2011年過程設備設計復習題和答案

1、過程設備設計復習題及答案、單選題1 .儲存設備1.1 設計臥式儲存罐雙鞍座支承時，兩支座的狀態(tài)應采用：（C）A.兩個都固定B.兩者均可移動C.一個固定，一個移動D.以上均可1.2 低溫球罐的支柱和球殼連接處最好采用：（C）A.接連接結構形式B.加托板結構C.U型柱結構形式D.支柱翻邊結構1.3 臥式儲罐發(fā)生扁塌現象的根本原因是：（A ）A.支座處截面受剪力作用而產生周向彎矩B.圓筒上不設置加強圈C.支座的設置位置不適合D.設計壓力過高1.4 隨著石油業(yè)的發(fā)展，在大型球罐上最常采用的罐體組合方式是:A.純桔瓣罐體B.足球瓣式罐體C.混合式罐體D.兩個半球組成的罐體2 .換熱設備2.1 根據結構來

2、分，下面各項中那個不屬于管殼式換熱器:A.固定管板式換熱器B.蓄熱式換熱器C.浮頭式換熱器D.U形管式換熱器(C )2.2 常見的管殼式換熱器和板式換熱器屬于以下哪種類型的妣器:.A,直接接觸式換熱器B.蓄熱式換熱器C.間壁式換熱器D.中間載熱體式換熱器2.3 下面那種類型的換熱器不是利用管程和殼程來進行傳熱的：（B ）A.蛇管式換熱器B.套管式換熱器C.管殼式換熱器D.纏繞管式換熱器2.4 下列關于管式換熱器的描述中，錯誤的是：（C ）A.在高溫、高壓和大型換熱器中，管式換熱器仍占絕對優(yōu)勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。B.蛇管式換熱器是管式換熱器的一種，它由金屬或者非金屬的管子組成，按需要

3、彎曲成所需的形狀。C.套管式換熱器單位傳熱面的金屬消耗量小，檢測、清洗和拆卸都較為容易。D.套管式換熱器一般適用于高溫、高壓、小流量流體和所需要的傳熱面積不大的場合。2.5 下列措施中，不能起到換熱器的防振效果的有：（A）A.增加殼程數量或降低橫流速度。B.改變管子的固有頻率。C.在殼程插入平行于管子軸線的縱向隔板或多孔板。D.在管子的外邊面沿周向纏繞金屬絲或沿軸向安裝金屬條。二、多選題6.換熱設備6.1 按照換熱設備熱傳遞原理或傳遞方式進行分類可以分為以下幾種主要形式：（ABC ）A.直接接觸式換熱器B.蓄熱式換熱器C.間壁式換熱器D.管式換熱器6.2 下面屬于管殼式換熱器結構的有：（ABC

4、D ）A.換熱管B.管板C.管箱D.殼體6.3 引起流體誘導振動的原因有：(ACD )A.卡曼漩渦B.流體密度過大C.流體彈性擾動D.流體流速過快6.4 傳熱強化的措施有：(BCD)A.提高流量B.增加平均傳熱溫差C.擴大傳熱面積D.提高傳熱系數6.5 下列關于管殼式換熱器的描述中，錯誤的是：(CD)A.管殼式換熱器結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力。B.管殼式換熱器適用于殼側介質清潔且不易結垢并能進行清洗的場合。C.管殼式換熱器適用于管、殼程兩側溫差較大或者殼側壓力較高的場合。D.在管殼式換熱器中，當管束和殼體的壁溫或材料的線膨脹系數相差不大時，殼體和管束中將產生較大的熱應力三、判斷題5.儲存

5、設備()5.1儲罐的形式主要有臥式，立式和球形儲罐，儲存介質的性質是選擇儲罐形式和儲存系統(tǒng)的一個重要因素。(錯)5.2鞍座包角越小，鞍角重量越輕，且儲罐 支座系統(tǒng)的中心降低。()5.3工程上可以將雙鞍座臥式儲存罐簡化為均布載荷的外伸簡支梁。(錯)5.4球罐支座中裙式支座用得最為廣泛。()5.5柱式支座的主要缺點是球罐的重心高，穩(wěn)定性差。()5.6需要開檢查孔時，由于特殊原因而不能開設時，應相應縮短檢查周期，或者對全部縱向環(huán)向焊縫作100%無損檢測。(X)5.7球罐接管除工藝特殊要求外，應盡量集中在上下極板上。()5.8在用水壓測試容器壁厚時，校合壓力一般取1.25P.(X)5.9按形狀改變比能

