第九章-吸收自测题-答案.doc

第二章 吸收
一. 填空题
1、压力__________，温度__________，将有利于吸收的进行。增加，下降
2、对于接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，在吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数__________，传质推动力__________。减小，增大
3、生产上常见的解吸方法有___________、____________、__________。升温，减压，吹气
4、吸收操作的原理是__________________。混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异
5、增加吸收剂用量，操作线的斜率___________，吸收推动力___________。增大，增大
6、所谓气膜控制，即吸收总阻力集中在______一侧，而_______一侧阻力可忽略；如果说吸 收质气体是属于难溶气体，则此吸收过程是________控制。气膜，液膜，液膜
7、 某逆流填料吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中的易溶组分，已知入塔 yb=8%(摩尔比)，平 衡关系 y=2x。 现设填料层无穷高， 若液气比(摩尔数之比)为2.5时，吸收率=____________%。 (2)若液气比为 1.5 时，吸收率=_____________%。100% 75%
8、 在设计吸收塔时，增加吸收剂用量，将使操作线的斜率__________和吸收过程的推动力 (Δym)________。变大，变大
9、 已知 SO2 水溶液在三种温度 t1、t 2、t 3 下的亨利系数分别为 E1=0.00625atm、E2=0.0011atm、E3=0.0035atm，则三者温度的关系为___________。t1>t3 >t2
10、实验室用水吸收空气中的 CO2 ，基本属于_________控制，气膜阻力______液膜阻力。 液膜控制、小于
11、浓度高，漂流因子（ ），主体流动的影响大。低浓度时，漂流因子近似等于1，主体流动的影响小。大，大
12、 （ ）和（ ）有利于吸收操作过程；而（ ）和（ ）则有利于解吸操作过程。 加压，降温，减压，升温
13、操作点 P 离平衡线越近，则总推动力就（越小） 。
14、操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力（越小） ，对传质越（不利） 。
二、单项选择题（每空 2 分，共 30 分）
1 对常压操作的低浓度吸收系统， 当系统总压在较小范围内增加时， 亨利系数 E 将( C )， 相平衡常数将( B )，亨利系数 H 将( C )。
A.增加 B. 降低 C.不变 D. 不确定
2 在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成X2增大，其他条件不变，则气相总传质单元高度将( C )。
A. 增加 B. 降低 C. 不变 D. 不确定
3、在气体混合物与某液体系统的 y-x 图中，操作线在平衡线下方， 说明该过程为（B）
A. 吸收 B. 解吸 C. 平衡 D. 不能估计
4、下列说法错误的是（ A.C ） 。
A. 溶解度系数 H 值很大，为难溶气体
B. 亨利系数 E 值很大，为难溶气体
C. 亨利系数 E 值很大，为易溶气体
D. 平衡常数 m 值很大，为难溶气体
5、低浓度逆流吸收操作中，若其它操作条件不变，仅增加入塔气量，则气相总传质单元高 度将（ A ） ；气相总传质单元数将（ B ）
A.增加 B. 减少 C. 不变 D. 不确定
6、 逆流操作的填料吸收塔， 当吸收因数 A ＜1 且填料为无穷高时， 气液两相将在 （B）达到平衡。 A．塔顶 B．塔底、 C．塔中部
7．通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时（ D ）
A．回收率趋向最高 C．操作最为经济 B．吸收推动力趋向最大 D．填料层高度趋向无穷大
8．吸收塔设计中，最大吸收率 η max 与（ D ）无关
A．液气比 B．液体入塔浓度 C．相平衡常数 D．吸收塔型式
9． 在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为___A__。
A. xe - x ； B. x - xe ； C. xi -x ； D. x – xi
10． 操作中的吸收塔，当其它操作条件不变，仅降低吸收剂入塔浓度，则吸收率将 （ A ） ；又当用清水作吸收剂时，当其它操作条件不变，仅降低入塔气体浓度则吸收率将（ C ）
A、增大； B、降低； C、不变； D、不确定
11、对常压操作的低浓度吸收系统，当系统温度升高时，亨利系数 E 将（ A ）, 平衡常数 m 将（ A ），溶解度系数 H 将（ B ）。
A. 增加 B. 降低 C. 不变 D. 不确定
12、据双膜模型的基本假设，固定相界面两侧的扩散阻力集中在两层虚拟的静止膜层之内，但对于易溶气体的吸收，则为( A )。
A. 气膜阻力远大于液膜阻力，属于气膜控制过程
B. 气膜阻力远大于液膜阻力，属于液膜控制过程
C. 气膜阻力远小于液膜阻力，属于气膜控制过程
D. 气膜阻力远小于液膜阻力，属于液膜控制过程
13、关于双膜模型的描述，错误的是( D )。
A. 气液两相接触时，有稳定相界面，且界面处气液两相达平衡
B. 相界面两侧各有一停滞膜，膜内传质方式为分子扩散
C. 传质阻力全部集中在停滞膜内，膜外传质阻力为零
D. 相界面处有阻力存在，计算中不可忽略
14、对于溶质浓度较大的稀溶液（仍为低浓度吸收） ，单方向扩散速率和等分子反向扩散速 率的大小关系是( A )。
A. 单方向扩散速率大于或等于等分子反向扩散速率
B. 单方向扩散速率小于等分子反向扩散速率
C. 单方向扩散速率等于二分之一等分子反向扩散速率
D. 单方向扩散速率等于三分之一等分子反向扩散速率
三．简答题
1．简述吸收剂的选取标准。
答：对溶质组分有较大的溶解度；溶质组分有良好的选择性；不易挥发；黏度低；无毒、无 腐蚀性、不易燃烧、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性等要求。
2. 实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什 么现象？
可以，能，但达不到指定的吸收要求
四、计算题
1、在总压 101.3kPa，温度 30℃的条件下，SO2 摩尔分率为 0.3 的混合气体与 SO2 摩尔分率 为 0.01 的水溶液相接触，试问： （1）从液相分析 SO2 的传质方向； （2）从气相分析，其它条件不变，温度降到 0℃时 SO2 的传质方向； （3）其它条件不变，从气相分析，总压提高到 202.6kPa 时 SO2 的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。 （15 分） 已知总压 101.3kPa，温度 30℃条件下 SO2 在水中的亨利系数 E=4850kPa；总压 101.3kPa， 温度 0℃的条件下，SO2 在水中的亨利系数 E=1670kPa
解：(1) m= E /P = 4850/101.3=47.88
从液相分析
xe = y /m =0.3 / 47.88= 0.00627 < 0.01
故 SO2 必然从液相转移到气相，进行解吸过程。(3 分)
(2) m = E / P =1670 / 101.3 = 16.49
从气相分析 ye=mx=16.49×0.01=0.16 < y=0.3 故 SO2 必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 (3 分)
(3) 在总压 202.6kPa，温度 30℃条件下，SO2 在水中的亨利系数 E=4850kPa
m= E/ p = 4850/202.6 = 23.94
从气相分析
ye=mx=23.94×0.01=0.24 < y=0.3 故 SO2 必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 (3 分)
xe = y / m = 0 .3/23.94= 0.0125 (3 分)
以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:
Δx=xe－x=0.0125－0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: Δy= y－ye=0.3－0.24=0.06 (3 分)
2. 在某常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。废气中氨的浓度为 0.08(摩尔分数)， 要求回收率不低于 98％。操作液气比L = 2 ，操作条件下的平衡关系为 y=1.48x，气相体积总传质系数 Kya=125kmol/(m3.h)。试求：
（1）吸收液浓度；
（2）吸收操作线方程；
（3）若Ｇ=100kmol/m2•h，求填料层高度。
解（1） y a = y b (1 - η ) = 0.08 * (1 - 0.98) = 0.0016
G (y b - y a) = L ( xb - x a )
1(0.08 - 0.0016) = 2( xb - 0)
xb = 0.0392
（2） y=L/Gx+(ya－L/Gxa)= 2 x + 0.0016
（3） H OG = G/ K y a=100/125= 0.8m．
S= mG / L=1.48/2 = 0.74

