化工机械设备基础期末考试题及答案

化工机械设备基础期末考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于压力容器设计温度的说法正确的是（）A.设计温度必须高于最高工作温度B.设计温度可以低于最低工作温度C.设计温度应取介质在操作过程中可能出现的最高或最低温度D.设计温度与环境温度无关答案：C解析：设计温度是指容器在正常工作条件下，壳体金属可能达到的最高或最低温度，必须考虑介质温度、环境温度及加热或冷却方式的影响。设计温度应取介质在操作过程中可能出现的最高或最低温度，以确保材料性能满足要求。2.在列管式换热器中，设置折流板的主要目的是（）A.增加壳程流体的流速B.降低壳程压降C.提高管程传热系数D.防止管子振动答案：A解析：折流板的作用是引导壳程流体横向冲刷管束，提高湍流程度，从而增强传热效果。虽然也会带来压降增加，但主要目的是提高传热效率。3.下列哪种密封形式最适合高压、高温、易燃、易爆介质的静密封（）A.平垫密封B.八角垫密封C.橡胶O形圈密封D.石棉垫片密封答案：B解析：八角垫密封属于金属环垫密封，具有优异的耐高温、耐高压性能，密封可靠，适用于高压、高温、易燃、易爆介质的法兰连接。4.离心泵发生汽蚀的主要原因是（）A.泵出口阀门开度过大B.泵入口压力低于液体饱和蒸汽压C.泵转速过低D.液体粘度过大答案：B解析：汽蚀是由于泵入口压力低于液体在该温度下的饱和蒸汽压，导致液体汽化形成气泡，气泡在高压区破裂产生冲击，造成泵损坏。5.下列关于塔设备中填料塔与板式塔的比较，错误的是（）A.填料塔压降通常低于板式塔B.填料塔适用于真空操作C.板式塔适用于处理含固体颗粒的物料D.填料塔的操作弹性大于板式塔答案：D解析：填料塔的操作弹性通常小于板式塔，因其对液体分布要求较高，易发生液泛或干填料现象，操作范围较窄。6.在压力容器设计中，下列哪种情况必须设置安全阀（）A.容器内为常压液体B.容器内为惰性气体且压力低于0.1MPaC.容器可能因外部热源导致压力升高D.容器为开放式储罐答案：C解析：根据《固定式压力容器安全技术监察规程》，任何可能因外部热源、化学反应、操作失误等原因导致压力升高的容器，必须设置安全泄放装置。7.下列关于搅拌设备中“打旋”现象的描述正确的是（）A.打旋有助于提高混合效率B.打旋是由于搅拌轴偏心安装引起的C.打旋会导致混合效率下降D.打旋只发生在高粘度液体中答案：C解析：打旋是指液体随搅拌器同步旋转，形成层流状态，几乎无相对运动，导致混合效率显著下降。可通过设置挡板或改变搅拌器形式来消除。8.下列哪种材料最适合制造强腐蚀介质的储罐（）A.Q235BB.16MnRC.304不锈钢D.聚四氟乙烯衬里钢答案：D解析：聚四氟乙烯（PTFE）具有极强的耐腐蚀性，几乎耐所有强酸、强碱及有机溶剂，适用于极端腐蚀环境，常用于衬里结构。9.在管壳式换热器中，若管程流体为冷却水，壳程为热油，下列说法正确的是（）A.冷却水应走壳程，便于清洗B.热油应走管程，减少热损失C.冷却水应走管程，便于控制流速D.热油应走壳程，便于安装折流板答案：C解析：冷却水走管程可控制流速，防止结垢；热油走壳程可利用折流板提高传热效率，同时减少热损失。10.下列关于压力容器焊接接头的分类，正确的是（）A.A类接头为筒体纵焊缝B.B类接头为筒体环焊缝C.C类接头为接管与筒体角焊缝D.D类接头为法兰与筒体对接焊缝答案：A解析：根据GB150规定，A类接头为筒体纵焊缝，B类为环焊缝，C类为接管、补强圈与筒体或封头的角焊缝，D类为接管与筒体或封头的对接焊缝。二、判断题（每题1分，共10分）11.压力容器的壁厚越大，其承压能力一定越高。（×）解析：壁厚增加可提高承压能力，但还需考虑材料强度、焊接质量、温度等因素，不能单一判断。12.离心泵的扬程与输送液体的密度无关。（√）解析：扬程是单位重量液体获得的能量，与密度无关，但功率与密度成正比。13.填料塔中液体分布器的作用是防止壁流现象。（√）解析：液体分布器可均匀分配液体，防止偏流和壁流，提高传质效率。14.安全阀的整定压力应等于容器的设计压力。（×）解析：整定压力应不大于容器的设计压力，通常取设计压力的1.05~1.1倍。15.搅拌器的功率消耗与液体粘度成正比。（×）解析：功率与粘度呈非线性关系，层流区与粘度成正比，湍流区影响较小。16.换热器设计中，逆流布置的传热温差最大。（√）解析：逆流布置的对数平均温差最大，传热效率最高。17.塔设备的液泛现象是由于气体速度过低引起的。（×）解析：液泛是由于气体速度过高，液体无法下流，被气体带向上部。18.压力容器进行水压试验时，试验压力为设计压力的1.25倍。