化工原理吸收复习题.docx

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化工原理吸收复习题

“吸收”复习题

一、填空题

1.20℃时,CO2气体溶解于水的溶解度为0.878（标m3）/m3（H2O）,此时液相浓度C=_0.0392_kmol/m3.液相摩尔分率x=0.000705.比摩尔分率X=0.000706.

2.在常压下,20℃时氨在空气中的分压为69.6mmHg,此时氨在混合气中的摩尔分率y=0.0916，比摩尔分率Y=0.101

3.用相平衡常数m表达的亨利定律表达式为___y=mx____.在常压下,20℃时,氨在空气中的分压为50mmHg,与之平衡的氨水浓度为7.5（kgNH3/100kgH2O）.此时m=___0.894___.

4.用亨利系数E表达的亨利定律表达式为__p=Ex__.在常压下,20℃时,氨在空气中的分压为50mmHg,与之平衡的氨水浓度为7.5（kgNH3/100kgH2O）.此时亨利系数E=_680mmHg_,相平衡常数m=__0.894

5.用气相浓度△p为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的传质速率方程为

NA=kG（p-pi）__,以总传质系数表达的传质速率方程为__NA=KG（p-pL*）

6.用液相浓度△C为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为

NA=kL（Ci-CL）,以传质总系数表达的速率方程为NA=KL（CG*-CL）

7.用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为

NA=ky（y-yi）,以传质总系数表达的速率方程为NA=Ky（y-y*）

8.用液相浓度△x为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为

NA=kx（xI-x）,以传质总系数表达的速率方程NA=Kx（x*-x）

9.用气相浓度△Y为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为

NA=kY（Y-Yi）,以传质总系数表达的速率方程为NA=KY（Y-Y*）

10.用△y,△x为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时传质总系数Ky与分系数ky、kx的关系式为1/Ky=1/ky+m/kx,Kx与ky、kx的关系式为1/Kx=1/（m.ky）+1/kx

11.用△Y,△X为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时,传质总系数KY与分系数kY,kX的关系式为1/KY=1/kY+m/kX,KX与kY,kX的关系式为_1/KX=1/（m.kY）+1/kX

12.用△p,△C为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时,传质总系数KG与分系数kG、、、kL的关系式为1/KG=1/kG+1/H.kL,KL与kG、、、kL的关系式为1/KL=H/kG+1/kL

13.用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2,入塔气体浓度y1=0.06,要求出塔气体浓度y2=0.008,则最小液气比为1.733

14.某吸收塔中,物系的平衡线方程为y=2.0x,操作线方程为y=3.5x+0.001,当y1=0.06,y2=0.0015时,x1=0.01685,x2=0.0001429,L/G=3.5,气相传质单元数NOG=_7.12

15.吸收过程主要用于三个方面:

制备产品;分离气体混合物;除去气体中的有害组分

16.填料的种类很多，主要有拉西环;鲍尔环;矩鞍环;阶梯环;波纹填料;丝网填料.

17.质量传递包括有吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥等过程。

18.吸收是指用液体吸收剂吸收气体的过程，解吸是指液相中的吸收质向气相扩散的过程

19.指出下列组分，哪个是吸收质，哪个是吸收剂.

（1）用水吸收HCl生产盐酸,H2O是吸收剂，HCｌ是吸收质

（2）用98.3％H2SO4吸收SO3生产H2SO4,SO3,是吸收质；H2SO4是吸收剂

（3）用水吸收甲醛生产福尔马林,H2O是吸收剂；甲醛是吸收质

20.吸收一般按有无化学反应分为物理吸收和化学吸收，

其吸收方法分为喷淋吸收、鼓泡吸收、膜式吸收。

21.气液两相平衡关系将取决于以下两种情况：

（1）若pG〉pL*或CG*〉CL则属于＿解吸＿过程

（2）若pL*〉pG或CL〉CG*则属于＿吸收＿过程

22.扩散速率的费克定律公式是JA=-DdcA/dz，式中每项的物理意义JA组分A的扩散通量kmol/（m2s）；D扩散系数m2/s,dcA/dz组分的浓度梯度kmol/m4

23.吸收速度取决于双膜的扩散速率，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以＿减少气膜、液膜厚度来增大吸收速率。

