2025年大学四年级（化学工程与工艺）化工设备设计试题及答案.doc

2025年大学四年级（化学工程与工艺）化工设备设计试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填涂在答题卡相应位置。（总共6题，每题5分）
1. 以下哪种化工设备的设计需要考虑更高的压力承受能力？
A. 反应釜
B. 换热器
C. 精馏塔
D. 泵
2. 在化工设备设计中，对于耐腐蚀材料的选择，主要依据的是？
A. 设备的外形尺寸
B. 介质的腐蚀性
C. 设备的操作温度
D. 设备的生产能力
3. 化工设备的强度设计主要基于以下哪个理论？
A. 流体力学理论
B. 传热学理论
C. 材料力学理论
D. 化学动力学理论
4. 以下哪种结构形式能有效提高塔设备的分离效率？
A. 板式塔
B. 填料塔
C. 釜式反应器
D. 管式换热器
5. 化工设备设计中，考虑设备的可操作性时，需要重点关注？
A. 设备的外观颜色
B. 检修通道的设置
C. 设备的材质成本
D. 设备的重量
6. 对于搅拌设备的设计，搅拌桨叶的形状主要影响？
A. 搅拌功率
B. 物料的混合均匀度
C. 设备的占地面积
D. 设备的使用寿命

第II卷（非选择题 共70分）
7. 简答题：简述化工设备设计中材料选择的一般原则。（10分）
8. 简答题：说明反应釜设计时需要考虑的主要因素。（15分）
9. 计算题：已知某化工设备的内径为2m，设计压力为5MPa，材料的许用应力为150MPa，计算该设备所需的最小壁厚。（20分）
10. 案例分析题：某化工厂在生产过程中，一台换热器出现了严重的腐蚀现象。请分析可能导致这种情况的原因，并提出相应的改进措施。（15分）
11. 设计题：设计一个年产10万吨的乙烯精馏塔，说明设计思路、主要参数及关键结构设计。（20分）

答案：
1. A
2. B
3. C
4. B
5. B
6. B
7. 化工设备设计中材料选择一般原则：满足工艺要求，能适应设备操作条件如温度、压力、介质腐蚀性等；具有良好的力学性能，保证设备强度和刚度；考虑材料的加工性能，便于制造；兼顾经济性，在满足性能前提下降低成本；重视材料的耐腐蚀性和抗氧化性等特殊性能。
8. 反应釜设计需考虑：反应工艺要求，如温度、压力、反应时间等；物料特性，包括腐蚀性、粘性等；搅拌效果，确保物料均匀混合；传热要求，控制反应温度；密封设计，防止泄漏；材质选择，满足耐蚀、强度等要求；安全附件设置，如安全阀、温度计等；结构合理性，便于安装、检修和操作。
9. 根据公式δ = PD/(2[σ]φ - P)，其中P = 5MPa，D = 2m，[σ] = 150MPa，φ取1（无缝钢管），则δ = 5×2/(2×150 - 5) ≈ 0.033m = 33mm。
10. 可能原因：介质腐蚀性强，原换热器材质不适应；流速设计不合理，导致冲刷腐蚀；温度控制不当，加剧腐蚀；换热器选型错误。改进措施：更换耐腐蚀材料；优化流速；精确控制温度；重新评估选型，选择合适的换热器类型和材质。
11. 设计思路：根据乙烯精馏工艺要求，确定精馏塔的塔板数、回流比等参数。主要参数：确定塔径，根据处理量和流速计算；塔高，由塔板数和板间距确定；回流比，根据分离要求计算。关键结构设计：采用高效塔板，如筛板或浮阀塔板；合理设计进料和出料位置；设置再沸器和冷凝器，保证精馏效果；加强塔体的强度和稳定性设计。