6、屈服失效判劇計算出的內壁初始屈服壓力和實際測量值最為接近。6.換熱設備(X)6.1套管式換熱器具有結構簡單，工作適應范圍大，傳熱面積增減方便的特點(錯)6.2通過增加管程流量或增加橫流速度可以改變卡曼漩渦頻率，從而消除散熱器的振動。()6.3余熱鍋爐是在工業(yè)中用來回收余熱的一種鍋爐，它的基本結構和一般鍋爐相似。（錯）6.4余熱鍋爐的使用會增加對環(huán)境的污染（X）6.5使用余熱鍋爐能夠提高熱能總利用率，節(jié)約一次能源消耗。（錯）6.6在換熱設備中，采用大直徑的換熱管可以增大傳熱面積。（錯）6.7在換熱設備中，換熱管的管徑愈小，耐壓愈高。（）6.8管內翅片雖然增加了傳熱面積，但是也改變了流體在管內的流

7、動形勢和阻力分布，泵功率的損失也會相應 增加。（錯）6.9管子的固有頻率可以通過精確的計算獲得。（）6.10板式換熱器可用于處理從水到高黏度的液體的加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等過程，適用于經常需要清洗，工 作環(huán)境要求十分緊湊的場合。四、思考題005 .儲存設備5.1 設計雙鞍座臥式容器時，支座位置應該按照那些原則確定？試說明理由。根據JB4731規(guī)定，取A小于等于0.2L,最大不得超過 0.25L,否則容器外伸端將使支座界面的應力過大。因為當A = 0.207L時，雙支座跨距中間截面的最大彎距和支座截面處的彎距絕對值相等，使兩個截面保持等強度。考慮到 除彎距以外的載荷，所以常取外圓筒的彎距較小。所

8、以取 A小于等于0.2L。當A滿足小于等于0.2L時，最好使 A小于等于0.5Rm （Rm為圓筒的平均半徑）。這是因為支座靠近封頭可充分 利用封頭對支座處圓筒的加強作用。5.2 雙鞍座臥式容器受力分析和外伸梁承受均布載荷有何相同何不同，試用剪力圖和彎距圖比較。（圖見課本）外伸梁的剪力和彎矩圖和此圖類似，只是在兩端沒有剪力和彎矩作用，兩端的剪力和彎矩均為零5.3 扁塌”現象的原因是什么？如何防止這一現象出現？由于支座處截面受剪力作用而產生周向彎距，在周向彎距的作用下，導致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產生所謂扁塌”現象?？梢栽O置加強圈，或者使支座靠近封頭布置，利用加強圈或封頭的加強作用。5.4 雙

9、鞍座臥式容器設計中應計算那些應力？如何產生的？圓筒上的軸向應力。由軸向彎矩引起。支座截面處圓筒和封頭上的切向切應力和封頭的附加拉伸應力。由橫向剪力引起。支座截面處圓筒的周向彎曲應力。由截面上切向切應力引起。支座截面處圓筒的周向壓縮應力。通過鞍座作用于圓筒上的載荷所導致的。5.5 鞍座包角對臥式容器筒體應力和鞍座自身強度有何影響？鞍座包角的大小不僅影響鞍座處圓筒截面上的應力分布，而且也影響臥式儲罐的穩(wěn)定性和儲罐一支座系統(tǒng)的重心高低。包角小，鞍座重量輕，但重心高，且鞍座處圓筒上的應力較大。5.6 在什么情況下應對臥式容器進行加強圈加強？如臥式儲罐支座因結構原因不能設置在靠近封頭處（A0.5Ri）,

10、且圓筒不足以承受周向彎距時，就需在支座截面處的圓筒上設置加強圈，以便和圓筒一起承載。5.7 球形儲罐有哪些特點？設計球罐時應考慮那些載荷？各種罐體型式有何特點？球形儲罐應力分布均勻。設計時要考慮壓力載荷、重量載荷、風載荷、雪載荷、地震載荷和環(huán)境溫度變化引起的載荷。純桔瓣式的特點是球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝比較容易，加快組裝進度并可對其實施自動焊。但是球瓣在各 帶位置尺寸大小不一，只能在本帶內或上，下對稱的帶間互換；下料成型復雜，板材利用率低，板材較小，不易設 計人孔和接管。且不易錯開焊縫。足球瓣式，由于每塊的尺寸相同，下料規(guī)格化，材料利用率好，互換性好，組裝焊縫短。但是焊縫排布比較困難， 組

