陜西科技大學(xué)過程設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題.pdf

過程設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題及答案 一、單選題 儲存設(shè)備 5.1設(shè)計(jì)臥式儲存罐雙鞍座支承時(shí)，兩支座的狀態(tài)應(yīng)采用：（C） A.兩個(gè)都固定 B.兩者均可移動 C.一個(gè)固定，一個(gè)移動 D.以上均可 5.2低溫球罐的支柱與球殼連接處最好采用：（ C） A.接連接結(jié)構(gòu)形式 B.加托板結(jié)構(gòu) C.U型柱結(jié)構(gòu)形式 D.支柱翻邊結(jié)構(gòu) 5.3臥式儲罐發(fā)生扁塌現(xiàn)象的根本原因是：（A ） A.支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎矩 B.圓筒上不設(shè)置加強(qiáng)圈 C.支座的設(shè)置位置不適合 D.設(shè)計(jì)壓力過高 5.4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：（ C ） A.純桔瓣罐體 B.足球瓣式罐體 C.混合式罐體 D.兩個(gè)半球組成的罐體 換熱設(shè)備 6.1根據(jù)結(jié)構(gòu)來分，下面各項(xiàng)中那個(gè)不屬于管殼式換熱器：（ B ） 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 6.2常見的管殼式換熱器和板式換熱器屬于以下哪種類型的換熱器：（C ） 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 6.3下面那種類型的換熱器不是利用管程和殼程來進(jìn)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 6.4下列關(guān)于管式換熱器的描述中，錯(cuò)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。 6.5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(shù)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(shè)備 6.1 按照換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳遞方式進(jìn)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(jié)構(gòu)的有：（ABCD） A. 換熱管 B. 管板 C. 管箱 D. 殼體 6.3 引起流體誘導(dǎo)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(qiáng)化的措施有：（BCD） A. 提高流量 B. 增加平均傳熱溫差 C. 擴(kuò)大傳熱面積 D. 提高傳熱系數(shù) 6.5 下列關(guān)于管殼式換熱器的描述中，錯(cuò)誤的是：（CD） A.管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力。 B.管殼式換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗的場合。 C.管殼式換熱器適用于管、殼程兩側(cè)溫差較大或者殼側(cè)壓力較高的場 合。 D.在管殼式換熱器中，當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差不 大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力 三、判斷題 5儲存設(shè)備 (對)5.1 儲罐的形式主要有臥式，立式和球形儲罐，儲存介質(zhì)的性質(zhì)是選 擇儲罐形式和儲存系統(tǒng)的一個(gè) 重要因素。 (錯(cuò))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。 (對)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(cuò))5.4 球罐支座中裙式支座用得最為廣泛。 (對)5.5 柱式支座的主要缺點(diǎn)是球罐的重心高，穩(wěn)定性差。 (對)5.6 需要開檢查孔時(shí)，由于特殊原因而不能開設(shè)時(shí)，應(yīng)相應(yīng)縮短檢 查周期，或者對全部縱向環(huán)向焊縫作100%無損檢測。 (對)5.7 球罐接管除工藝特殊要求外，應(yīng)盡量集中在上下極板上。 (對)5.8 在用水壓測試容器壁厚時(shí)，校合壓力一般取1.25P. (對)5.9 按形狀改變比能屈服失效判劇計(jì)算出的內(nèi)壁初始屈服壓力和實(shí) 際測量值最為接近。 