【题库】化工设备设计基础

一、选择题

1、已知两个力F1、F2在同一轴上的投影相等，则这两个力

不一定相等

2、力F对0点之矩和力偶对于作用面内任一点之矩，它们与矩心位置的关系是：

力F对O点之矩与矩心位置有关;力偶对于作用面内任一点之矩与矩心位置无关

3、低碳钢拉伸试件的应力一应变曲线大致可分为4个阶段。下面哪个结论是正确的：

弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段

4、材料力学中的内力是指：

由外力作用引起的各质点间相互作用力的改变量

5、关于力偶，以下说法中哪个是正确的：

力偶对任一点之矩等于力偶矩矢量

6、承受气体收的标准椭圆形封头的最大应力发生在

顶点

7.压力容器的设计温度是指

介质温度

8.提高外压容器的抗失稳能力的途径有

增设加强圈

9、管法兰的公称直径指的是

管子的公称直径

10.在容器设计中，图纸上应标注的厚度是

名义厚度

11、平面平行力系最多可以求解  未知数。

两个  

12、下列不属于材料力学性能的是

弹性模量

13、钢材的含碳量均应大于0.2%  小于2％

14、内压容器有效厚度是指

名义厚度减去厚度附加量

15、内压容器气压试验压力为：   

16、关于受气体内压的回转壳体的薄膜应力，下列说法中不正确的是

当a/b=2时，椭圆形壳体质点处的薄膜应力最小

17、从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球封头和折边球面封头四种封头中，  的受力情况最好

半球形封头

18、无缝钢管的公称直径指的是管子的

其他

19、设计中选用标准法兰管的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外，还应考虑法兰的 

工作温度

20、设计压力为2.5MPa的容器属

中压容器

21、钢材的强度随温度的升高而 ，韧性和塑性随温度的降低而

下降   升高 

22、不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于

千分之一

23、直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上第一，第二曲率半径分别是 

ρ1=r，ρ2=D/2

24、下列容器支座属于卧式容器支座的是

圈式支座

25、下列哪种腐蚀属于化学腐蚀

 氢腐蚀             

26、确定法兰尺寸是以16MnR在  时的力学性能为基准

200℃

27、引起钢中产生“白点”现象的杂质元素是

氢

28、为了防止晶间腐蚀可以在钢中加入

Ti、Nb

29、衡量金属材料强度指标有

屈服点

30、计算厚度与腐蚀裕量之和为

设计厚度

31、一个外压圆筒形容器，筒长10m, 现需设  个间距为2.5m的加强圈

3个

32、相同制造条件下，所需金属材料厚度最小的是    封头

半球形封头

33、下列   密封面适于易燃易爆或有毒的介质

榫槽型

34、对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的

低温韧性

判断题

1、互成平衡的两个力对于同一点0之矩的代数和为零。√

2、为使截面形状符合经济的原则，塑性材料例如钢材采用对称截面形状，脆性材料例如铸铁采用非对称截面。√ 

3、材料的变形在解除外力后都能消失。×

4、梁在纯弯曲时，横截面上任一点的轴向线应变的大小与该点到中性轴的距离成正比。√

5、外压容器的加强圈和内压容器的补强圈的作用相同。 ×

6、在设计过程中，如在筒体上开椭圆孔，应使其短轴与简体的轴线平行，以尽量减少 开孔对纵截面的削弱程度。√

7、用相同材料制成粗细不同的杠杆，在相同的拉力作用下，细杆易断，这是因为截面上的正应力较大的缘故√

8、圆轴扭转时，横截面上各点剪应力与它们距中心的距离成正比并且圆心处剪应力为零，轴表面的剪应力最大 √

9、设计压力为4MPa的容器为高压容器 ×

10、容器的名义厚度与计算界度的差值是壁厚附加量×

11、受内压作用的容器必须按强度计算进行壁厚设计√

12、一常压塔最大压应力应发生在安装检修时的设备迎风侧 ×

13、在补强圈上开有一个M1O的小螺纹孔。√

14、压力容器无论制造完毕后或检修完毕后，必须进行压力试验。√

15、边缘应力具有自限性和局限性。√

16、容器的强度反映了外压容器抵抗失稳的能力，×

17、《压力容器安全技术监察规程》 把压力容器按其破坏时造成的危高程度分为三类，其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因而在设计，制造和使用方面对其要求最高 √

