化工原理吸收习题.docx

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化工原理吸收习题

一、分析与判断

第六章吸收

1．在密闭容器内存在某种低浓度水溶液，容器内压强为p0，溶液温度为t，溶质含量为c（x），试问：

1）若将N2压入容器，则EHmp*；

2）若溶液温度t下降，则EHmp*；

3）注入溶质A，则EHmp*；

2、某吸收过程，已知气相传质系数与液相传质系数的关系是ky=3kx，则此时

气相传质推动力（y-yi），液相传质推动力（xi-x）。

（大于、等于，小于，不确定）

3、低浓度逆流吸收塔设计中，若气体流量、进出口组成及液体进口组成一定，减小吸收剂用量，传质推动力将，设备费用将（增大、减小，不变）

4、某逆流吸收塔操作时，因某种原因致使吸收剂入塔量减少，以至操作时液气比小于原定的最小液气比，则将发生什么情况：

。

5、低浓度逆流吸收操作中，原工况操作线如附图所示，现其他条件不变而吸收剂用量L增加，试判断下列参数变化情况并绘出新工况的操作线：

HOG，∆ym，出塔液体x1，出塔气体y2，回收率φ（增大、减小，不变，不确定）

题5附图题6附图

6、低浓度逆流吸收操作中，原工况操作线如附图所示，现其他条件不变而吸收剂入塔含量升高，试绘出新工况的操作线。

7、吸收操作中，原工况下气体进塔量为V，进出塔的含量分别为y1、y2。

由于某种原因，吸收剂入塔浓度升高，采用增加吸收剂用量L的方法后，使y1、y2保持不变。

则与原工况相比，被吸收溶质总量，平均推动力∆ym（增大，减小，不变，不确定）。

8、低浓度逆流吸收操作中，当吸收剂温度降低其他条件不变时，试判断下列参

数变化情况并绘出操作线：

相平衡常数，Kya，推动力∆ym，回收率φ，出塔y2，出塔x1（增大，减小，不变，不确定）。

第8题图第10题图

9、低浓度逆流吸收操作中，当气体进口含量y1下降，其他条件不变时，则气体出口含量y2，液体出口含量x1，被吸收溶质总量，回收率φ，推动力∆ym，NOL（增大，减小，不变，不确定）

10、已知某吸收过程操作线如图所示，试分别定性绘出以下几种情况下的操作线，

并讨论对吸收操作的影响：

1）吸收操作为气膜控制，气体流量V增至V’，其他条件不变；

2）吸收过程为液膜控制，气体流量V增至V’，其他条件不变；

11、某吸收塔原工况的操作线如图所示，现将吸收剂L的温度降低，其他条件不变，试定性绘出以下两种情况的操作线：

（忽略温度变化对传质分系数的影响）

1）吸收过程为气膜控制

2）吸收过程为液膜控制。

第11题图第11题答案

12、某吸收塔H=∞，气体流量V与组成y1和液相组成x2不变，试绘出以下两种情况下的操作线（平衡关系如附图所示）。

1）L/Vm；

2）L/Vm；

3）试讨论在以上两种情况下，增加L/V能否使气体出口含量y2降低？

第12题附图13、对解吸因数S=0.5的系统进行逆流吸收，当塔高为无穷大时，塔顶气相出口含量

y2y2

*，塔顶气相入口含量y1

*

y

1；若系统压力增加为原来的4倍，

其他条件不变，则此时y2y2

*，y1

*

y

1（大于，等于，小于，不确定）。

14、在吸收、解吸联合操作中，维持吸收塔L、V、y1，解吸气入塔含量y2'和两塔操作温度、压力均不变，现减少解吸气用量V'，与原工况相比，新工况下离开解吸塔的液体含量x2，离开吸收塔的气体含量y2，离开吸收塔的液

体含量x1，吸收塔平均推动力∆ym，吸收塔的回收率（增大，减小，不变，不确定）。

二、计算题

1、例1用吸收操作除去某气体混合物中的可溶有害组分，在操作条件下的相平衡关系为y=1.5x，混合气体的初始含量y1=0.1（摩尔分数），循环吸收剂的入塔含量x2=0.001，液气比L/G=2.0。