6換熱設(shè)備 (對)6.1 套管式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單，工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減 方便的特點(diǎn) (錯(cuò))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。 (對)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(jié)構(gòu)和 一般鍋爐相似。 (錯(cuò))6.4 余熱鍋爐的使用會增加對環(huán)境的污染 (對)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(cuò))6.6 在換熱設(shè)備中，采用大直徑的換熱管可以增大傳熱面積。 (錯(cuò))6.7 在換熱設(shè)備中，換熱管的管徑愈小，耐壓愈高。 (對)6.8 管內(nèi)翅片雖然增加了傳熱面積，但是也改變了流體在管內(nèi)的流 動形勢和阻力分布，泵功率的損失也會相應(yīng)增加。 (錯(cuò))6.9 管子的固有頻率可以通過精確的計(jì)算獲得。 (對)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(jīng)常需要清洗，工作環(huán)境要求十分緊湊的場 合。 四、思考題00 5儲存設(shè)備 5.1 設(shè)計(jì)雙鞍座臥式容器時(shí)，支座位置應(yīng)該按照那些原則確定？試說明 理由。 根據(jù)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(yīng)力過大。因?yàn)楫?dāng)A0.207L時(shí)，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(gè)截面保持等 強(qiáng)度?？紤]到除彎距以外的載荷，所以常取外圓筒的彎距較小。所以取 A小于等于0.2L。 當(dāng)A滿足小于等于0.2L時(shí)，最好使A小于等于0.5Rm（Rm為圓筒的平均 半徑）。這是因?yàn)橹ё拷忸^可充分利用封頭對支座處圓筒的加強(qiáng)作 用。 5.2 雙鞍座臥式容器受力分析與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與此圖類似，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(xiàn)象的原因是什么？如何防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)？ 由于支座處截面受剪力作用而產(chǎn)生周向彎距，在周向彎距的作用下， 導(dǎo)致支座處圓筒的上半部發(fā)生變形，產(chǎn)生所謂“扁塌”現(xiàn)象。 可以設(shè)置加強(qiáng)圈，或者使支座靠近封頭布置，利用加強(qiáng)圈或封頭的加 強(qiáng)作用。 5.4 雙鞍座臥式容器設(shè)計(jì)中應(yīng)計(jì)算那些應(yīng)力？如何產(chǎn)生的？ 圓筒上的軸向應(yīng)力。由軸向彎矩引起。 支座截面處圓筒和封頭上的切向切應(yīng)力和封頭的附加拉伸應(yīng)力。由 橫向剪力引起。 支座截面處圓筒的周向彎曲應(yīng)力。由截面上切向切應(yīng)力引起。 支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力。通過鞍座作用于圓筒上的載荷所 導(dǎo)致的。 5.5 鞍座包角對臥式容器筒體應(yīng)力和鞍座自身強(qiáng)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(yīng)力分布，而且也影響 臥式儲罐的穩(wěn)定性和儲罐支座系統(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(yīng)力較大。 5.6 在什么情況下應(yīng)對臥式容器進(jìn)行加強(qiáng)圈加強(qiáng)？ 如臥式儲罐支座因結(jié)構(gòu)原因不能設(shè)置在靠近封頭處（A0.5Ri），且圓 筒不足以承受周向彎距時(shí)，就需在支座截面處的圓筒上設(shè)置加強(qiáng)圈，以 便與圓筒一起承載。 5.7 球形儲罐有哪些特點(diǎn)？設(shè)計(jì)球罐時(shí)應(yīng)考慮那些載荷？各種罐體型 式有何特點(diǎn)？ 球形儲罐應(yīng)力分布均勻。 