名词解释

51、薄壁容器：

根据容器外径D_i与内径D_i的比值K来判断，K＞1.2为厚壁容器，K≤1.2为薄壁容器。

52、筒体的弹性失稳

在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳

53、 垫片密封比压力

在法兰密封中形成初始密封条件的压紧应力叫垫片密封比压力

54、延伸率

延伸率即试样拉伸断裂后标距段的残余伸长的长度ΔL与原始标距长度L之比的百分数：δ=ΔL/L×100%。

55、 壁厚附加量

在满足强度要求而计算出的壁厚之外，考虑其他因素而额外增加的壁厚量，包括钢板负偏差（或钢管负偏差）C₁、腐蚀量C₂，即C=C₁+C₂

56、无力矩理论

对薄壁壳体作力学分析时忽略其力矩的一种理论。又称“薄膜理论”。认为在一定条件下，受压力载荷的薄壁壳体内力矩很小，可忽略不计，因此壳体类似薄膜受力，没有弯矩和弯曲应力，只存在沿壁厚均匀分布的薄膜应力。

57、法兰的公称压力

在规定的螺栓材料或者垫片的基础上，16MnR材料制造的法兰，在200℃时所允许的最大压力

58、泊松比

材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。

58、同素异构转变

一些金属，在固态下随温度或压力的改变,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。

59、断面收缩率

是指材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比

60、薄膜应力

薄膜应力是指沿截面厚度均匀分布的应力成分，它等于沿所考虑截面厚度的应力平均值

61、强度

是指表示工程材料抵抗断裂和过度变形的力学性能之一。常用的强度性能指标有拉伸强度和屈服强度（或屈服点）。 

简答题

62、化工设备对材料有哪些基本要求

1、物理性能要求—密度、熔点、比热容、导热系数等

2、化学性能要求；耐腐蚀性和抗氧化性

3、加工工艺性能要求：可铸性、可锻性、可焊性和可切削加工性

4、力学性能要求—塑性、强度、硬度、冲击韧性

63、不锈钢为什么含碳量都那么低

不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，不锈钢中的主要合金元素是Cr（铬），只有当Cr含量达到一定值时，钢材有耐蚀性。但是由于钢中碳元素与铬形成铬的碳化物而消耗了铬，致使钢中的有效铬含量减小，降低了钢的耐蚀性，所以不锈钢中的碳含量都是较低的。

64、填料塔中液体再分布装置的工作原理

首先收集上一填料层的液体，纠正塔内流量体的不良分布；纠正塔内流体浓度的不良分布。然后进行混合，使其在下一填料层均匀分布，在填料塔表面上与自上而下流动的气体进行气液接触，从而提高塔的传质效率。

65、管壳式换热器的温差应力的产生原因和计算方法是什么

产生原因：

1、结构因素：换热器的管束与壳体时刚性连接

2、温差因素：换热器的管壁温度与壳壁温度差

3、换热器的管束与壳体材料的线膨胀系数大小的影响

计算方法：

66、简述搅拌反应釜的机械密封与填料密封的原理

机械密封：当轴转动时，搅拌轴带动弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起旋转，由于弹簧力的作用，动环紧紧压在静环上，而静环静止不动，依靠弹性元件及介质的压力使两个光滑而平直的端面紧密接触，形成一层极薄的液膜，这样静环和动环相接触的环形断面就阻止了介质的泄漏。

填料密封：在压盖压力作用下,装在拌轴填料箱之间的填料产生径向扩张,对揽拌轴表面施加径向压紧力，塞紧了间隙，从而阳止介质的世漏。由于填料中含有一定量的润滑剂,因此，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时形成一层板薄的液膜，它一方面使搅拌轴得到润滑,另一方面阻止设备内流体逸出或外部流体渗入而达到密封效果。

