2024年过程设备设计复习题及答案

过程设备设计复习题及答案

一、单选题

1.储存设备

5.1设-卧式储存罐双鞍座支承时，两支座的状态应采纳：（C）

A.两个都固定

B.两者沟可移动

C.一个固定，一个移动

D.以上均可

5.2低温球罐的支柱与球壳连接处最好采纳：（C）

A.接连接结构形式

B.加托或结构

C.U型柱结构形式

D.支柱翻边结构

5.3卧式储罐发生扁塌现象的根本缘由是：（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

5.4随着石油业的发展，在大型球罐上最常采纳的罐体组合方式是：（C）

A.纯桔瓣罐体

B.足球瓣式罐体

C.混合式罐体

D.两个半球组成的罐休

2.换热设备

6.1依据结构来分，下面各项中那个不属于管壳式换热器：（B）

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

6.2常见的管壳式换热器和板式换热器属于以下哪种类型的换热器：（C）

A.干脆接触式换热器

B.蓄热式换热器

C.间壁式换热器

D.中间载热体式换热器

6.3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

6.4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，管式换热器仍占肯定优势，是目前运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，按须要弯曲成所需的形态。

C.套管式换热器单位传热面的金属消耗量小，检测、清洗和拆卸都较为简洁。

D.套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所须要的传热面枳不大的场合。

6.5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.变更管子的固有频率。

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依掂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和主要形式：（ABC）

A.干脆接触式换热器

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：（ABCD）

A.换热管

B.管板

C.管箱

D.壳体

6.3引起流体诱导振动的缘由有：（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洁、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，当管束与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、推断题

5.储存设备

（对）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。

（对）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。

（对）5.5柱式支座的主要缺点是球罐的重心高，稳定性差。

（对）5.6须要开检查孔时，由于特别缘由而不能开设时，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;则。

（对）5.7球罐接管除工艺特别要求外，应尽量集中在上下极板上。

（对）5.8在用水压测试容器壁厚时，校合压力一般取1.25P.

（对）5.9按形态变更比能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

（对）6.1套管式换热器具有结构简洁，工作适应范围大，传热面积增减便利的特点

①圆筒上的轴向应力。由轴向弯矩引起。

②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。由横向剪刀引起。

③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。

④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简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

凹凸。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在什么状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缘由不能设置在靠近封头处（A>0.5Ri）,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，以便与圆筒一起承载。

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？

球形储罐应力分布匀称。

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更引起的载荷。

纯桔瓣式的特点是球壳拼装焊缝较规则，施焊组装比较简洁，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；下料成型困难，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，现在的应用比较广泛。

5.8球形储灌采纳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

心连线与赤道平面的夹角为10。〜20。为了能承受风载荷和地震载荷，保证稳定性，还必需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，还要留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.干脆接触式换热器利用冷、热流体干脆接触，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与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汲取热量，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量等方面不如其它新型换热器，但它具有结构坚实、牢靠、

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，管式换热器仍占肯定

优势，是目前运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。板面式换热器采纳板材制作，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.其他一些为满意工艺特别要求而设计的具有特别结构的换热器，如回转式换热器、热管换热器、聚四氟乙烯换热

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：结构简洁，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：结构困难，无热应力、管间和管内清洗便利，密封要求高。适用壳侧结垢及大温差。

3.U形管式：结构比较简洁，内层管不能更换；适用管内清洁、高温高压。

4.填料函式：结构简洁，管间和管内清洗便利，填料处易泄漏；适用4MPa以下，温度受限制。

6.4换热器流体诱导振动的主要缘由有哪些？相应实行哪些防震措旅？

1.强度胀（密封与抗拉脱弱，无缝隙）；

2.强度焊（密封与抗拉脱强，有缝隙，存在焊接残余热应力）；

3.胀焊并用（先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱，

6.5换热管与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缘由有.：W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,

简洁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

子的振动一般状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。为了避开出现共振，要使激振频率远离固有频率。可通过变更流速、变更管子固有频率、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纳哪些途径来实现？

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乂可分为有功传热强化和无功传热强化：

I.有功传热强化应用外部能量来达到传热强化目的，如搅拦换热介质、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旁边流体的混合等技术。

2.无功传热强化无需应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、翅片可增加近壁区温流度，设计结构时要留意优先增加传热系数小的一侧的湍流度。

b.变更壳程挡板结构（多弓形折流板、异形孔板、网状整圆形板），削减死区。变更管束支撑结构（杆式支撑）,

削减死区。

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，除了各利内件之外，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。

（详细作用参考课本）

7.2填料塔中液体分布器的作用是什么？

液体分布器安装十填料上部，它将液相加料及回流液匀称地分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。

73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？

I.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（竹矩）

3.风载荷

4.地震载荷（垂直与水平）

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，请读者自己思索。

7.4简述塔设备设计的基本步骤。

依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与最大压缩应力的

校核。如不满意要求，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

最大方矩（风载、水平地震力、偏心弯矩）

7.5塔设备振动的缘由有哪些？如何预防振动？

安装丁•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，即振动方向沿着风的垂直方向，乂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0.85T.3倍范围内。可实行以下措施达到这一目的：1.增大塔的固有频率。2.采纳扰流装置。3.增大塔的阻

尼。

7.6塔设备设计中，哪些危急界面须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急截面。

2.筒体与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备；后者是指为细胞或酶供应相宜的反应环境以达到细胞生长代谢和进行反应的设备。（详细

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搅拦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意传热要求时，应优先采纳夹套，这样可削减容器内构

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。

(详细结构特征请参照课本)

8.4搅拦器在容器内的安装方法有哪几种？对于搅拌机顶插式中心安装的状况，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.推动式搅拌器用于低粘度，转速高，循环实力强，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IOOPa$转速较低。

8.6涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围？

涡轮式搅拌器是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎全部的搅拌操作，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、液一固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。平直叶剪切作用较大，属

剪切型搅拌器。弯叶是