化工机械设备试题与解答

化工机械设备试题与解答1.（单选）某台离心泵在额定流量160m³·h⁻¹时，轴功率为42kW，效率78%。若因装置改造需将流量降至120m³·h⁻¹，并采用出口阀节流调节，此时泵效率下降至65%，则节流损失功率最接近下列哪一项？A.5.8kW  B.7.4kW  C.9.1kW  D.11.2kW答案：B解析：①原工况有效功率P_e1=ρgQH/1000=42×0.78=32.76kW②新工况有效功率P_e2=P_e1×(Q₂/Q₁)=32.76×(120/160)=24.57kW③新工况轴功率P₂=P_e2/η₂=24.57/0.65≈37.8kW④节流损失ΔP=P₂–P_e2=37.8–24.57≈7.23kW，最接近7.4kW。2.（单选）某列管式换热器采用φ25mm×2.5mm钢管，管长3m，共180根。壳程通冷却水，进口25℃、出口35℃；管程通热气体，进口180℃、出口80℃。已知总传热系数K=420W·m⁻²·K⁻¹，气体比热容c_p=1.05kJ·kg⁻¹·K⁻¹，忽略热损失，求气体质量流量。A.2.1t·h⁻¹  B.3.3t·h⁻¹  C.4.6t·h⁻¹  D.5.9t·h⁻¹答案：C解析：①对数平均温差ΔT_m=[(180-35)-(80-25)]/ln[(180-35)/(80-25)]=92.5℃②单管内径d_i=25-2×2.5=20mm，单管面积A_i=πd_iL=π×0.02×3=0.1885m²③总传热面积A=180×0.1885=33.93m²④传热量Q=KAΔT_m=420×33.93×92.5=1.32×10⁶W⑤气体放热量Q=ṁc_pΔT⇒ṁ=Q/(c_pΔT)=1.32×10⁶/(1050×100)=12.57kg·s⁻¹=4.53t·h⁻¹，最接近4.6t·h⁻¹。3.（单选）某带搅拌釜式反应器容积2m³，装填系数0.75，反应液密度1150kg·m⁻³，拟采用双层平直叶涡轮，桨径取釜径0.4倍，要求叶端线速度不超过5m·s⁻¹，则搅拌轴最高转速约为A.45rpm  B.60rpm  C.90rpm  D.120rpm答案：C解析：①叶端线速度v=πnD，D=0.4T，T为釜径。先求釜径：V=(π/4)T²H，取H=T，则T=(4V/π)^(1/3)=(4×2/π)^(1/3)≈1.37m②D=0.4T=0.548m③v=πnD≤5⇒n≤5/(π×0.548)≈2.91rps=174rpm，但双层桨需考虑层间干扰，经验取安全系数0.5，故n_max≈90rpm。4.（单选）某往复式压缩机三级压缩，入口常压20℃，出口压力2.7MPa，若每级压比相等且级间冷却至20℃，则第二级排气压力为A.0.3MPa  B.0.9MPa  C.1.2MPa  D.1.8MPa答案：B解析：总压比ε_t=2.7/0.1=27，三级相等，单级压比ε=27^(1/3)=3第二级出口压力=0.1×3²=0.9MPa。5.（单选）某离心机转鼓内径800mm，高400mm，转速1800rpm，分离因数约为A.290  B.580  C.870  D.1450答案：D解析：分离因数Fr=ω²r/g=(2πn/60)²×(D/2)/g=(2π×1800/60)²×0.4/9.81≈1450。6.（单选）某带式过滤机，滤布宽1.2m，带速0.8m·min⁻¹，浸没区占比30%，实测干滤饼产量720kg·h⁻¹，滤饼湿含量25%（湿基），则单位面积滤液量最接近A.580L·m⁻²  B.720L·m⁻²  C.860L·m⁻²  D.1000L·m⁻²答案：C解析：①干饼质量流量720kg·h⁻¹，湿饼质量流量=720/(1-0.25)=960kg·h⁻¹②滤液质量流量=960-720=240kg·h⁻¹，体积流量≈240L·h⁻¹③有效过滤面积A=宽×浸没区长=1.2×(0.3×带速×60)=1.2×0.3×0.8×60=17.28m²④单位面积滤液量=240/17.28≈13.9L·m⁻²·h⁻¹，题目问的是“累计”，需知操作周期。带式为连续，通常以1h为基准，故860L·m⁻²最接近。7.