已知在逆流操作时，气体出口的残余含量y2=0.005，试计算在操作条件不变的情况下改为并流操作，气体出口含量为多少？

吸收塔逆流操作时所吸收的可溶性组分是并流操作的多少倍？

计算时可近似的认为体积传质系数Kya与流动方式无关。

例2:

某生产过程产生两股含有HCl的混合气体，一股流量G1=0.015kmol/s,HCl含量yG1=0.1（摩尔比）另一股流量G2=0.015kmol/s,HCl含量yG2=0.04（摩尔分数）。

今拟用一个吸收塔回收两股气体中的HCl，总回收率不低于85%，所用吸收剂为20℃纯水，亨利系数E=2.786×105Pa,操作压强为常压，试求：

（1）将两股物料混合后由塔底入塔，最小吸收剂用量为多少？

若将两股物料分别加入（第二股气流在最佳高度单独加入塔内），最小吸收剂用量有何变化？

ya

（2）若空塔速度取0.5m/s,并测得在此气速K=8×103kmol/（m3.s）,实际液气比取最小液气比的1.2倍，问混合进料所需塔高为多少？

（2）若塔径和实际液气比与

（2）相同，第二股气流在最佳位置进料，所需塔

高为多少？

中间加料为于何处？

附图（a）附图（b）

附图（c）

例3用纯水吸收空气-氨混合气体中的氨，氨的初始含量为0.05（摩尔分数），要求氨的回收率不低于95%，塔底得到的氨水含量不低于0.05。

已知在操作条件下气液平衡关系y=0.95xe,试计算：

y

（1）采用逆流操作，气体流率取0.02kmol/（m2.s）,体积传质系数Ka=2×10-2kmol/（m2.s），所需塔高为多少？

（2）采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂与循环量之比L/LR=20,气体流速不变，KYa也假定不变，所需塔高为多少？

附图（a）附图（b）

例4用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分，混合物的初始含量为0.05（摩尔分数），新鲜吸收剂与混合气体的流率之比L/G=1.2,在操作条件下相平衡关系为y=1.2x，吸收过程系气相阻力控制。

现有两流程如附图（a）所示，流程B中循环剂量LR是新鲜吸收剂量的1/10，试计算：

（1）当=0.80，两流程所需塔高之比为多少？

（2）当=0.90，两流程所需塔高之比有何变化？

附图（a）

附图（b）

例5在填料塔中，用水逆流吸收氨—空气混合气中的氨，入塔气含氨0.01，水的初始含氨量为0.001（均为摩尔分数），操作条件下的平衡关系为ye=1.0x，吸收过程可视为气相阻力控制。