24.影响扩散系数D值的大小的因素有扩散组分的性质及介质、温度、压力、浓度。

25.总吸收速率方程式中KY是以Y－Y*为气相摩尔比差为传质推动力的气相总传质系数；而KX是以X*－X为液相摩尔比差为传质推动力的液相总传质系数。

26.填料选择的原则是表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。

27.气相中：

温度升高则物质的扩散系数增加压强升高则物质的扩散系数减小.在液相中：

液相粘度增加则物质的扩散系数减小。

易溶气体溶液上方的分压小，难溶气体溶液上方的分压大，只要组分在气相中的分压大于液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行，直至达到一个新的平衡为止。

28.由于吸收过程气相中的溶质分压总大于液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的上方。

增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，则操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－y*）增大

29C＞B＞A＿；同一平衡分压下，它们的液相平衡浓度大小顺序是在同一平衡分压下CC＞CB＞CA

30.对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E不变，相平衡常数m减少，溶解度系数H不变

31.在常压下，测定水中溶质A的摩尔浓度为0.56kmol/m3，此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02，则此物系的相平衡常数m=＿2.0＿。

当其他条件不变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=1.0，若测得总压值为2atm，则此时的亨利系数E=＿4.0＿atm,而溶解度系数H≈＿14＿kmol/（m3.atm）。

32.在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将减少，操作线将靠近平衡线。

33.当温度增高时，溶质在气相中的分子扩散系数将增加，在液相中的分子扩散系数将增加

34.对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的HOG将不变，NOG将增加

35.某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔Y1=8％（体积），平衡关系Y=2X。

试问:

⑴.若液气比（摩尔比，下同）为2.5时，吸收率=___100___％

⑵.若液气比为1.5时，吸收率=____75____％

36.吸收塔底部的排液管成U形，目的是起液封作用，以防止空气倒灌和塔内气体跑出操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是＿吸收效果达不到要求＿；若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率增大出口气体浓度＿降低

37.计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：

平衡线、操作线、传质系数。

或者平衡关系、物料衡算、传质速率。

38.溶解度很大的气体，吸收时属于＿气膜控制，强化吸收的手段是增大气相侧的传质分系数或气流湍动程度。

39.吸收操作中，对吸收剂的要求有溶解度大、选择性好、腐蚀性小、挥发度小。

40.当平衡线在所涉及的气液范围内斜率为m的直线时，则1/KG＝1/kG＋＿m/kL＿。

若为气膜控制，则KG＝kG

41.某低浓度气体吸收过程，已知m＝1，气膜体积传质分系数kya＝2×10-4kmol.m3.s，液膜体积传质分系kxa＝0.4kmol/（m3.s）。

则该吸收过程为＿气＿膜阻力控制。

气膜阻力占总阻力的百分数为＿99.95％≈100％

42.填料吸收塔正常操作时,气相为＿连续＿相；液相为＿分散＿相；而当出现液泛现象时，则气相为＿分散＿相，液相为＿连续＿相。

43.某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用＿相平衡＿常数表示，而操作线的斜率可用＿液气比＿表示。

44.双膜理论认为，吸收阻力主要集中在界面两侧的__气膜__和__液膜__之中。

45.对于气膜控制的吸收过程，如要提高其过程速率，应特别注意减少__气膜__阻力。

46.一般吸收塔中常采用逆流操作，其目的是使两相传质平均推动力大，从而可减小设备尺寸；提高吸收效率和吸收剂使用率。

47.传质的基本方式有：

分子扩散，和涡流扩散

48.填料塔的喷淋密度是指__单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。

49.吸收设备的主要类型有_填料吸收塔，板式吸收塔等

二、选择题

1.吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度，要提高气液两流体的相对运动，提高吸收效果，则要（）

A.增加气膜厚度和减少液膜厚度；B.减少气膜和液膜厚度C.增加气膜和液膜厚度

2.选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好结构简单造价小，一般应选（）

A.填料吸收塔B.板式吸收塔C.喷淋吸收塔

3.对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时其溶解度系数H将（C），亨利系数E将（C）。

A.增加B.减少C.不变

4.在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加则出口气体中的CO2量将（B）气相总传质系数Ky将（A），出塔液体中CO2浓度将（B）。

