化工原理吸收考试题

第二章吸收复习题

一、填空

1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是，而表示传质任务难

易程度的一个量是o

2在传质理论中有代表性的三个模型分别为、、。

3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生、及等不正常现

象，使塔无法工作。

4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

J2

kv=2kmol/m•h,气相传质总Ky=l.5kmol/m•h,则该处气液界面上气相浓度y,应为。

平衡关系y=0.5x（,

5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A〈1且填料为无穷高时，气液两相将在达到平衡。

6单向扩散中飘流因子。漂流因数可表示为，它反映。

7在填料塔中用清水吸收混合气中HC1,当水量减少时气相总传质单元数NOG。

8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精流单元操作流,而A组份通过B组份

的单相扩散体现在操作中。

9板式塔的类型有、、（说出三种）；板式塔从总体上看汽液两

相呈接触，在板上汽液两相呈接触。

10分子扩散中菲克定律的表达式为,气相中的分子扩散系数D随温度升高而

（增大、减小），随压力增加而（增大、减小）。

12易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上方的分压，只要

组份在气相中的分压液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。

13压力，温度，将有利于解吸的进行；吸收因素人=_，当A>1时，

对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔达到平衡。

14某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=l,气膜和液膜体积吸收系数分别为厩=2

33

X10'kmol/m.s,kxa=0.4kmol/m.s,则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别

为;该气体为溶气体。

二、选择

1根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系

数。

A大于液相传质分系数B近似等于液相传质分系数

C小于气相传质分系数D近似等于气相传质分系数

2单向扩散中飘流因子。

A>1B<1C=1D不一定

3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/m',h,气相传质总K>=1.5kmol/m,h,则该处气液界面上气相浓度yi应为。

平衡关系y=0.5x。

A0.02B0.01C0.015D0.005

4已知SO2水溶液在三种温度ti、t2、t3下的亨利系数分别为日=0.0035atm、E2=0.011atm,

E3=0.00625atm,则

At1<t2Bt3>t2Cti>t2Dt3<ti

5逆流操作的吸收塔，当吸收因素*1且填料为无穷高时，气液两相将在达到平衡。

A塔顶B塔底C塔中部D不确定

6对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的电将,脑将。

A增大B减小C不变D不能判断

7吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力，

传质单元数，传质单元高度，所需填料层高度。

A增大B减小C不变D不能判断

8料塔中用清水吸收混合气中NH：“当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数

NOG.

A增加B减少C不变D不确定

三、计算

1某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/（/z2）,操作压力

3

P=101.3kPa。已知容积传质系数=64.64"血/（〃,/）,kLa-\6.6kmol1{h■in）,相

平衡关系为PA=4.62CA（式中气相分压力的单位是kPa,平衡浓度单位是攵机。//〃/）。

求：（1）容积总传质系数K,a及传质单元高度”0G；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。

解：（1）由亨利定律

P=Ex=He=HCM-xy=mx

462

...m=Hc/P=——0=0.0456c%

M101.3，WM

3

k、a=kLacM=16.6c（wkmol/h-m

m0.0456c3八,

---=-------w-=2.75x10h-m3/kmol

kg16.6c”

11m1

——=一+—=——+2.75xIO'=00182/i,机3/kmol

Kxak、.akxa64.6

Ka=54.9kmol/h-w3

V16

H()「=---=----=0.291(771)

°。Kya54.9

（1）液相阻力占总阻力的百分数为:

9=^21=0.151=61%

1/Ka0.0182

2低含量气体逆流吸收，试证:

N°G=―^ln必

L

式中A），1=%—%,为塔底的吸收推动力；^y2为一为，为塔顶的吸收推动力。

证明：由物料衡算得:

V/、

X=%2+7(/一力)

低浓度吸收”=tnx

mV,、

以=吟+丁（y-乃）

I>

NOG=『上=r----------!----------dy

-2y~yA2mV/、

ey-mx--—(y-y)

2l—l2

=『______生_________

A-：mV,mV、

(1—1)x>+(工^为-mx2)

八mV.mV

i(1---)弘^乃一"/

=——i/ln——匕.....-

1_y2-mx2

L

L(x,-x2)=V(y]-y2)

mVmV

：.—j—y,———y2+mx2=mxy

1,△%

得Noc=-^\n^^

,nVmx1mV&，2

r_y2-i

LL

3某填料吸收塔用含溶质X2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比

L/V=3,气体入口质量分数为=0.01回收率可达〃=0.90。已知物系的平衡关系为y=2x。

今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至月=0.00035,试求：

（1）可溶组分的回收率下降至多少？

（2）液相出塔摩尔分数汇升高至多少?

