2025年大学一年级（过程装备与控制工程）过程设备设计试题及答案

2025年大学一年级（过程装备与控制工程）过程设备设计试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在括号内。1.以下哪种设备不属于过程装备的范畴？（）A.反应釜B.压缩机C.数控机床D.换热器2.过程设备设计中，强度计算的主要目的是（）A.确定设备的外形尺寸B.保证设备在规定压力和温度等条件下安全运行C.优化设备的结构D.降低设备制造成本3.对于薄壁圆筒，其壁厚计算公式中的焊接接头系数主要考虑了（）A.焊接工艺的先进性B.焊接质量对强度的影响C.焊接材料的成本D.焊接工人的技术水平4.在设计压力容器时，设计压力是指（）A.容器在正常工作情况下的压力B.容器顶部的最高压力C.容器所能承受的最大压力D.容器在试验时的压力5.以下哪种封头形式受力性能最好？（）A.半球形封头B.椭圆形封头C.碟形封头D.锥形封头6.过程设备的密封形式中，属于静密封的是（）A.机械密封B.填料密封C.垫片密封D.迷宫密封7.对于搅拌器的选型，主要考虑的因素不包括（）A.搅拌目的B.物料性质C.设备价格D.搅拌器的转速8.换热器的传热系数与以下哪个因素关系不大？（）A.冷热流体的流量B.换热器的材质C.传热面积D.冷热流体的温差9.过程设备设计中，材料选择的首要原则是（）A.经济性B.耐腐蚀性C..强度要求D.加工性能10.以下哪种情况会使过程设备的疲劳寿命降低？（）A.设备运行温度稳定B.设备压力波动较小C.频繁的开停车D.设备材质优良第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共15分）答题要求：本大题共5小题，每空1分。请将正确答案填在横线上。1.过程装备设计的基本要求包括安全性、可靠性、______、经济性等。2.压力容器的分类方法有多种，按压力等级可分为低压、中压、高压和______。3.薄壁圆筒的应力有______、环向应力和径向应力。4.常用的密封材料有橡胶、______、金属垫片等。5.搅拌器的功率计算主要考虑搅拌器的类型、______、搅拌介质的性质等因素。三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每题5分。简要回答问题。1.简述过程设备设计中强度计算的一般步骤。2.说明椭圆形封头的特点及应用场合。3.影响过程设备密封性能的因素有哪些？4.换热器的强化传热方法有哪些？四、分析题（共15分）答题要求：本大题共1小题，15分。阅读以下材料，回答问题。材料：某化工厂有一反应釜，设计压力为3MPa，设计温度为200℃，介质为腐蚀性较强的化工原料。该反应釜采用碳钢制造，运行一段时间后发现釜体出现腐蚀现象，且有轻微泄漏。问题：分析该反应釜出现问题的可能原因，并提出改进措施及建议。五、设计题（共20分）答题要求：本大题共1小题，20分。设计一台简单的列管式换热器，用于将某高温流体冷却。已知热流体流量为5000kg/h，进口温度为150℃，出口温度为100℃；冷流体流量为8000kg/h，进口温度为30℃，出口温度为80℃。传热系数K=1000W/(m²·℃)。要求确定换热器的传热面积、管子规格及排列方式等主要参数。答案：第I卷答案1.C2.B3.B4.B5.A6.C7.C8.C9.C10.C第II卷答案1.操作性2.超高压3.轴向应力4.石棉5.搅拌转速1.强度计算一般步骤：确定设计参数（压力、温度等）；选择合适的计算公式；计算应力；校核强度，判断是否满足要求。2.椭圆形封头特点：封头由半个椭球面和短圆筒两部分组成，受力均匀。应用场合：中低压容器中广泛应用。3.影响密封性能因素：密封面的加工精度、粗糙度；密封材料性能；密封结构形式；螺栓预紧力大小；操作压力、温度变化等。4.强化传热方法：增大传热面积；提高传热系数（如增强流体湍动、采用高效传热材料等）；增大冷热流体温差。可能原因：碳钢不耐该化工原料腐蚀；设计时未充分考虑介质腐蚀性，选材不当；运行过程中温度、压力波动等加速腐蚀。改进措施：更换耐腐蚀材料如不锈钢；优化密封结构，防止泄漏；加强运行监测，稳定操作条件。1.计算对数平均温差：Δtm=(150-80)-(100-30)/ln[(150-80)/(100-30)]≈75.5℃。2.根据热量计算公式Q=Wh