2025年大学二年级（过程装备与控制工程）过程装备设计试题及答案

2025年大学二年级（过程装备与控制工程）过程装备设计试题及答案

（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.过程装备设计中，关于内压薄壁圆筒的应力分析，以下说法正确的是（）A.薄膜应力是主要应力，其沿壁厚均匀分布B.弯曲应力沿壁厚线性分布，对强度影响不大C.薄膜应力和弯曲应力都对容器强度起关键作用D.薄膜应力只在容器两端存在2.在设计外压圆筒时，下列因素中对临界压力影响最大的是（）A.圆筒的长度B.圆筒的直径C.材料的弹性模量D.壁厚3.对于椭圆形封头，其封头的长短轴之比一般取（）A.2B.1.5C.1D.0.54.过程装备中常用的法兰连接，以下哪种法兰的承载能力最强（）A.平焊法兰B.对焊法兰C.活套法兰D.螺纹法兰5.在计算搅拌功率时，搅拌器的叶端速度与下列哪个因素无关（）A.搅拌器直径B.搅拌器转速C.物料密度D.搅拌器叶片形状6.关于塔设备的设计，以下说法错误的是（）A.塔的直径主要根据生产能力和操作弹性确定B.塔的高度由工艺要求的传质传热高度决定C.塔板效率越高，塔的高度可以越低D.塔的壁厚只与设计压力有关7.过程装备设计中，考虑设备的腐蚀裕量时，不需要考虑以下哪种因素（）A.介质的腐蚀性B.设备的使用年限C.设备的制造工艺D.设备的操作温度8.对于卧式容器的支座设计，鞍座的包角一般取（）A.120°B.150°C.180°D.240°9.在过程装备的密封设计中，以下哪种密封形式适用于高压、高温场合（）A.垫片密封B.填料密封C.机械密封D.迷宫密封10.关于过程装备的选材，以下说法正确的是（）A.只需要考虑材料的强度，不需要考虑韧性B.材料的耐腐蚀性是唯一重要的选材依据C.选材要综合考虑材料的力学性能、耐腐蚀性、加工工艺等因素D.优先选择价格昂贵但性能优异的材料第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请在横线上填上正确答案。1.内压薄壁圆筒的应力计算公式中，周向应力是径向应力的______倍。2.外压圆筒的失稳形式主要有______失稳和______失稳。3.椭圆形封头的有效厚度计算公式为______（写出表达式）。4.搅拌器的类型主要有______、______、______等。5.塔设备的气液传质设备主要有______和______。三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述内压薄壁圆筒应力分析的基本假设。2.说明外压圆筒设计中加强圈的作用及设置原则。3.简述法兰连接的密封原理。4.简述搅拌器的选型原则。四、计算题（共20分）答题要求：本大题共2小题，每小题10分。解答应写出必要的文字说明、计算步骤和答案。1.已知一内压薄壁圆筒，内径Di=1000mm，壁厚δ=10mm，设计压力p=2MPa，材料的许用应力[σ]=100MPa，试计算该圆筒的最大周向应力，并判断是否满足强度要求。2.有一外压圆筒，内径Di=800mm，壁厚δ=6mm，长度L=4000mm，材料的弹性模量E=200GPa，泊松比μ=0.3，试计算该圆筒的临界压力。五（20分）答题要求：本大题共2小题，每小题10分。阅读材料，回答问题。材料：某化工厂拟设计一台储存液态烃的卧式容器，设计压力p=1.6MPa，设计温度t=50℃，介质为液态烃，具有一定腐蚀性。已知该容器内径Di=2m，长度L=6m，采用Q345R材料，许用应力[σ]t=189MPa，腐蚀裕量C2=2mm。1.请设计该卧式容器的筒体壁厚，并说明设计过程。2.对于该容器的封头，你认为选择哪种形式比较合适？并说明理由。答案：第I卷1.A2.B3.A4.B5.C6.D7.C8.A9.C10.C第II卷二、1.22.周向；轴向3.δe=δn-C1-C2（其中δn为名义厚度，C1为钢板负偏差，C2为腐蚀裕量）4.桨式；涡轮式；推进式5.板式塔；填料塔三、1.内压薄壁圆筒应力分析的基本假设：材料是各向同性的、连续的和均匀的；壳体的壁厚远小于中面半径；承受的载荷沿壳体轴线是不变的；忽略弯曲应力。2.加强圈的作用是提高外压圆筒的临界压力，减少壁厚。设置原则：加强圈的间距应小于或等于外压圆筒的临界长度；加强圈与圆筒应紧密贴合，保证共同承载。3.法兰连接的密封原理：通过拧紧螺栓，使法兰压紧垫片，垫片产生弹性变形，填充法兰密封面的凹凸不平处，阻止介质泄漏，同时垫片在螺栓预紧力作用下产生径向密封比压，防止介质通过垫片与密封面间的微小间隙泄漏。4.搅拌器的选型原则：根据搅拌目的和物料特性选择；满足搅拌功率要求；考虑搅拌器的搅拌效果和能耗；适应容器的结构和尺寸。四、1.周向应力σθ=pDi/(2δ)=2×1000/(2×10)=100MPa，许用应力[σ]=100MPa，周向应力等于许用应力，满足强度要求。2.计算外压圆筒的惯性矩I=πDi^3δ/8，计算长径比L/Di=4000/800=5，查相关图表得到系数A、B，根据公式pcr=2.6Eδ/(L/Di)^2计算临界压力pcr。五、1.计算设计压力产生的薄膜应力σ=pDi/(2δ)，根据强度条件σ≤[σ]t，可得δ=pDi/(2[σ]t)+C