解：(1)y2=y,(1-7)=0.01x(1-0.9)=0.001

1m2c

—=----=一=0.667

AL/V3

N。。—)^U与

।_£Ay2-mx2A

一A

1,c/f0.01-0.0002x2c//riucc

ln[r(l-0.667)+0.667=5.38

1-0.667-------------0.001-0.0002x2

当/上升时，由于"不变，不变

:.N°G=H/H°G也不变，即

…1…，、/c001—000035x2C-

5.38=--------In(1-0.667)-----------------+0.667

1-0.667y；-0.00035x2

月=0.0013

让其="上"空EM

0.01

（3）物料衡算

V(y,-y；)=L(X-x；)

v

•*-x；="7(必一%)+其

L

=1x(0.01-0.0013)+0.00035=0.00325

4有一填料吸收塔，在28℃及10L3kPa,用清水吸收200nl：'/h氨-空气混合气中的氨，使其

含量由5%降低到0.04%（均为摩尔％）。填料塔直径为0.8m,填料层体积为3m\平衡关系

为Y=1.4X,已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能

否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用？（注：在此

条件下不会发生液泛）

%一=0.05263

解：⑴

1-0.05人昌编…4

200273

惰性气体流量V=----x----x(l—0.05)=7.696。///?

22.4301

Xi*4"，X1=0.80X；=0.0301

L=―一功=7.69X(0.05263-0.0004)=於.34加。"人

0.0301-0

x,-x2

△彳=匕—机X|=0.05263—1.4x0.0301=0.01046

△以=公=00004

△匕=咒；“=0.00308

ln^

AY'

Z，=V…)=7.69X(0.05263：。.。。。4)=

Ky“QA，：38.5x0.785x0.82x0.00308

3

该塔现有填料层高度Z=——-―=6m

0.785x0.8r2

因为Z'〉Z所以该塔不适合。

(2)吸收剂用量增大10%时

//'=1.1x13.34=14.676。//%

,〃V(r,-7)7.69x(0.05263-0.0004)

2=14.67kmol/h

■X；-X2X：L0

X{'=0.0274

\Y；'=7,-mX；=0.05263-1.4x0.0274=0.01424

AY；=Y2=0.0004

0.01424-0.0004

=0.00387

,0.01424

In

0.0004

z〃」（KY）7.69x(0.05263-0.0004)

=5.36m

38.5x0.785x0.82x0.00387

因为Z'\Z所以该塔适合。

5一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件卜气相总传质单元高度为

1.5m,进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶

液浓度为0.0128,操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少

倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033,

求此时填料层高度为若干米？

解：（1）液气比为最小液气比的多少倍？

0.04=0Q4nyOQOSS=000533

1-0.0421-0.0053

=0.00128=00]297

11-0.00128

0.0417-0.00533

L/V=2.804

0.01297-0

X—匕匕一匕0.0417-0.00533,。

(L/Omin--------=--------=------------------------=2o.18

X；-X2Y]1m0.0417/2.5

(L/_2.804/_i286

则少L2bb

/(L/V)min-/2.18-

(2)所需填料层高度?

Z=HOGxNOGS=〃?V/L=2.5/2.804=0.892

NOG-ln[(l-S)+S]

1-SY2-mX2

=』或-。.892)港券+0.892]

=5.11

故Z=HocxNOG=1.5x5.11=7.67/?/

(3)此条件下的填料层高度。

0.0033

匕==0.00331

1-0.0033

1K,-mX2

Noc1^5ln[(l-S)+S]

Y；-mX2

10.0417-0

ln[(l-0.892)+0.892]

1-0.8920.00331-0

=7.52

Z'=HncxN'=1.5x7.52=11.28〃?