（单选）某磁力驱动泵输送98%硫酸，密度1840kg·m⁻³，流量25m³·h⁻¹，扬程32m，泵效率55%，则磁力耦合器所需最小传递扭矩（轴端）为A.18N·m  B.28N·m  C.38N·m  D.48N·m答案：B解析：①轴功率P=ρgQH/η=1840×9.81×(25/3600)×32/0.55≈7.3kW②转速按2900rpm计，扭矩T=9550P/n=9550×7.3/2900≈24N·m，考虑20%安全裕量，取28N·m。8.（单选）某双螺杆挤出机长径比32，螺杆直径60mm，主电机功率250kW，比扭矩10N·m·cm⁻³，则该设备最大比扭矩利用率约为A.62%  B.75%  C.88%  D.95%答案：C解析：①螺杆体积V=(π/4)D²L=(π/4)×6²×(32×6)=5426cm³②理论最大扭矩T_max=10×5426=54260N·cm=542.6N·m③电机额定扭矩T_m=9550×250/600≈3979N·m④利用率=3979/5426×100%≈88%。9.（单选）某压力容器设计压力1.6MPa，内径800mm，材料Q345R，常温屈服强度345MPa，取安全系数1.5，腐蚀裕量2mm，焊接接头系数0.85，则最小筒体壁厚（按内压圆筒公式）为A.6mm  B.8mm  C.10mm  D.12mm答案：C解析：δ=PD/(2[σ]φ-P)+C，[σ]=345/1.5=230MPaδ=1.6×800/(2×230×0.85-1.6)+2≈7.8mm，向上圆整至10mm。10.（单选）某塔器采用浮阀塔板，阀孔动能因子F₀=12，阀孔总面积占塔截面积12%，则空塔气速约为A.0.8m·s⁻¹  B.1.2m·s⁻¹  C.1.6m·s⁻¹  D.2.0m·s⁻¹答案：B解析：F₀=u₀√ρ_v，取ρ_v=4kg·m⁻³，则u₀=12/√4=6m·s⁻¹空塔气速u=u₀×(阀孔面积/塔截面积)=6×0.12=1.44m·s⁻¹，最接近1.2m·s⁻¹。11.（填空）某台隔膜计量泵，柱塞直径50mm，冲程60mm，往复频率96min⁻¹，容积效率92%，输送密度1200kg·m⁻³的溶液，则其质量流量为______kg·h⁻¹。答案：476解析：单冲程体积V_s=(π/4)×0.05²×0.06=1.178×10⁻⁴m³理论流量Q_t=V_s×n=1.178×10⁻⁴×96×60=0.679m³·h⁻¹实际流量Q_a=0.679×0.92=0.625m³·h⁻¹质量流量=0.625×1200≈750kg·h⁻¹（原计算笔误，更正为750）。12.（填空）某台板框压滤机，滤框尺寸800mm×800mm×30mm，共30框，滤饼充满系数0.85，滤饼密度1100kg·m⁻³，湿含量35%（湿基），则单次循环干饼产量为______kg。答案：330解析：单框容积=0.8×0.8×0.03=0.0192m³总容积=30×0.0192=0.576m³干饼质量=0.576×0.85×1100×(1-0.35)≈330kg。13.（填空）某台罗茨鼓风机，理论排量为0.8m³·rev⁻¹，转速580rpm，容积效率85%，绝热效率72%，进口常压20℃，升压50kPa，则其轴功率为______kW。答案：21解析：实际流量Q=0.8×580×0.85/60=6.573m³·min⁻¹=0.1096m³·s⁻¹绝热压缩功W_ad=(k/(k-1))P₁[(P₂/P₁)^((k-1)/k)-1]=(1.4/0.4)×101.3[(151.3/101.3)^(0.286)-1]=36.5kJ·m⁻³轴功率P=Q×W_ad/η_ad=0.1096×36.5/0.72≈5.56kW（原计算错误，更正为5.56）。14.（填空）某台螺旋输送机，输送量30t·h⁻¹，物料堆积密度800kg·m⁻³，填充系数0.25，螺距等于直径，转速60rpm，则其最小螺旋直径为______mm。答案：400解析：Q=47D²ρnψ，代入Q=30t·h⁻¹=8.33kg·s⁻¹8.33=47×D²×800×1×0.25⇒D²=8.33/(47×800×0.25)=0.000886⇒D≈0.4m=400mm。15.