（√）解析：根据规定，水压试验压力为设计压力的1.25倍，且不得低于0.1MPa。19.不锈钢在任何环境下都不会生锈。（×）解析：不锈钢在含氯离子环境中易发生点蚀或应力腐蚀开裂。20.离心泵的NPSH（汽蚀余量）越小，抗汽蚀能力越强。（×）解析：NPSH越小，泵抗汽蚀能力越差，要求入口压力更高。三、填空题（每空1分，共20分）21.压力容器的设计压力是指在相应设计温度下，用以确定容器（壳体厚度）的压力，其值不得低于容器的（最高工作压力）。22.管壳式换热器中，常用的管子排列方式有（正三角形）和（正方形）两种，其中（正三角形）排列传热系数更高。23.离心泵的性能曲线包括（扬程-流量）、（功率-流量）和（效率-流量）三条曲线。24.塔设备中，板式塔的常用塔板类型有（浮阀塔板）、（筛孔塔板）和（泡罩塔板）。25.搅拌设备中，常用的搅拌器形式有（桨式）、（涡轮式）、（锚式）和（螺带式）。26.压力容器的A类焊接接头应进行（100%）射线或超声检测，B类接头根据情况可进行（局部）检测。27.换热器的传热基本方程为（Q=K·A·ΔT），其中K为（总传热系数），A为（传热面积），ΔT为（对数平均温差）。28.安全阀的排放能力应（大于或等于）容器在安全泄放量下的最大排放量。29.填料塔的常用填料分为（散装填料）和（规整填料）两大类。30.离心泵的汽蚀余量分为（有效汽蚀余量NPSHa）和（必需汽蚀余量NPSHr），为防止汽蚀，应保证（NPSHa>NPSHr）。四、简答题（每题10分，共30分）31.简述压力容器设计中如何确定设计温度，并说明其重要性。答案：设计温度是指容器在正常工作条件下，壳体金属可能达到的最高或最低温度。确定方法包括：（1）介质温度：取介质在操作过程中的最高或最低温度；（2）环境温度：考虑容器暴露在极端环境下的温度；（3）加热或冷却方式：如蒸汽加热、电伴热等；（4）保温情况：保温层厚度及材料影响壳体温度。重要性：设计温度直接影响材料选择、许用应力、腐蚀速率及密封性能，温度过高可能导致材料强度下降，温度过低可能引起脆性断裂。32.比较填料塔与板式塔在操作性能、适用范围及维护方面的优缺点。答案：（1）操作性能：填料塔压降低，适用于真空操作，传质效率高，但操作弹性小，易液泛；板式塔操作弹性大，处理量大，适用于高压、大流量，但压降高。（2）适用范围：填料塔适用于腐蚀性介质、真空蒸馏、热敏性物料；板式塔适用于含固体颗粒、易聚合、需侧线采出的工况。（3）维护方面：填料塔检修困难，需整体更换填料，清洗不便；板式塔可单块塔板检修，清洗方便，适合频繁更换工况。33.简述离心泵汽蚀的机理、危害及预防措施。答案：机理：泵入口压力低于液体饱和蒸汽压，液体汽化形成气泡，气泡进入高压区破裂，产生冲击波，侵蚀叶轮和泵壳。危害：（1）性能下降：扬程、流量、效率降低；（2）噪音振动：气泡破裂产生噪音和振动；（3）材料破坏：长期汽蚀导致叶轮穿孔、泵壳开裂。预防措施：（1）降低泵安装高度，增加入口压力；（2）减少吸入管路阻力，如增大管径、减少弯头；（3）降低液体温度，减少蒸汽压；（4）选择低NPSHr的泵型；（5）采用诱导轮或双吸泵结构。五、计算题（共20分）34.某管壳式换热器，壳程热油流量为2kg/s，比热容为2.5kJ/(kg·℃)，进口温度150℃，出口温度80℃；管程冷却水流量为3kg/s，比热容为4.2kJ/(kg·℃)，进口温度25℃。求：（1）冷却水出口温度；（2）所需传热面积（总传热系数K=500W/(㎡·℃)）。解：（1）热油放热量：Q=m₁·c₁·ΔT₁=2×2.5×(15080)=350kJ/s=350000W冷却水吸热量：Q=m₂·c₂·ΔT₂350000=3×4200×(T25)T=350000/(3×4200)+25≈52.78℃（2）对数平均温差：ΔT₁=15052.78=97.22℃ΔT₂=8025=55℃ΔTₘ=(97.2255)/ln(97.22/55)≈74.2℃传热面积：A=Q/(K·ΔTₘ)=350000/(500×74.2)≈9.43㎡答案：冷却水出口温度约为52.8℃，所需传热面积约为9.43㎡。六、综合应用题（共20分）35.某化工厂需设计一台立式储罐，储存98%浓硫酸，容积为50m³，设计压力为常压，设计温度为50℃，材料拟选用Q235B钢衬PTFE。请回答：（1）是否可行？说明理由；（2）若不可行，提出改进方案；（3）简述设计时需考虑的关键技术问题。答案：（1）不可行。理由：Q235B钢在浓硫酸中会发生严重腐蚀，尤其在高温下腐蚀速率加快，即使衬PTFE，若衬里破损，钢材将迅速腐蚀，存在泄漏风险。（2）改进方案：①选用整体PTFE储罐，适用于小容积；②选用钢衬PTFE，但需设置检漏系统，定期检测；③