2025年大学本科（化学工程与工艺）化工设备设计阶段测试题及答案

2025年大学本科（化学工程与工艺）化工设备设计阶段测试题及答案

（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。1.化工设备设计中，对于承受内压的圆筒形容器，其壁厚计算主要依据以下哪种理论？A.弹性力学理论B.塑性力学理论C.薄壁容器理论D.厚壁容器理论2.在设计化工塔设备时，以下哪种因素对塔板效率的影响最为关键？A.塔板间距B.气液流速C.塔的直径D.进料位置3.化工设备选材时，需要考虑材料的多种性能，以下哪种性能不是首要考虑的？A.耐腐蚀性B.强度C.导电性D.可加工性4.对于搅拌反应釜的搅拌器设计，搅拌器的哪种参数决定了其对液体的搅拌效果？A.转速B.直径C.叶片形状D.以上都是5.化工管道设计中，管道的公称直径是指？A.管道内径B.管道外径C.与管道内径相近的整数D.与管道外径相近的整数6.在设计换热器时，以下哪种传热方式在换热器中起主要作用？A.传导B.对流C.辐射D.以上都有7.化工设备的密封设计至关重要，以下哪种密封形式适用于高压、高温且介质有毒的场合？A.填料密封B.机械密封C.垫片密封D.迷宫密封8.对于化工压力容器的安全附件设计，安全阀的开启压力一般设定为容器设计压力的？A.0.8倍B.0.9倍C.1.0倍D.1.1倍9.在化工设备设计中，考虑设备的热膨胀问题时，通常采用以下哪种措施？A.增加壁厚B.设置膨胀节C.提高材料强度D.降低操作温度10.化工设备的基础设计需要考虑多种因素，以下哪种因素不是基础设计的主要依据？A.设备重量B.设备振动C.土壤承载能力D.周边环境温度第II卷（非选择题共70分）11.（10分）简述化工设备设计的一般流程。12.（15分）在化工塔设备设计中，如何提高塔的分离效率？13.（15分）某化工反应釜需要设计搅拌装置，已知反应釜内径为2m，物料密度为1200kg/m³，搅拌转速要求为100r/min，试确定搅拌器的功率范围。14.（15分）阅读材料：某化工厂计划新建一套化工生产装置，其中涉及到多种化工设备的设计与选型。在设备设计过程中，需要考虑工艺要求、安全因素、成本控制等多方面因素。例如，对于反应釜的设计，要根据反应的特点确定合适的材质、搅拌方式和加热冷却方式；对于换热器的设计，要保证换热效率的同时降低能耗。问题：请结合材料，阐述在化工设备设计中如何平衡工艺要求、安全因素和成本控制这三个方面。15.（15分）阅读材料：某化工企业现有一台老化的精馏塔，需要进行改造设计。原精馏塔塔径为3m，塔高为20m，分离效率较低。改造要求提高分离效率，降低能耗，同时保证设备的安全性和可靠性。问题：针对该精馏塔的改造设计，请提出具体的设计思路和措施。答案：1.C2.B3.C4.D5.C6.B7.B8.D9.B10.D11.化工设备设计一般流程：首先进行工艺分析，明确生产工艺对设备的要求；然后进行概念设计，确定设备的初步结构形式；接着进行详细设计，计算设备各部分尺寸、强度等；之后进行零部件设计与选型；再进行制造图设计；制造完成后进行检验与验收；最后投入使用并可能根据实际情况进行优化改进。12.提高塔分离效率的方法有：合理设计塔板结构，如采用高效塔板；优化气液流速，使气液接触良好；控制进料条件，确保进料分布均匀；选择合适的回流比；保证塔内温度、压力稳定；减少塔内的返混现象；定期清理塔内杂质等。通过这些措施可提高传质效率，进而提高塔的分离效率。13.搅拌器功率计算：先计算搅拌器的叶端速度u=πDn/60，其中D为搅拌器直径，n为转速。假设搅拌器直径为0.5m，则u=π×0.5×100/60≈2.62m/s。再根据经验公式计算搅拌功率P=Kρn³D⁵，其中K为功率准数，ρ为物料密度，这里取K=5，可得P=5×1200×100³×0.5⁵≈9375W，所以搅拌器功率范围在5-15kW左右。14.在化工设备设计中平衡工艺要求、安全因素和成本控制：工艺要求是核心，要根据生产工艺确定设备功能和性能参数。安全因素至关重要，通过合理选材、设置安全附件等确保设备安全运行。成本控制方面，在满足工艺和安全前提下，优化设计减少材料消耗和制造安装成本。例如反应釜设计选合适材质保证反应进行又不过度增加成本，换热器设计提高效率降低能耗从而控制成本。15.针对精馏塔改造设计思路和措施：增大塔径，可提高气液处理能力，利于分离；更换高效塔板，提高传