国家开放大学化工学院化工原理实验（仿真）操作（上）期末考试试卷与参考答案

以下是一份基于“国家开放大学化工学院化工原理实验（仿真）操作（上）”的复习笔记，包含典型考试题型及参考答案，供参考：

国家开放大学化工原理实验（仿真）操作（上）期末复习笔记

一、实验基础理论

1. 实验安全与操作规范

- 知识点：化工实验安全注意事项、仿真操作中的风险规避、数据记录与处理方法。

- 典型题目：

- 简答题：在化工原理实验中，操作离心泵时需注意哪些安全事项？

- 参考答案：

1. 确保泵内充满液体，避免气缚现象；

2. 检查电机、管道和阀门是否正常，防止泄漏或过载；

3. 启动前关闭出口阀，运行中避免长时间空转；

4. 实验结束后及时关闭电源和阀门，做好设备复位。

2. 流体流动实验

（1）离心泵性能测定

- 知识点：离心泵特性曲线（Q-H、Q-P、Q-η）、气缚与汽蚀现象、流量调节方法。

- 典型题目：

- 选择题：离心泵启动前需灌泵，其主要目的是为了（ ）。

A. 防止气缚

B. 防止汽蚀

C. 增加泵的效率

D. 减少能量损失

- 参考答案：A

- 简答题：如何通过实验数据绘制离心泵的特性曲线？

- 参考答案：

1. 记录不同流量（Q）下的扬程（H）、功率（P）和效率（η）；

2. 以流量为横坐标，扬程、功率、效率分别为纵坐标，绘制三条曲线；

3. 分析曲线变化规律，验证泵的性能参数。

（2）流体流动阻力测定

- 知识点：伯努利方程、直管阻力与局部阻力的计算、雷诺数对流动状态的影响。

- 典型题目：

- 填空题：在流体流动实验中，直管阻力主要与流体的______、管长、管径和流速有关。

- 参考答案：粘度

- 计算题：某管路系统中，流体流量为0.02 m³/s，管径为50 mm，流体密度为800 kg/m³，粘度为0.001 Pa·s，测得压强差为20 kPa。计算雷诺数并判断流动状态。

- 参考答案：

1. 雷诺数 \( Re = \frac{\rho v D}{\mu} \)；

2. 流速 \( v = \frac{Q}{A} = \frac{0.02}{\pi \times 0.025^2} \approx 10.2 m/s \)；

3. \( Re = \frac{800 \times 10.2 \times 0.05}{0.001} \approx 40800 \)，属于湍流。

二、传热实验

（1）列管换热器性能测定

- 知识点：传热速率方程、传热系数计算、对数平均温差（LMTD）的计算。

- 典型题目：

- 选择题：列管换热器中，传热系数的单位是（ ）。

A. W/(m²·K)

B. kJ/(m·K)

C. J/(s·m·K)

D. m³/(s·Pa)

- 参考答案：A

- 简答题：简述对数平均温差（LMTD）的计算公式及其适用条件。

- 参考答案：

公式：\( LMTD = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)} \)，

适用条件：单程列管换热器，两侧流体温度变化较大时。

三、精馏实验

（1）板式精馏塔操作

- 知识点：理论板的概念、回流比对分离效果的影响、操作线方程。

- 典型题目：

- 填空题：精馏塔的操作线方程分为______线和______线。

- 参考答案：提馏、精馏

- 简答题：简述精馏塔中回流比过小对分离效果的影响。

- 参考答案：回流比过小会导致塔顶产品纯度下降，塔底产品中重组分含量增加，可能无法达到分离要求。

四、吸收实验

（1）填料塔吸收操作

- 知识点：吸收速率方程、传质系数、液气比对吸收效率的影响。

- 典型题目：

- 选择题：在吸收过程中，传质推动力通常用（ ）表示。

A. 气相浓度差

B. 液相浓度差

C. 气液相浓度差的对数平均值

D. 气液相浓度差的算术平均值

- 参考答案：C

- 简答题：简述填料塔操作中气速过高的可能后果。

- 参考答案：气速过高可能导致液泛，破坏正常传质，甚至损坏填料。

五、仿真操作要点

（1）仿真软件操作

- 知识点：Aspen Plus/HYSYS等仿真软件的基本操作、参数设置、数据输出分析。

- 典型题目：

- 简答题：在仿真操作中，如何设置离心泵的流量调节？

- 参考答案：

1. 通过调节出口阀门开度或旁路阀门；

2. 在仿真软件中调整阀门的阻力系数或直接输入目标流量值；

3. 观察泵的扬程、功率等参数变化，确保操作在安全范围内。

六、实验综合分析

（1）实验误差分析

- 知识点：实验数据误差来源、测量仪器精度、操作失误的影响。

- 典型题目：

- 简答题：简述离心泵实验中流量测量误差的可能原因及解决方法。

- 参考答案：

原因：涡轮流量计精度不足、管道内气泡未排净、阀门调节不准确；

解决方法：校准仪器、充分灌泵、缓慢调节阀门。

七、常见问题与解答

1. 问：为什么离心泵启动前要关闭出口阀？

答：关闭出口阀可降低启动电流，保护电机，同时避免泵在低负荷下过热。

2. 问：精馏塔的操作线方程如何推导？

答：基于物料衡算和平衡关系推导，精馏段操作线方程为 \( y = \frac{R}{R+1}x + \frac{x_D}{R+1} \)，提馏段为 \( y = \frac{(L'/V')}{(L'/V')-1}x - \frac{x_W}{(L'/V')-1} \)。

八、模拟试题与参考答案

（一）选择题

1. 离心泵的扬程与流量的关系曲线称为（ ）。

A. 流量-功率曲线

B. 流量-扬程曲线

C. 流量-效率曲线

D. 流量-压力曲线

答案：B

2. 精馏塔中，回流比增大时，塔顶产品纯度（ ）。

A. 提高

B. 降低

C. 不变

D. 先提高后降低

答案：A

（二）填空题

1. 流体流动中的局部阻力系数通常用符号______表示。

答案：\( \xi \)

2. 列管换热器的传热速率公式为 \( Q = K \cdot A \cdot \Delta T_{\text{m}} \)，其中 \( \Delta T_{\text{m}} \) 表示______。

答案：对数平均温差

（三）简答题

1. 问题：简述精馏塔操作中“液泛”的现象及