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮壓力載荷、重量載荷、風(fēng)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(diǎn)是球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施焊組裝比較容易，加快組 裝進(jìn)度并可對其實(shí)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(nèi)或上，下對稱的帶間互換；下料成型復(fù)雜，板材利用率低，板 材較小，不易設(shè)計(jì)人孔和接管。且不易錯(cuò)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，組裝困難，且此類罐的適 用容積較小。 混合式罐體基本結(jié)合了前面兩種的有點(diǎn)，現(xiàn)在的應(yīng)用比較廣泛。 5.8 球形儲灌采用赤道正切柱式支座時(shí)，應(yīng)遵循那些準(zhǔn)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(diǎn)同球心連線與赤道平面的夾角為 1020。為了能承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證穩(wěn)定性，還必須在支柱 間設(shè)置連接拉桿。 5.9 液化氣體存儲設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮環(huán)境對它的影響？ 不僅要考慮環(huán)境溫度、風(fēng)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(shè)備 6.1換熱設(shè)備有哪幾種主要形式？ 按換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形 式： 1.直接接觸式換熱器 利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱。 2.蓄熱式換熱器 借助于由固體構(gòu)成的蓄熱體與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(diǎn)？ 1.管式換熱器 按傳熱管的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量等方面不如其 它新型換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、易于制造、能承 受較高的操作壓力和溫度等優(yōu)點(diǎn)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較 低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)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(chǎn)時(shí)，可降低設(shè)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(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，如 回轉(zhuǎn)式換熱器、熱管換熱器、聚四氟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(jié)構(gòu)簡單，承壓高，管程易清潔，可能產(chǎn)生較大熱應(yīng) 力；適用殼側(cè)介質(zhì)清潔；管、殼溫差不大或大但殼側(cè)壓力不高。 2.浮頭式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無熱應(yīng)力、管間和管內(nèi)清洗方便，密封要求 高。適用殼側(cè)結(jié)垢及大溫差。 3.U形管式：結(jié)構(gòu)比較簡單，內(nèi)層管不能更換；適用管內(nèi)清潔、高溫高 壓。 4.填料函式：結(jié)構(gòu)簡單，管間和管內(nèi)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(dǎo)震動的主要原因有哪些？相應(yīng)采取哪些防震措施？ 1.強(qiáng)度脹（密封與抗拉脫弱，無縫隙）； 2.強(qiáng)度焊（密封與抗拉脫強(qiáng)，有縫隙，存在焊接殘余熱應(yīng)力）； 3.脹焊并用（先焊后脹，至少保證其中之一抗拉脫）。 6.5換熱管與管板有哪幾種連接方式？各有什么特點(diǎn)？ 橫向流誘導(dǎo)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(zhuǎn)換。 在橫流速度較低時(shí)，容易產(chǎn)生周期性的卡曼 漩渦，這時(shí)在換熱器中既可能產(chǎn)生管子的振動，也可能產(chǎn)生聲振動。當(dāng) 橫流速度較高時(shí)，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(chǎn)生聲振動。只有當(dāng)橫流速度很高，才會出現(xiàn)射流轉(zhuǎn)換而引 起管子的振動。