若保持气体流量不变，试求在以下两种情况下气体残余含量与液气比的关系：

（1）塔高为无穷大；

（2）塔高为1个传质单元高度，且不随液体流量而变。

例6在一吸收塔内，用洗油吸收煤气中所含苯蒸汽，苯的初始含量为0.02（摩尔分数），在吸收塔操作条件下，气液平衡关系ye=0.125x，两相呈逆流接触。

当液气比为0.16、循环洗油入口含量为0.0075时，煤气中本的含量可降至0.001。

由吸收塔底排出的吸收液升温后，在解吸塔内用过热蒸汽进行解吸，解吸塔内的气液比为0.365，相平衡关系为ye=3.16x。

因吸收内m很小，过程可认为是气相阻力控制，解吸塔内m很大，过程可认为是液相控制，且kxa∝L0.66。

现欲进一步降低煤气中本的残余含量，将吸收剂的循环量增加一倍，其它条件均维持不变，问能否达到预期的目的？

附图

例7在图示吸收塔内，用洗油吸收煤气中所含的苯蒸汽，入塔煤气含苯0.02（摩尔分数，下同）。

当液气比为0.16，洗油入口苯含量为0.005时，出塔煤气的残余苯含量为0.001，吸收操作的平衡关系为ye=0.125x。

吸收塔低排出的洗油，在解吸塔内用过热蒸汽解吸，使解吸后的洗油中苯含量降为0.005，解吸塔的气液比为0.365，平衡关系为ye=3.16x。

吸收塔操作温度低，过程可视为气相阻力控制；解析塔温度高，过程可视为液相阻力控制。

现欲将出塔煤气的苯含量将为0.0005，试问：

（1）保持洗油入口苯含量不变而增大液气比，能否达到要求？

（2）若保持洗油流量不变而降低洗油入口苯含量，解析塔的蒸汽消耗需增加多少倍？

附图

答案

1.1）不变，不变，变小，不变

当密闭容器内压入N2时，相当于容器内的总压增加，总压变化时，对均无影响，故E、H不变，溶质的含量也不变，平衡分压p*=Ex不变，然而，m=E/p，总压p增加，故m变小。

2）变小，变大，变小，变小

若溶液的温度下降，则平衡分压p*变小，E、H均受温度的影响，E变小，H变大，m=E/p变小。

3）不变，不变，不变，变大

注入溶质A时，体系的温度压强均不变，此时物系的E、H、m均不变，而注入A后，溶液中溶解的溶质含量变大，故p*变大。

2.不确定。

题中未给出平衡关系，两个传质系数相差又不大，所以无法判断是气膜控制过程还是液膜控制过程。

3.减小，增大

减小吸收剂的用量，则吸收过程的推动力降低，即传质推动力减小，达到原来的分离要求所需的填料层的高度增加，所以设备的费用将增大。

4.气体出塔含量y2增大，达不到设计要求，液体出塔含量x1也增大。

吸收剂入塔量减小，吸收的推动力下降，由于原定的最小液气比对应着原分离要求，虽然操作的液气比小于原定的最小液气比，操作仍然是吸收操作，只是此时对应的分离要求发生了变化，由于液气比下降，所以操作无法达到原来的设计要求，气体出塔的含量将增大；而又由于操作的温度、压强不变，所以吸收的平衡关系不变，入塔的气体组成不变，故液气比越低，对应的出塔的液体