67、下列钢号各代表何种钢？符号中数字各有什么意义？

16MnR、20g、Q235—A、0Cr19Ni9

Q235-A代表 普通碳素钢（钢种），其中Q为屈服强度  ，235为屈服强度值，A表示 质量等级

20代表优质碳素钢，20为含碳量0.2%

16MnR 代表普通低合金钢，含碳量0.16%，含Mn小于1.5%，R代表容器用钢

0Cr19Ni9代表铬镍不锈钢，表示含碳量小于千分之一，19表示含铬19％，9表示含镍9％

68、管壳式换热器主要有哪几种结构？各有何特点？

（1）固定管板式换热器

优点：结构较简单，造价较低，相对于其他列管式换热器其管板最薄。

缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。

（2）浮头式换热器

优点：一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动，管壳间不产生温差应力，管束可抽出，便于清洗。

缺点：结构较复杂，金属耗量较大，浮头处发生内漏时不便检查，管束与管体间隙较大，影响传热。

（3）填料函式换热器

优点：管束一端可自由膨胀，造价比浮头式低，检修清洗容易，填函处泄露能及时发现。

缺点：壳程内介质有外漏的可能，壳程中不易处理，易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。

（4）U型管式换热器

优点：只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可自由膨胀。

缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换。

69、如何确定搅拌轴的直径？

搅拌轴收到扭转和弯曲的组合作用，其中以扭转为主，所以工程上采用近似的方法来确定搅拌轴的直径，即假定搅拌轴又承受扭矩的作用，然后用增加安全系数以降低材料作用应力的方法来弥补由于忽略轴受弯曲作用所引起的误差。

①搅拌轴的强度计算

轴的扭转强度条件

d为搅拌轴直径，mm;P为搅拌轴传递的功率，kW;n为搅拌轴转速，r/min。

搅拌轴刚度计算

搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，取二者较大值。考虑到轴上键槽或孔对轴横截面的局部削弱以及介质对搅拌轴的腐蚀，搅拌轴直径应按计算直径给予适当增大，并圆整到适当的轴径，以便与其他零件相配合。

论述题

论述内压塔塔体强度设计计算思路

①按设计压力计算筒体以及封头壁厚。

②塔设备所承受的各种载荷计算（操作压力、质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷）

③计算圆筒的应力。

④筒体壁厚的校验（最大轴向组合应力的计算、强度与稳定校核、水压试验时应力校核）

计算题

1、已知搅拌反应釜的传动轴直径D为20mm，材料为45钢，G=80GPa，其传递的轴功率为1.5KW，搅拌转速n=100r/min，求扭转时传动杆横截面上所受到的最大剪应力是多少？传动单位长度上的扭转角是多少？

2、如图所示，两端固定的变截面直杆在连接处受到70KN的力，已知：A1=5cm2，A2=4cm2，E1=200GN/m2，E2=250GN/m2，求出两端约束反力的大小？

解：

P1=50KN，方向向左

P2=20KN，方向向左

3、一个低合金钢内压反应塔，筒体内径Di=500mm，标准椭圆形封头，工作压力2.0MPa（装有安全阀），工作温度300℃，塔体采用单面手工电弧焊（有垫板），局部无损探伤，内部介质哟轻微腐蚀性。

（1）设计塔体壁厚，并校核水压试验强度。

（2）设计封头壁厚

4、一根钢杆，其弹性模量E=2.Ix10*MPa,比例极限op=210MPa;在轴向拉力P作用下，纵向线应变c=0.001.求此时杆横截面上的正应力。如果加大拉力P,使杆件的纵向线应变增加到£=0.01，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么?

解：

Δ=E*ε=2.1*10^3*0.001=210MPa

Δ'=E*ε=2.1*10^5*0.01=2100MPa>210MPa

故不能通过虎克定律确定。

5、一台由圆筒和标准椭圆形封头组成的内压容器，内径Di=2000mm，设计压力为2.0MPa，设计温度为150℃，筒体及封头材料均为16MnR。筒体纵焊缝采用双面对接焊，100％无损探伤。试分别设计筒体和封头的壁厚。（16MnR当t≤150℃时，[σ]t=170MPa，16MnR钢板的负偏差C1=0.25mm，腐蚀余量取C2=1mm，不考虑液柱压力。）