為了避免出現(xiàn)共振，要使激振頻率遠(yuǎn)離固有頻率?？赏?過改變流速、改變管子固有頻率、增設(shè)消聲板、抑制周期性漩渦、設(shè)置 防沖板或?qū)Я魍驳韧緩絹韺?shí)現(xiàn)。 6.6換熱設(shè)備傳熱強(qiáng)化可采用哪些途徑來實(shí)現(xiàn)？ 要使換熱設(shè)備中傳熱過程強(qiáng)化，可通過提高傳熱系數(shù)、增大換熱面 積和增大平均傳熱溫差來實(shí)現(xiàn)。 提高對流傳熱系數(shù)的方法又可分為有功傳熱強(qiáng)化和無功傳熱強(qiáng)化： 1.有功傳熱強(qiáng)化 應(yīng)用外部能量來達(dá)到傳熱強(qiáng)化目的，如攪拌換熱介 質(zhì)、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(shù)。 2.無功傳熱強(qiáng)化 無需應(yīng)用外部能量來達(dá)到傳熱強(qiáng)化的目的。在換熱 器設(shè)計(jì)中，用的最多的無功傳熱強(qiáng)化法是擴(kuò)展表面，它既能增加傳熱面 積，又能提高傳熱系數(shù)。 a.如槽管、翅片可增加近壁區(qū)湍流度，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)要注意優(yōu)先增強(qiáng) 傳熱系數(shù)小的一側(cè)的湍流度。 b.改變殼程擋板結(jié)構(gòu)（多弓形折流板、異形孔板、網(wǎng)狀整圓形 板），減少死區(qū)。改變管束支撐結(jié)構(gòu)（桿式支撐），減少死區(qū)。 7塔設(shè)備 7.1塔設(shè)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(nèi)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(yàn)等三種工況下的載荷？ 1.質(zhì)量載荷 塔體、裙座、塔內(nèi)件、塔附件、操作平臺及扶梯質(zhì)量、偏心載荷（再 沸器、冷凝器等附屬設(shè)備）； 操作時(shí)物料質(zhì)量； 水壓試驗(yàn)時(shí)充水質(zhì)量； 2.偏心載荷（彎矩） 3.風(fēng)載荷 4.地震載荷（垂直與水平） 5.內(nèi)壓或外壓 6.其他 塔在正常操作、停工檢修和壓力試驗(yàn)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(shè)備設(shè)計(jì)的基本步驟。 根據(jù)內(nèi)壓計(jì)算塔體厚度后，對正常操作、停工檢修及壓力試驗(yàn)工況分 別進(jìn)行軸向最大拉伸應(yīng)力與最大壓縮應(yīng)力的校核。如不滿足要求，則需 調(diào)整塔體厚度，重新進(jìn)行應(yīng)力校核。 如何確定筒體軸向應(yīng)力？（思路） 內(nèi)壓或外壓引起 重力引起 垂直地震力 最大彎矩（風(fēng)載、水平地震力、偏心彎矩） 7.5塔設(shè)備振動的原因有哪些？如何預(yù)防振動？ 安裝于室外的塔設(shè)備，在風(fēng)力的作用下，將產(chǎn)生兩個(gè)方向的振動。一 種是順風(fēng)向的振動，即振動方向沿著風(fēng)的方向；另一種是橫向振動，即 振動方向沿著風(fēng)的垂直方向，又稱橫向振動或風(fēng)的誘導(dǎo)振動。 為了防止塔的共振，塔在操作時(shí)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(nèi)?？?采取以下措施達(dá)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(shè)備設(shè)計(jì)中，哪些危險(xiǎn)界面需要校核軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性？ 1.裙座底部截面及孔中心橫截面是危險(xiǎn)截面。 2.筒體與群座連接處的橫截面。 8反應(yīng)設(shè)備 8.1反應(yīng)設(shè)備有哪幾種分類方法？簡述幾種常見的反應(yīng)設(shè)備的特點(diǎn)。 反應(yīng)設(shè)備可分為化學(xué)反應(yīng)器和生物反應(yīng)器。前者是指在其中實(shí)現(xiàn)一個(gè) 或幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)，并使反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)產(chǎn)物的設(shè)備；后 者是指為細(xì)胞或酶提供適宜的反應(yīng)環(huán)境以達(dá)到細(xì)胞生長代謝和進(jìn)行反應(yīng) 的設(shè)備。（具體分類見課本8.1反應(yīng)器分類） 8.2機(jī)械攪拌反應(yīng)器主要由哪些零部件組成？ 