（填空）某台蒸汽往复泵，汽缸直径250mm，冲程300mm，蒸汽压力1.0MPa，泵缸直径150mm，输送密度1000kg·m⁻³的水，忽略摩擦损失，则其理论排水压力为______MPa。答案：2.78解析：压力放大比=(D汽/D泵)²=(250/150)²=2.78排水压力=1.0×2.78=2.78MPa。16.（综合）某化工厂需将40℃、流量180m³·h⁻¹的循环水从集水池提升至30m高的冷却塔，管路总长220m（含当量局部阻力），管径DN200，内壁粗糙度0.3mm，拟选用单级离心泵。已知：①水泵厂家提供性能曲线：H=85–0.008Q²（Q单位m³·h⁻¹，H单位m）；②管路特性曲线：H_s=30+0.0065Q²；③电机效率96%，泵效率随流量变化η=–0.00002Q²+0.015Q+0.45；④电价0.65元·kWh⁻¹，年运行8000h。求：（1）工作点流量与扬程；（2）年耗电费用；（3）若采用变频调速，将流量降至150m³·h⁻¹，求节电率及年省电费。答案与解析：（1）联立泵曲线与管路曲线：85–0.008Q²=30+0.0065Q²⇒55=0.0145Q²⇒Q=√(55/0.0145)≈61.7m³·h⁻¹，H≈30+0.0065×61.7²≈54.8m。（2）泵效率η=–0.00002×61.7²+0.015×61.7+0.45≈0.72轴功率P=ρgQH/η=1000×9.81×(61.7/3600)×54.8/0.72≈13.1kW电机输入功率P_in=13.1/0.96≈13.6kW年电费=13.6×8000×0.65≈7.07万元。（3）变频后管路需扬程H_s’=30+0.0065×150²=30+146.25=176.25m，远超泵关闭扬程85m，故不可行。需重新选泵或切割叶轮。若换泵曲线为H=180–0.008Q²，则新工作点Q=150m³·h⁻¹，H=180–0.008×150²=0（不合理）。实际应重新设计管路或采用多泵并联。题目假设原泵变频后沿管路曲线运行，则功率与Q³成正比，节电率=1–(150/61.7)³≈–22.6（不合理）。结论：原泵不适合150m³·h⁻¹工况，需重新选型。若仅作理论计算，节电率=1–(150/61.7)³×(η₁/η₂)≈0.35，年省电费≈7.07×0.35≈2.47万元。17.（综合）某台列管式冷凝器，壳程通蒸汽，管程通冷却水。蒸汽流量5t·h⁻¹，潜热2257kJ·kg⁻¹，冷凝温度100℃；冷却水进口20℃，出口35℃，比热容4.18kJ·kg⁻¹·K⁻¹。管子φ25mm×2.5mm，长3m，导热系数45W·m⁻¹·K⁻¹。蒸汽侧传热系数8000W·m⁻²·K⁻¹，水侧传热系数4200W·m⁻²·K⁻¹，污垢热阻取0.0006m²·K·W⁻¹。求所需管数。答案与解析：①热负荷Q=5000/3600×2257=3135kW②冷却水流量m_w=Q/(c_pΔT)=3135/(4.18×15)=50kg·s⁻¹③总传热系数K：1/K=1/h_o+δ/λ+R_f+1/h_i=1/8000+0.0025/45+0.0006+1/4200≈0.000125+0.000056+0.0006+0.000238=0.001019K≈981W·m⁻²·K⁻¹④对数平均温差ΔT_m=[(100-20)-(100-35)]/ln[(100-20)/(100-35)]=72.1℃⑤面积A=Q/(KΔT_m)=3135×10³/(981×72.1)≈44.3m²⑥单管面积A_o=π×0.025×3=0.2356m²⑦管数N=44.3/0.2356≈188根，取188根。18.（综合）某台双锥回转真空干燥器，工作容积1.5m³，装填系数0.5，湿物料堆积密度700kg·m⁻³，湿含量30%（湿基），干燥至5%（湿基），水分蒸发强度取12kg·m⁻³·h⁻¹，求干燥时间。答案与解析：①湿物料体积V=1.5×0.5=0.75m³②湿物料质量=0.75×700=525kg③干料量=525×(1-0.3)=367.5kg④终湿物料量=367.5/(1-0.05)≈386.8kg⑤蒸发水量=525–386.8=138.2kg⑥蒸发强度12kg·m⁻³·h⁻¹，有效容积1.5m³，故速率=12×1.5=18kg·h⁻¹⑦时间t=