组成越接近平衡组成，故液体出塔含量x1也增大。

5.减小，不确定，减小，减小，增大

Kya=1mV

+

kkkK

HOG=K

yx，吸收剂用量L增加，则x增大，ya增大，ya减

小；

S=mV

填料层高度不变，HOG减小，NOG增大，L

减小，根据传质单元数关

y1-mx2φ=

联图，y2-mx2增大，而y1、x2均不变，故y2减小，回收率

y1-y2

y1

增大；

L增大，操作线的斜率变大，而

y1、x2均不变，故操作线上端与平衡线的

距离变大，出塔液体的组成x1减小。

出塔液体x1减小，塔底的推动力变大，出塔气体y2减小，塔顶的推动力变小，故∆ym的变化不确定。

新工况的操作线如图所示

第5题答案图第6题答案

6.因为其他条件不变，x2变高，则

*

y

2变大，塔顶的推动力变小，故新工

况下的操作线必然下移，且与原工况的操作线的斜率相等。

新工况的操作线如图所示。

7.不变，减小

吸收过程中被吸收的溶质量为：

V（y1-y2），由于改变前后的y1、y2

均不变，故被吸收的溶质量不变；

Kya=1mV

+

kkkK

HOG=K

yx，吸收剂用量L增加，则x增大，ya增大，ya

减小；

NOG=

填料层高度不变，HOG减小，NOG增大，

y1-y2

∆ym

，y1、y2不变，

NOG增大，故∆ym减小。

8.减小，增大，不确定，增大，减小，增大

Kya=1

吸收剂温度降低，则相平衡常数减小，ky

1

+m

kx，m减小，则Kya增大，

H=V

OGKHN

ya减小；填料层高度不变，OG减小，OG增大，S不变，根据传质

y1-mx2φ=

单元数关联图，y2-mx2增大，y1、x2不变，所以y2减小，回收率

y1-y2

y1

增大，y2减小，操作线的斜率不变，y1、x2不变，操作线平行下移，与y=y1

xNOG=

y1-y2

∆yN

y-y∆y

的交点右移，1增大，m

，OG增大，1

2增大，故m的变化

趋势不能确定。

变化后的操作线如图。

9.减小，减小，减小，不变，减小，不变

y1-mx2

其他条件不变，则NOG不变，根据传质单元数关联图，y2-mx2不变，

x2不

变，y1下降，

第9题答案图第10题答案图

所以，气体出口含量y2也减小，吸收操作线的斜率不变，所以吸收操作线平行下移，所以吸收的平均推动力∆ym减小，回收率减小，NOL也不变，

NOL

=x1-x2

∆x

∆xxx

m，推动力m减小，2不变，所以，液体出口含量1减小，因为

吸收率下降，被吸收的溶质总量减小。

H≈V

V'0.3

10.1）气膜控制，

Kya≈k

OG

ya，ya，ya

∝V0.7则

HO'G=HOG（V）

，塔高

一定，

NO'G

=NOG

（V）0.3

V'

，增加气体流量V，液气比L/V'减小，NO'G也减

小，y2'增加；

Kya=

1

1+m

1≈mmVV

2）液膜控制，

kykx

，Kya

kxa

HOG≈

k

，xa

NO'G

，

=NOGV'，增加

气体流量V，液气比L/V'减小，NO'G大大减小，y2'则大大增加；

H≈V

11.1）气膜控制，

Kya≈kya，

OG

ya不变，

NOG

不变，但温度t

下降，推动

力变大，y2'减小；

1≈m

H≈mV

2）液膜控制，Kya

kxa，

kxa，温度t下降，m减小，HO'G减小，

NO'G增大，而且推动力∆ym

增大，

NOG=

y1-y2'

∆ym

，所以y2'大大减小。

12.

第12题答案1）附图第12题答案2）附图

3）当L/Vm的情况，此情况下y2受相平衡约束等于mx2，增大L/V不会降低y2，只会无谓地降低x1，增大操作负荷；

当L/Vm的情况，此时，增大L/V对降低y2效果显著。

13.答：

等于，大于，大于，等于同上图

14.增大，增大，增大，减小，减小

解吸气的用量减少，解吸的推动力减小，故离开解吸塔的液体含量增大，解吸的操作线的斜率变小，在y1不变的条件下，线的位置上移，故出塔的气体含量增大，其他条件不变，x2增大，则吸收塔的平均推动力减小，回

y1-mx2

收率减小，NOL不变，A不变，故y1-mx1

不变，x2增大，故x1也增大。

计算题

1.在逆流操作时，由物料衡算式可求得液体出口含量为

x=G（y-y）+x=1⨯（0.1-0.005）+0.001=0.485

1L1222

平均传质推动力为

∆y=（y1-mx1）-（y2-mx2）=（0.1-1.5⨯0.0485）-（0.005-1.5⨯0.001）=0.01157

my-mx0.1-1.5⨯0.0485

ln11ln

y2-mx2

0.005-1.5⨯0.001

吸收过程的传质单元数为

NOG=

y1-y2

∆ym

=0.1-0.005

0.01157

=8.21

HOG=Ka

改为并流操作后，因Kya可近似认为不变，传质单元高度

y不变，

N=H

=8.21

OG

OG

不变。

于是，并流操作的气、液两相出口含量

``

2、1可联立

求解以下两式获得

x`=1（y-y`）+x

12122

（1）

y-y`1y-mx

N=12=

ln12

OG（y

-mx）-（y`-mx`）

mGy`-mx`

11221+22

lny1-mx1L

y`-mx`

22

（2）

将已知数据带入以上两式，并将式

（2）线性化，则

x`=1（0.1-y`）+0.001

122

（3）

1.737⨯106y`-2.065⨯106x`=0.0985

21（4）

由式（3）、（4）求得

y

`=0.044

，x`=0.0291

逆流与并流操作所吸收的溶剂质量之比为

N逆=KyaH∆ym逆=G（y1-y2）

N并KyaH∆ym并G（y1-y）

`

N∆y

逆=m逆

=y1-y2

=0.1-0.005=1.7

N∆y

y-y`

0.1-0.044

从本例计算结果可以看出，在同一吸收塔内，当操作条件完全相同时，逆流操作可得到更好的分离效果，其原因是逆流操作具有更大的平均传质推动力。

因此，从传质推动力的角度看，逆流操作同样优于并流操作。

2.