攪拌反應(yīng)器由攪拌容器和攪拌機(jī)兩大部分組成。攪拌容器包括筒體、 換熱元件及內(nèi)構(gòu)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(jī)。 8.3攪拌容器的傳熱元件有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 常用的換熱元件有夾套和內(nèi)盤管。當(dāng)夾套的換熱面積能滿足傳熱要求 時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用夾套，這樣可減少容器內(nèi)構(gòu)件，便于清洗，不占用有效 容積。 夾套的主要結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特征請參照課本） 8.4 攪拌器在容器內(nèi)的安裝方法有哪幾種？對于攪拌機(jī)頂插式中心安裝 的情況，其流型有什么特點(diǎn)？ 對于攪拌機(jī)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(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)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(diǎn)。 1.漿式攪拌器用于低粘度，轉(zhuǎn)速較高，小容積； 2.推進(jìn)式攪拌器用于低粘度，轉(zhuǎn)速高，循環(huán)能力強(qiáng)，可用于大容積攪 拌； 3.渦輪式用于中粘度達(dá)50Pa.s，范圍較廣，轉(zhuǎn)速較高，中容積； 4.錨式用于高粘最高達(dá)100Pa.s，轉(zhuǎn)速較低。 8.6渦輪式攪拌器在容器中的流型及其應(yīng)用范圍？ 渦輪式攪拌器是應(yīng)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(tuán)分散得很細(xì)，適 用于低粘度到中等粘度流體的混合、液液分散、液固懸浮，以及促 進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。平直葉剪切作用較大，屬剪切型攪拌 器。彎葉是指葉片朝著流動方向彎曲，可降低功率消耗，適用于含有易 碎固體顆粒的流體攪拌。 平直葉、后彎葉為徑向流型。在有擋板時(shí)以槳葉為界形成上下兩個(gè)循 環(huán)流。折葉的還有軸向分流，近于軸流型 8.7 生物反應(yīng)容器中選用的攪拌器時(shí)應(yīng)考慮的因素？ 生物反應(yīng)器中常常采用機(jī)械攪拌式反應(yīng)器。發(fā)酵罐所處理的對象是微 生物，它的繁殖、生長，與化學(xué)反應(yīng)過程有很大的區(qū)別，在設(shè)計(jì)中還要 充分考慮以下因素： (1)生物反應(yīng)器都是在多相體系中進(jìn)行的，發(fā)酵液粘度是變化的，生物 顆粒具有生命活力，其形態(tài)可能隨著加工過程的進(jìn)行而變化。 (2)大多數(shù)生物顆粒對剪切力非常敏感 剪切作用可能影響細(xì)胞的生成速 率和組成比例，因此對攪拌產(chǎn)生的剪切力要控制在一定的范圍內(nèi)。 (3)大多數(shù)微生物發(fā)酵需要氧氣 氧氣對需氧菌的培養(yǎng)至關(guān)重要，只要短 暫缺氧，就會導(dǎo)致菌體的失活或死亡。而氧在水中溶解度極低，因此氧 氣的供應(yīng)就成為十分突出的問題。 8.8攪拌軸的設(shè)計(jì)需要考慮哪些因素？ 設(shè)計(jì)攪拌軸時(shí)，應(yīng)考慮以下四個(gè)因素： 扭轉(zhuǎn)變形； 臨界轉(zhuǎn)速； 扭矩和彎矩聯(lián)合作用下的強(qiáng)度； 軸封處允許的徑向位移。 8.9攪拌軸的密封裝置有幾種？各有什么特點(diǎn)？ 用于機(jī)械攪拌反應(yīng)器的軸封主要有兩種：填料密封和機(jī)械密封。 1.填料密封結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、 密封要求不高、并允許定期維護(hù)的攪拌設(shè)備。 2.機(jī)械密封是把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改為徑向，通過動環(huán)和靜環(huán)兩個(gè) 端面的相互貼合，并作相對運(yùn)動達(dá)到密封的裝置，又稱端面密封。機(jī)械 密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長，在攪拌反應(yīng)器 中得到廣泛地應(yīng)用。 五、計(jì)算題 一、判斷題（判斷對或者錯(cuò)，錯(cuò)的請簡要說明理由，每題2 分，共16分） 脆性斷裂的特征是斷裂時(shí)容器無明顯塑性變形，斷口齊平，并與軸 向平行，斷裂的速度快，常使容器斷裂成碎 片。 （錯(cuò)誤，斷口應(yīng)與最大主應(yīng)力 方向平行） 有效厚度為名義厚度減去腐蝕裕量 （錯(cuò)，有效厚度為名義厚度減去 腐蝕裕量和鋼材負(fù)偏差） 鋼材化學(xué)成分對其性能和熱處理有較大影響，提高含碳量可使其強(qiáng) 度和可焊性增加。 （錯(cuò)誤，提高含碳量可能使強(qiáng)度增加，但可焊性變差，焊接時(shí)易在熱 影響區(qū)出現(xiàn)裂紋） 壓力容器一般由筒體、封頭、開孔與接管、支座以及安全附件組 成。 （錯(cuò)，缺密封裝置） 盛裝毒性程度為高度危害介質(zhì)的容器制造時(shí)，容器上的焊接接頭應(yīng) 進(jìn)行100%射線或超聲檢測。（對） 承受均布載荷時(shí)，周邊簡支圓平板和周邊固支圓平板的最大應(yīng)力都 發(fā)生在支承處。 （錯(cuò) 周邊簡支發(fā)生在中心處） 筒體是壓力容器最主要的受壓元件之一，制造要求高，因此筒體的 制造必須用鋼板卷壓成圓筒并焊接而成。（錯(cuò)，也可以用鍛造筒 節(jié)、繞帶筒體等） 檢查孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否有裂紋、變形、腐蝕 等缺陷產(chǎn)生，所有壓力容器必須開設(shè)檢查孔。 (錯(cuò)，在一定條 件下，可以不開檢查孔) 2、 選擇題（答案有可能多余于一個(gè)，每題2分,共16分） 1 容規(guī)適用于同時(shí)具備下列哪些條件的壓力容器 （ABCD） A 最高工作壓力大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）； B 內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m； C 容積（V）大于等于0.025m3； D 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的 液體。 2下列關(guān)于熱應(yīng)力的說法哪些不正確 （AD） A 熱應(yīng)力隨約束程度的增大而減小 B 熱應(yīng)力與零外載相平衡，不是一次應(yīng)力 C 熱應(yīng)力具有自限性，屈服流動或高溫蠕變可使熱應(yīng)力降低 D 熱應(yīng)力在構(gòu)件內(nèi)是不變的 3 下列說法中，正確的有 （ BCD ） A 單層厚壁圓筒同時(shí)承受內(nèi)壓Pi和外壓Po時(shí)，可用壓差簡化成僅受內(nèi) 壓的厚壁圓筒。 B 承受內(nèi)壓作用的厚壁圓筒，內(nèi)加熱時(shí)可以改善圓筒內(nèi)表面的應(yīng)力 狀態(tài)。 C 減少兩連接件的剛度差，可以減少連接處的局部應(yīng)力。 D 在彈性應(yīng)力分析時(shí)導(dǎo)出的厚壁圓筒微體平衡方程，在彈塑性應(yīng)力 分析中 仍然適用。 4下列關(guān)于壓力容器的分類錯(cuò)誤的 是 （AC） A 內(nèi)裝高度危害介質(zhì)的中壓容器是第一類壓力容器。 B 低壓搪玻璃壓力容器是第二類壓力容器。 C 真空容器屬低壓容器。 D 高壓容器都是第三類壓力容器。 5下列對GB150，JB4732和JB/T4735三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)表述中，正確的 有 （CEF） A 當(dāng)承受內(nèi)壓時(shí)，JB4732規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力范圍為. B GB150采用彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，而TB/T4735采用塑性失效設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則。 C GB150采用基于最大主應(yīng)力的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，而JB4732采用第三強(qiáng) 度理論。 D 需做疲勞分析的壓力容器設(shè)計(jì)，在這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，只能選用 GB150. E GB150的技術(shù)內(nèi)容與ASME VIII1大致相當(dāng)，為常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；而 JB4732基本思路與ASME VIII2相同，為分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 F 按GB150的規(guī)定，低碳鋼的屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度的材料設(shè)計(jì)系數(shù) 分別大于等于1.6和3.0。 