A.增加；B.减少；C.不变。

***答案***B；A；B.

5.通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，完成一定的分率（）。

A.回收率趋向最高；B.吸收推动力趋向最大；

C.操作最为经济；D.填料层高度趋向无穷大。

***答案***D

6在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数ky=2kmol/（m2.h）气相总传质系数Ky=1.5kmol/（m2.h），则该处气液界面上气相浓度yi应为（），平衡关系y=0.5x。

A.0.02B.0.01C.0.015D.0.005

B.y*=0.5×0.01=0.005；NA=Ky（y-y*）=ky（y-yi）

1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi）∴yi=0.01

7.正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以致液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生?

（）

A.出塔液体浓度x增加，回收率增加；B.出塔气体浓度增加，但x不定；

C.出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加;D.在塔下部将发生解吸现象。

**答案*B

8.气体的亨利系数E值越大，表明气体（）A.越易溶解；B.越难溶解C.溶解度适中

9.填料吸收塔空塔的速度应（）于液泛速度。

A.大；B.小；C.等。

10.对吸收操作有利的是（）。

A.温度低，气体分压大时；B.温度低，气体分压小时；

C.温度高，气体分压大时；C.温度高，气体分压小时；

11.在Y—X图上，吸收操作线总是位于平衡线的（）。

A.上方；B.下方；C.重合线上；

12.亨利定律是一个稀溶液定律，其亨利系数E值愈小，表明该气体的溶解度（A）；温度升高，E值（A）。

A.愈大；B.不变；C.愈小；

三、判断题

1.喷淋吸收是吸收剂成液滴分散在气体中，因此，液体为连续相，气体为分散相×

2.吸收操作线的方程式，斜率是L/G（√）。

3.亨利定律的表达式之一为p＝Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为易溶气体。

（×）

4.工业上一般吸收是在吸收塔中进行的。

象传热一样气液间逆流操作有利于吸收完全并可获得较大的吸收推动力。

（√）

5.填料吸收塔逆流操作，当吸收剂的比用量（即液气比）增大时，则出塔吸收液浓度下降，吸收推动力减小（×）.

6.对于大多数气体的稀溶液，气液平衡关系服从亨利定律。

亨利系数（E＝p/x）随温度的升高而增大，而溶解度系数（H＝C/p）随温度的升高而减小。

√

7.液泛点是填料吸收塔的最佳操作点。

吸收操作在此条件下进行时，则吸收速率最大。

（×）

8.在一般情况下，混合气体的有关计算可按理想气体方程和道尔顿分压定律进行。

其气体组分的体积分率等于其摩尔分率，亦等于其分压分率。

（√）

9.填料塔中填充大量填料以提供气液接触面积。

吸收速率取决于填料的比表面积（ａ）。

填料的比表面积越大，吸收速率越大。

（×）

10.吸收过程中，当操作线与平衡线相切或相交时所用的吸收剂最少，吸收推动力最大。

（×）

11.在吸收塔中，溶质气体在混合气中的分压，大于与吸收剂中溶质浓度成平衡的分压时，则发生吸收。

（√）

12.吸收过程中，当操作线与平衡线相切或相交时所用的吸收剂最少，此时推动力也最小（√）

13.由于温度对溶解度系数有影响，温度升高，溶解度系数越小，所以升温有利于解吸。

（√）

14.惰性气体和吸收剂在吸收过程的前后的摩尔量是不变的（√）

15.对于溶解度甚大的气体吸收，为强化吸收过程，则应从减小液膜阻力入手，其效果才显着。

（×）

四、问答题

1.求取最小液气比有何意义?

适宜液气比如何选择?

增大液气比对操作线有何影响?