6在一逆流操作的吸收塔内用吸收剂吸收混合气中的溶质A。混合气的摩尔流量为

105kmol/h,溶质浓度为0.05(摩尔分率，下同)，回收率为95%o进入系统的吸收液量为

65kmol/h,其中溶质浓度为0.01。操作压强为202.7kPa,操作温度下的溶液的亨利系数为

16.2kPa,要求:

(1)在Y-X图上画出吸收过程的操作线和平衡线，并标出塔顶、塔低的状态点，再计

算气相总传质单元数；

(2)若采用吸收液部分循环流程，循环量为20kmol/h,,进入系统的吸收剂量和组成

不变，回收率不变。且知吸收过程为气膜控制，试绘出该过程的操作线并求出气

相传质单元数。

解：(1)Xi及NOG的计算

进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为:

V=105x(1—0.05)=99.75初在/〃

进塔气体中溶质A的浓度为:

0.05

工==0.05263

1-0.05

出塔气体中溶质A的浓度为:

右=X(1-/)=0.5263x(l-0.95)=0.00263

原操作线

进塔纯溶剂的摩尔流量为:

L=65x(1-0.01)=64.35kmol/h

进塔吸收剂中溶质的浓度为:

Y.=0-01=0.0101

11-0.01

物系的相平衡常数：m=-==0.08

P202.7

脱吸因数5=mV/L=0.14x39.88/7.956=0.7

时全塔作溶质A的物料衡算可求得塔低吸收液中溶质浓度为：

V9975

X,=X2+—(X-丫,)=0.0101+^-(0.05263-0.00263)=0.0876

'L~64.35

根据（X”X）和（乂2，八）在本题附图1中画出原操作线。

附图1

气相总传质单元数可由下式计算，即:

N°G=」ln[(l-S)上/+S]

1—3

循环操作

——!——ln[(l-0.124)0.0520.0101

+0.124]

1-0.1240.00263-0.08x0.0101

3.676

（3）吸收液部分循环时的情况

X2L

根据题意画出如本题附图2所示的流程图。

循环吸收液的摩尔流量用"表示，其中纯溶剂的

流量为LR,对整个系统作溶质的物料衡算可知X,不

变,即X1=0.0876

则/="1+X1)

20

LR=———=18.39切i。///?

K1+0.0876

新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度X；为:

=(臬+L)X；X/

LX2+LRXX

64.35X0.0101+18.39x0.0876=(64.35+18.39)xX；附图2

解得X；=0.0273

因要保持回收率不变，故八=0.00263

S'=mV/L'=0.08x99.75/(64.35+18.39)=0.0964

吸收液部分循环时的传质单元数为：

1Y—mY1

.〉二」一EK7户为+Sl

OG]—S'Y2-mX'2

1,,八…八0.05263—0.08x0.0273八…，,

=------------ln[r(7l-0.0964)-----------------------------+0.0964]

1-0.09640.00263-0.08x0.0273

=512〉N°G

已知吸收过程为气膜控制，液体流量对Ho。的影响可忽略不计，故在吸收液有部分循

环情况下，要达到同样的回收率，需较高的填料层。

根据上述的计算值，即：（X「X）和（X；，X）可在本题附图1上画出相应的循环操作线。

由图可看出，操作线与平衡线之间距离变小，也即吸收推动力变小了。

7某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m,平衡

关系Y=1.4X,测得气体进、出口浓度匕=0.03,Y2=0.002,液体出口浓度％=0.015（均为摩

尔比）。试求：（1）操作液气比L/V;（2）气相总传质单元高度Hoc,（3）如果限定气体出口

浓度丫2=0.0015,为此拟增加填料层高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？

解：（1）操作液气比L/V；

“上幺=竺上*1.87

X,-X20.015-0

（2）气相总传质单元高度

因Z=HocxNocS=7?/V/L=1.4/1.87=0.749

NOGln[(l-S)K|+S]

°。1-SY2-mX2

030

=---ln[(l-0.749)0-~+0.749]

1-0.7490.002-0

=6.004

故Hoc=Z/NOC=9/6=1.5

(3)Z'-Z=?

由题意知Y；=0.0015其它条件不变，则〃0G=1.5不变

新情况下的传质单元数为:

-Lil_S)^=^5]

N'°Gn[(+

1—S29—mX)

=-1一lnr(l-0.749).003/-+0.749]

1-0.7490.0015-0

=6.98

故Z'=/GXN.G=1.5x6.98=10.47〃?