6 下列關(guān)于橢圓形封頭說法中正確的 有 （ABD） A 封頭的橢圓部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，應(yīng)力分布比較均勻 B 封頭深度較半球形封頭小的多，易于沖壓成型 C 橢圓形封頭常用在高壓容器上 D 直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突 變，以改善焊縫的受力狀況。 7 下列關(guān)于二次應(yīng)力說法中錯(cuò)誤的 有 (ABD) A 二次應(yīng)力是指平衡外加機(jī)械載荷所必需的應(yīng)力。 B 二次應(yīng)力可分為總體薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、局部薄膜應(yīng)力。 C 二次應(yīng)力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的正應(yīng) 力或切應(yīng)力。 D 二次應(yīng)力是局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次 應(yīng)力之上的應(yīng)力增量。 8下列說法中，錯(cuò)誤的有 （ C ） A 相同大小的應(yīng)力對壓力容器失效的危害程度不一定相同。 B 設(shè)計(jì)壽命為10年、操作周期為2小時(shí)的壓力容器應(yīng)按分析設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 C 校核一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度的目的是防止壓力容器發(fā)生過度彈性變 形。 D 壓縮應(yīng)力不需要進(jìn)行應(yīng)力分類限制。 3、 簡答題（每題5分，共40分） 1 簡述爆破片的作用，并與安全閥相對比，簡述其特點(diǎn) 答：爆破片是一種斷裂型安全泄放裝置，它個(gè)爆破片在標(biāo)定爆破壓力下 即發(fā)生斷裂來達(dá)到泄壓目的，泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容 器也就被迫停止運(yùn)行。與安全閥相比，它有兩個(gè)特點(diǎn)：一是密閉性 能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄壓反應(yīng)迅速。 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)為什么必須要考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題？壓力容器接管 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要有哪幾種形式？試畫圖說明。 答：（1）開孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu) 的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來 隱患。 （2）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 厚壁接管補(bǔ)強(qiáng) 整鍛件補(bǔ)強(qiáng) 簡述短期靜載下溫度對鋼材力學(xué)性能的影響。 答：高溫下，低碳鋼的彈性模量和屈服點(diǎn)隨溫度升高而降低，而抗拉強(qiáng) 度先隨溫度升高而升高，但當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)反而很快下降。低 溫下，隨著溫度降低，碳素鋼和低合金鋼的強(qiáng)度提高，而韌性降 低。但并不是所有金屬都會低溫變脆。一般說來，具有體心立方晶 格的金屬，都會低溫變脆，而面心立方晶格材料不會。 對于外壓圓筒，只要設(shè)置加強(qiáng)圈就可提高其臨界壓力。對否，為什 么？采用的加強(qiáng)圈愈多，圓筒所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理。對 否，為什么？ 答：對于承受外壓的圓筒，短圓筒的臨界壓力比長圓筒的高，且短圓筒 的臨界壓力與其長度成反比。故可通過設(shè)置合適間距的加強(qiáng)圈，使 加強(qiáng)圈和筒體一起承受外壓載荷，并使長圓筒變?yōu)槎虉A筒（加強(qiáng)圈 之間或加強(qiáng)圈與筒體封頭的間距LLcr），或使短圓筒的長度進(jìn)一步 降低，從而提高圓筒的臨界壓力。若設(shè)置的加強(qiáng)圈不能使長圓筒變 為短圓筒（LLcr）,則所設(shè)置的加強(qiáng)圈并不能提高圓筒的臨界壓力。 設(shè)置加強(qiáng)圈將增加制造成本；而且，當(dāng)很小時(shí)，短圓筒可能變 為剛性圓筒，此時(shí)圓筒的失效形式已不是失穩(wěn)而是壓縮強(qiáng)度破 壞，此時(shí)再設(shè)置額外的加強(qiáng)圈已無濟(jì)于事。因此，加強(qiáng)圈的數(shù) 量并不是越多