溶质气体A得以吸收的最小溶剂用量、最小液气比时，欲达到分离要求需填料层高度（或理论塔板数）无穷大，所以在最小液气比时，吸收操作只在理论上才能进行。

当液气比比最小液气比还小时，有一部分操作线会在平衡线之下，吸收在理论上都行不通了，而为脱吸了。

与解吸的分界线。

适宜液气比常在最小液气比的1.1-1.5倍范围内。

增大液气比，操作线更远离平衡线，越加有利于吸收

2.什么叫液泛现象？

当气速增大，使气、液间的摩擦阻力增大至足以阻止液体下流，至使液体充满填料层空隙，先是塔顶部积液，继而蔓延全塔，液体被气流带出塔顶，吸收操作完全被破坏。

此现象叫液泛现象。

3.双膜论的主要论点有哪些？

并指出它的优点和不足之处。

答：

1）相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，相界面两侧分别各有一稳定的气膜和液膜，吸收质以分子扩散的方式通过此两膜；

2）在两膜层以外的气液两相主体中，由于流体的充分湍动，吸收质的浓度基本上是均匀的、全部浓度变化集中在两膜层中，即阻力集中在两膜层内：

3）在相界面处，气液两相达平衡，即界面上没有阻力。

实验证明，在气速较低时，用双膜理论解释吸收过程是符合实际情况的，即提高速度，可增大吸收速率已为实践所证实。

根据这一理论的基本概念所确定的吸收速率关系，至今仍是填料吸收塔设计计算的主要依据。

但当速度较高时，气液两相界面就处于不断更新的状态，并不存在稳定的气膜和液膜，界面更新对吸收过程是一重要影响因素，双膜论对于这种情况并无考虑进去，这是它的局限性。

4.欲提高填料吸收塔的回收率，你认为应从哪些方面着手？

答：

1、降低操作温度或增大压力，可使吸收速率提高，使回收率提高；

2、在保证不发生“液泛”在前提下，适当增大气速；

3、适当增大吸收剂的用量（增大喷淋密度），可使回收率提高（但会导致操作费增大，溶液浓度X下降）；

4、喷淋液体应均匀，并保证填料被充分润湿；

5、可适当增加填料层高度。

五、计算题

1.一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A1%（摩尔比），经吸收后溶质A被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线为y=x,气相总传质单元高度为1m,试求填料层所需高度。

答：

y1=0.01；y2=y1（1-η）=0.01（1-0.8）=0.002m=1

LS/GB=1.5（LS/GB）min=1.5（y1-y2）/（y1/m）=1.5mη=1.5×1×0.8=1.2

S=m/LS/GB=1/1.2=0.833；NOG=1/（1-S）ln[（1-S）y1/y2+S]=3.06

h=NOG×HOG=3.06m。

2.有一逆流填料吸收塔,塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。

入塔气体量为100kmol/h,溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90%，液气比为1.5，平衡关系y=x。

试求：

（1）液体出塔浓度；

（2）测得气相总体积传质系数Kya=0.10kmol/（m3s），问该塔填料层高度为多少?

提示：

NOG=1/（1-S）ln[（1-S）（y1-mx2）/（y2-mx2）+S]

答：

①y1=0.01;y2=y1（1-η）=0.01（1-0.9）=0.001

L/G=（y1-y2）/x1,x1=（y1-y2）/（L/G）=（0.01-0.001）/1.5=0.006

②HOG=G/Kya=100/（0.785×0.52×3600）/0.1=1.415m

NOG=1/（1-S）ln[（1-S）y1/y2+S];S=m/（L/G）=1/1.5=0.667

NOG=4.16;h=HOG×NOG=1.415×4.16=5.88m。

3.用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体生成稀溶液（服从亨利定律），操作压力为850[mmHg]，相平衡常数m=0.25，已知其气膜吸收分系数kG=1.25[kmol/（m2.h.atm）]，液膜吸收分系数kL＝0.85[m/h/]，试分析该气体被水吸收时,是属于气膜控制过程还是液膜控制过程?

答：

m=E/P∴E=mP=0.25×850/760=0.28（大气压）

∵是稀溶液∴H=ρs/Ms.E=1000/（0.28×18）=198.4（kmol/（m3.atm））

根据1/KG=1/kG+1/（HkL）;即1/ＫG=1/1.25+1/（198.4×0.85）

∴ＫG≈kG=1.25[kmol/（m2.h.atm）];因此，是气膜控制过程。

4.在总压P＝500kN/m2、温度ｔ＝27℃下使含CO23.0％（体积％）的气体与含CO2370ｇ/m3的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸?

