝隙，存在焊接残余热应力）

15、；3 .胀焊并用（先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱）。6.5 换热管和管板有哪几种连接方式？各有什么特点？横向流诱导振动的主要原因有：卡曼漩涡、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转换。在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼漩涡，这时在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，管 子的振动一般情况下是由流体弹性不稳定性激发振动，但不会产生声振动。只有当横流速度很高，才会出现射流转 换而引起管子的振动。为了避免出现共振，要使激振频率远离固有频率。可通过改变流速、改变管子固有频率、增 设消声板、抑制周期性漩涡、设置防冲板或导流筒等途径来实现。6.6 换热设备传热强化可采用哪

16、些途径来实现？要使换热设备中传热过程强化，可通过提高传热系数、增大换热面积和增大平均传热温差来实现。提高对流传热系数的方法又可分为有功传热强化和无功传热强化：1 .有功传热强化使用外部能量来达到传热强化目的，如搅拌换热介质、使换热表面或流体振动、将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合等技术。2 .无功传热强化无需使用外部能量来达到传热强化的目的。在换热器设计中，用的最多的无功传热强化法是扩展表面，它既能增加传热面积，又能提高传热系数。a.如槽管、翅片可增加近壁区湍流度，设计结构时要注意优先增强传热系数小的一侧的湍流度。b.改变壳程挡板结构（多弓形折流板、异形孔板、网状整圆形板），减少死

17、区。改变管束支撑结构（杆式支撑），减少死区。7.塔设备7.1 塔设备由那几部分组成？各部分的作用是什么？无论是填料塔还是板式塔，除了各种内件之外，均由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台等组成。（具体作用参考课本）7.2 填料塔中液体分布器的作用是什么？液体分布器安装于填料上部，它将液相加料及回流液均匀地分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。7.3 试分析塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷？1 .质量载荷塔体、裙座、塔内件、塔附件、操作平台及扶梯质量、偏心载荷（再沸器、冷凝器等附属设备）；操作时物料质量；水压试验时充水质量；2 .偏心载荷（弯矩）3 .风

18、载荷4 .地震载荷（垂直和水平）5 .内压或外压6淇他塔在正常操作、停工检修和压力试验等三种工况下的载荷是上述各种载荷的组合，请读者自己思考。7.4 简述塔设备设计的基本步骤。根据内压计算塔体厚度后，对正常操作、停工检修及压力试验工况分别进行轴向最大拉伸应力和最大压缩应力的校核。如不满足要求，则需调整塔体厚度，重新进行应力校核。如何确定筒体轴向应力？（思路）内压或外压引起重力引起垂直地震力最大弯矩（风载、水平地震力、偏心弯矩）7.5 塔设备振动的原因有哪些？如何预防振动？安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿着风的方向；另一种是横向振动，即振

19、动方向沿着风的垂直方向，又称横向振动或风的诱导振动。为了防止塔的共振，塔在操作时激振力的频率 （即升力作用的频率或旋涡脱落的频率）fv不得在塔体第一振型固有频率的0.851.3倍范围内。可采取以下措施达到这一目的：1.增大塔的固有频率。2.采用扰流装置。3.增大塔的阻尼。7.6 塔设备设计中，哪些危险界面需要校核轴向强度和稳定性?1 .裙座底部截面及孔中心横截面是危险截面。2 .筒体和群座连接处的横截面。8.反应设备8.1 反应设备有哪几种分类方法？简述几种常见的反应设备的特点。反应设备可分为化学反应器和生物反应器。前者是指在其中实现一个或几个化学反应，并使反应物通过化学反应转变为反应产物的设

20、备；后者是指为细胞或酶提供适宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。（具体分类见课本8.1反应器分类）8.2 机械搅拌反应器主要由哪些零部件组成？搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。8.3 搅拌容器的传热元件有哪几种？各有什么特点？常用的换热元件有夹套和内盘管。当夹套的换热面积能满足传热要求时，应优先采用夹套，这样可减少容器内构件，便于清洗，不占用有效容积。夹套的主要结构型式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等。（具体结构特征请参照课本）8.4 搅拌器在容器内的安装方法有哪几种？对于

21、搅拌机顶插式中心安装的情况，其流型有什么特点？对于搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒，有三种基本流型：径向流，轴向流，切向流。除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式、卧式等安装方式。8.5 常见的搅拌器有哪几种？简述各自特点。1 .浆式搅拌器用于低粘度，转速较高，小容积；2 .推进式搅拌器用于低粘度，转速高，循环能力强，可用于大容积搅拌；3 .涡轮式用于中粘度达 50Pa.s,范围较广，转速较高，中容积；4 .锚式用于高粘最高达 100Pa.s,转速较低。8.6 涡轮式搅拌器在容器中的流型及其使用范围？涡轮式搅拌器是使用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度范围很广的流体。涡轮式搅拌器可分为开式和盘式二类。涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液一液分散、液一