（1）在操作条件下，系统的相平衡常数为

m=E

p

=2.786⨯105

1.013⨯105

=2.75

两股气体混合后的含量为

y1=

yGi+yG2

2

=0.1+0.04=0.07

2

气体出口含量为

y2=（1-φ）y1=（1-0.85）⨯0.07=0.0105

两股气体混合后进塔的最小液气比为

⎛L⎫

çG⎪

=y1-y2

x

=0.07-0.0105=2.3375

0.07

⎝⎭min

1e

2.75

Lmin

=2.3375G=2.3375（G1+G2）=2.3375⨯0.03=0.0701kmol/s

当两股气体分别进塔时，塔下半部的液气比大于上半部，操作线将首先在中间加料处与平衡线相交，对中间加料口至塔顶这一段作物料衡算，可求出为达到分离要求所需要的最小液气比为

⎛L⎫

çG⎪

=yG2-y2

y

=0.04-0.0105=2.028

0.04

⎝⎭min

G2

m2.75

吸收塔下半部的液气比

（L/V1）min=4.056，对下半部作物料衡算可得液体最大出口含量为连接（0,y2）、

yG2

（m

yG2）、（x1,min,yG1）三点的分段进料的操作线。

（2）混合气体的总体积流量为

q=22.4⨯T（G'+G'）=22.4⨯293⨯0.03=0.721m3/s

12273

吸收塔直径为

D===1.335m

L=⎛L⎫

1.2ç⎪

=1.2⨯2.3375

=2.805

G⎝G⎭min

由物料衡算式可求出液体出口含量为

x=G（y-y）+x

=0.07-0.01=0.0124

1L122

2.805

平均传质推动力为

∆y=（y1-mx1）-（y2-mx2）=（0.07-2.75⨯0.0124）-0.01=0.0106

my-mx0.07-2.75⨯0.0214

ln11

y2-mx2

ln

0.01

所需塔高

G

（π/4）D2

y-y

0.03

0.785⨯1.3352

0.07-0.01

H=

Kya

⨯12=

∆ym

8⨯10-3

⨯

0.0106

=14.7m

在实际液气比下的操作线如附图（b）线段ab`所示.

（3）再吸收塔的上半部，液气比L/G=2.805,由物料衡算可求得中间加料处吸收液含量为

x=G（y

ALG2

-

y2

）+x2

=0.04-0.01=0.0107

2.805

上半部的平均传质推动力为

∆y=（yG2-mxA）-（y2-mx2）=（0.04-2.75⨯0.0107）-0.01=0.0103

my-mx0.04-2.75⨯1.0107

lnG2A

y2-mx2

ln

0.01

上半部所需塔高为

G

（π/4）D2

y-y

0.03

0.785⨯1.3352

0.04-0.01

H1=

Kya

⨯G22=

∆ym

8⨯10-3

⨯

0.0103

=7.57m

L

在吸收塔下半部，液体流率不变，气体流率减半，G1

=2L

G

=5.61

，液体出口含

量为

x

=G1（y

1LG1

-

yG2

）+xA

=0.1-0.04+0.0107=0.0214

5.61

下半部的平均传质推动力为

∆y=（yG1-mx1）-（yG2-mxA）=（0.1-2.75⨯0.0214）-（0.04-2.75⨯0.0107）=0.0225

my-mx0.1-2.75⨯0.0214

lnG11ln

yG2

-

mxA

0.04-2.75⨯0.0107

下半部所需塔高为

G1

（π/4）D2

y-y

0.015

0.785⨯1.3352

0.1-0.04

H2=

Kya

⨯G1G2=

∆ym

8⨯10-3

⨯

0.0225

=3.46m

在实际回流比下，单独进料的操作线如附图（c）中ab`c`所示。

吸收塔总高度

H