并计算以CO2的分压差表示的传质总推动力。

已知：

在操作条件下，亨利系数E＝1.73×105kN/m2,水溶液的密度可取1000kg/m3，CO2的分子量44。

答：

气相主体中CO2的分压为p=500×0.03=15kN/m2；

与溶液成平衡的CO2分压为:

p*=Ex

对于稀溶液:

C=1000/18=55.6kmol/m3

CO2的摩尔数n＝370/（1000×44）=0.00841

x≈n/C=0.00841/55.6=1.513×10-4

∴p*=1.73×105×1.513×10-4=26.16KN/m2；∵p*＞p；于是发生脱吸作用。

以分压差表示的传质推动力为Δp=p*-p=11.16kN/m2

5.在直径为0.8m的填料塔中,用1200kg/h的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2，混合气量为1000m3（标准）/h，混合气含SO21.3％（体积），要求回收率99.5％，操作条件为20℃、1atm,平衡关系为y=0.75x,总体积传质系数Kya＝0.055kmol/（m3.s.atm），求液体出口浓度和填料高度。

答：

已知：

D=0.8m,Ls=1200kg/h,G=1000Nm3/h

y1=0.013φ=0.995x2=0ye=0.75x

Kya=0.055kmol/（m3.s.atm）Ls=1200/（3600×18）=0.0185kmol/s

GB=PV/RT=G/22.4=1000/（22.4×3600）=0.0124kmol/s

∵为低浓度吸收∴（L/G）=0.0185/0.0124=1.49

x1=（G/L）（y1-y2）+x2=（0.013-0.000065）/1.49=0.00868;y2=y1（1-φ）=0.013（1-0.995）=0.000065

∵Z＝HOG×NOG而NOG=（y1-y2）/ΔYm

Δy1=y1-y1*=0.013-0.75×0.00868=0.006490;Δy2=y2-y2*=0.000065-0=0.000065

Δym=（Δy1-Δy2）/ln（Δy1/Δy2）=（0.006490-0.000065）/ln（0.006490/0.000065）=0.001396

∴NOG=（0.013-0.000065）/0.001396=9.266

HOG＝G/（ＫyａΩ）＝G/（PＫGａΩ）0.0124/（0.785×0.8×0.8×0.055）=0.449（m）

∴Z＝9.266×0.449=4.2m

6.在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。

废气流量为2500m3/h（标准状态），废气中氨的浓度为15g/m3，要求回收率不低于98％。

若吸收剂用量为3.6m3/h，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相总传质单元高度为0.7m。

试求：

1.塔底、塔顶及全塔的吸收推动力（气相）；2.气相总传质单元数；3.总填料层高。

答：

y1=15/17/（1000/22.4）=0.01977[kmolNH3/kmolB+NH3]

Y1=y1/（1-y1）=0.01977/（1-0.01977）=0.02017[kmolNH3/kmolB]

Y2=0.02017（1-0.98）=4.034×10-4V=2500/22.4×（1-0.01977）=109.4[kmolB/h]

L=3.6×1000/18=200[kmolB/h]

全塔物料衡算

LS（X1-X2）=VB（Y1-Y2）

200（X1-0）=109.4（0.02017-4.034×10-4）得X1=0.01081

ΔY1=Y1-Y1*=0.02017-1.2×0.01081=0.0072;ΔY2=Y2-Y2*=0.0004034

ΔYm=（0.0072-0.0004034）/ln（0.0072/0.0004034）=0.00235

NOG=（Y1-Y2）/ΔYm=（0.0201-0.0004304）/0.00235=8.34

H＝HOG×NOG=8.34×0.7=5.84m

7.用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。

混合气体中含苯5％（体积％），其余为空气,要求苯的回收率为90％（以摩尔比表示），吸收塔为常压操作，温度为25℃，入塔混合气体为每小时940[标准m]，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的1.5倍，已知该系统的平衡关系=0.14X（其中Y、X为摩尔比），已知气相体积传质系数Kya＝0.035[kmol/（m3.s）]，纯煤油的平均分子量Ms＝170，塔径D＝0.6[m]。

试求：

（1）吸收剂的耗用量为多少[kg/h]?

（2）溶液出塔浓度X1为多少?

（3）填料层高度Z为多少[m]?

答：

η=90%,y1=0.05,

Y1=y1/（1-y1）=0.05/（1-0.05）=0.05263;Y2=Y1（1-η）=0.00