11、裝困難，且此類罐的適用容積較小?；旌鲜焦摅w基本結合了前面兩種的有點，現在的使用比較廣泛。5.8 球形儲灌采用赤道正切柱式支座時，應遵循那些準則？支柱在球殼赤道帶等距離布置，支柱中心線和球殼相切或相割而焊接起來。若相割，支柱中心線和球殼交點同球心連線和赤道平面的夾角為 10。20。為了能承受風載荷和地震載荷，保證穩(wěn)定性，還必須在支柱間設置連接拉桿。5.9 液化氣體存儲設備設計時如何考慮環(huán)境對它的影響？不僅要考慮環(huán)境溫度、風載荷、雪載荷和地震載荷，還要注意液化氣體的膨脹性和壓縮性。6 .換熱設備6.1 換熱設備有哪幾種主要形式？按換熱設備熱傳遞原理或傳熱方式進行分類，可分為以下幾種主要形式：1 .

12、直接接觸式換熱器 利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱。2 .蓄熱式換熱器 借助于由固體構成的蓄熱體和熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體。3 .間壁式換熱器 利用間壁（固體壁面）冷熱兩種流體隔開，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。4 .中間載熱體式換熱器 載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在 低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體。6.2 間壁式換熱器有哪幾種主要形式？各有什么特點？1 .管式換熱器 按傳熱管的結構形式不同大致可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱器。在換熱效率、結構緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗

13、量等方面不如其它新型換熱器，但它具有結構堅固、可靠、 適應性強、易于制造、能承受較高的操作壓力和溫度等優(yōu)點。在高溫、高壓和大型換熱器中，管式換熱器仍占絕對 優(yōu)勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。2 .板面式換熱器 按傳熱板面的結構形式可分為：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板式換熱器。傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結構上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態(tài)，從而強化了傳 熱。板面式換熱器采用板材制作，在大規(guī)模組織生產時，可降低設備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。3 .其他一些為滿足工藝特殊要求而設計的具有特殊結構的換熱器，如回轉式換熱器、熱管換熱器、聚四氟

14、乙烯換熱器和石墨換熱器等。6.3 管殼式換熱器主要有哪幾種形式？1 .固定管板式：結構簡單，承壓高，管程易清潔，可能產生較大熱應力；適用殼側介質清潔；管、殼溫差不大或大 但殼側壓力不高。2 .浮頭式：結構復雜，無熱應力、管間和管內清洗方便，密封要求高。適用殼側結垢及大溫差。3 .U形管式：結構比較簡單，內層管不能更換；適用管內清潔、高溫高壓。4 .填料函式：結構簡單，管間和管內清洗方便，填料處易泄漏；適用 4MPa以下，溫度受限制。6.4 換熱器流體誘導震動的主要原因有哪些？相應采取哪些防震措施？1 .強度脹（密封和抗拉脫弱，無縫隙）；2 .強度焊（密封和抗拉脫強，有縫隙，存在焊接殘余熱應力）

15、；3 .脹焊并用（先焊后脹，至少保證其中之一抗拉脫）。6.5 換熱管和管板有哪幾種連接方式？各有什么特點？橫向流誘導振動的主要原因有：卡曼漩渦、流體彈性擾動、湍流顫振、聲振動、射流轉換。在橫流速度較低時，容易產生周期性的卡曼漩渦，這時在換熱器中既可能產生管子的振動，也可能產生聲振動。當橫流速度較高時，管 子的振動一般情況下是由流體彈性不穩(wěn)定性激發(fā)振動，但不會產生聲振動。只有當橫流速度很高，才會出現射流轉 換而引起管子的振動。為了避免出現共振，要使激振頻率遠離固有頻率。可通過改變流速、改變管子固有頻率、增 設消聲板、抑制周期性漩渦、設置防沖板或導流筒等途徑來實現。6.6 換熱設備傳熱強化可采用哪

16、些途徑來實現？要使換熱設備中傳熱過程強化，可通過提高傳熱系數、增大換熱面積和增大平均傳熱溫差來實現。提高對流傳熱系數的方法又可分為有功傳熱強化和無功傳熱強化：1 .有功傳熱強化使用外部能量來達到傳熱強化目的，如攪拌換熱介質、使換熱表面或流體振動、將電磁場作用于流體以促使換熱表面附近流體的混合等技術。2 .無功傳熱強化無需使用外部能量來達到傳熱強化的目的。在換熱器設計中，用的最多的無功傳熱強化法是擴展表面，它既能增加傳熱面積，又能提高傳熱系數。a.如槽管、翅片可增加近壁區(qū)湍流度，設計結構時要注意優(yōu)先增強傳熱系數小的一側的湍流度。b.改變殼程擋板結構（多弓形折流板、異形孔板、網狀整圓形板），減少死

17、區(qū)。改變管束支撐結構（桿式支撐），減少死區(qū)。7.塔設備7.1 塔設備由那幾部分組成？各部分的作用是什么？無論是填料塔還是板式塔，除了各種內件之外，均由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺等組成。（具體作用參考課本）7.2 填料塔中液體分布器的作用是什么？液體分布器安裝于填料上部，它將液相加料及回流液均勻地分布到填料的表面上，形成液體的初始分布。7.3 試分析塔在正常操作、停工檢修和壓力試驗等三種工況下的載荷？1 .質量載荷塔體、裙座、塔內件、塔附件、操作平臺及扶梯質量、偏心載荷（再沸器、冷凝器等附屬設備）；操作時物料質量；水壓試驗時充水質量；2 .偏心載荷（彎矩）3 .風

18、載荷4 .地震載荷（垂直和水平）5 .內壓或外壓6淇他塔在正常操作、停工檢修和壓力試驗等三種工況下的載荷是上述各種載荷的組合，請讀者自己思考。7.4 簡述塔設備設計的基本步驟。根據內壓計算塔體厚度后，對正常操作、停工檢修及壓力試驗工況分別進行軸向最大拉伸應力和最大壓縮應力的校核。如不滿足要求，則需調整塔體厚度，重新進行應力校核。如何確定筒體軸向應力？（思路）內壓或外壓引起重力引起垂直地震力最大彎矩（風載、水平地震力、偏心彎矩）7.5 塔設備振動的原因有哪些？如何預防振動？安裝于室外的塔設備，在風力的作用下，將產生兩個方向的振動。一種是順風向的振動，即振動方向沿著風的方向；另一種是橫向振動，即振

19、動方向沿著風的垂直方向，又稱橫向振動或風的誘導振動。為了防止塔的共振，塔在操作時激振力的頻率 （即升力作用的頻率或旋渦脫落的頻率）fv不得在塔體第一振型固有頻率的0.851.3倍范圍內?？刹扇∫韵麓胧┻_到這一目的：1.增大塔的固有頻率。2.采用擾流裝置。3.增大塔的阻尼。7.6 塔設備設計中，哪些危險界面需要校核軸向強度和穩(wěn)定性?1 .裙座底部截面及孔中心橫截面是危險截面。2 .筒體和群座連接處的橫截面。8.反應設備8.1 反應設備有哪幾種分類方法？簡述幾種常見的反應設備的特點。反應設備可分為化學反應器和生物反應器。前者是指在其中實現一個或幾個化學反應，并使反應物通過化學反應轉變?yōu)榉磻a物的設

20、備；后者是指為細胞或酶提供適宜的反應環(huán)境以達到細胞生長代謝和進行反應的設備。（具體分類見課本8.1反應器分類）8.2 機械攪拌反應器主要由哪些零部件組成？攪拌反應器由攪拌容器和攪拌機兩大部分組成。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內構件。攪拌器、攪拌軸及其密封裝置、傳動裝置等統(tǒng)稱為攪拌機。8.3 攪拌容器的傳熱元件有哪幾種？各有什么特點？常用的換熱元件有夾套和內盤管。當夾套的換熱面積能滿足傳熱要求時，應優(yōu)先采用夾套，這樣可減少容器內構件，便于清洗，不占用有效容積。夾套的主要結構型式有：整體夾套、型鋼夾套、半圓管夾套和蜂窩夾套等。（具體結構特征請參照課本）8.4 攪拌器在容器內的安裝方法有哪幾種？對于

21、攪拌機頂插式中心安裝的情況，其流型有什么特點？對于攪拌機頂插式中心安裝的立式圓筒，有三種基本流型：徑向流，軸向流，切向流。除中心安裝的攪拌機外，還有偏心式、底插式、側插式、斜插式、臥式等安裝方式。8.5 常見的攪拌器有哪幾種？簡述各自特點。1 .漿式攪拌器用于低粘度，轉速較高，小容積；2 .推進式攪拌器用于低粘度，轉速高，循環(huán)能力強，可用于大容積攪拌；3 .渦輪式用于中粘度達 50Pa.s,范圍較廣，轉速較高，中容積；4 .錨式用于高粘最高達 100Pa.s,轉速較低。8.6 渦輪式攪拌器在容器中的流型及其使用范圍？渦輪式攪拌器是使用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體。渦輪式攪拌器可分為開式和盤式二類。渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團分散得很細，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液一液分散、液一