ho＝10.08*0.8=8.06m
4.在总压为 100kPa、 温度为 30℃时， 用清水吸收混合气体中的氨， 气相传质系数 k G =3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数 k L =1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利 定律，测得液相溶质摩尔分率为 0.05，其气相平衡分压为 6.7kPa。求当塔内某截面上气、液 组成分别为 y=0.05，x=0.01 时 （1） 以 p A - p A e 、 cAe - c A 表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数； （2） 分析该过程的控制因素。 解： （1）根据亨利定律 E = p Ae / x = 6 .7/0.05 = 134kPa
相平衡常数 m = E /p = 134/100 = 1.34
溶解度常数 H =ρs / EM s = 1000/ (134 × 18) = 0.4146
p A - p A e =100×0.05-134×0.01=3.66kPa
=13180+240617=253797

K G = 3.94 × 10 -6 kmol/（m2·s·kPa）
N A = K G ( pA - pA e ) =3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m2·s）
cA = 0.01 / (0.99 × 18 / 1000)= 0.56 kmol/m3
cAe - cA =0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3
KL = K G / H =3.94 × 10 -6 / 0.4146 = 9.5 × 10 -6 m/s
N A = K L (cAe - cA ) =9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m2·s）
（2）与 p A - p A e 表示的传质总推动力相应的传质阻力为 253797（m2·s·kPa）/ kmol；
其中气相阻力为 1 / kG = 240617 m2·s·kPa/ kmol；
液相阻力1 / Hk L = 13180 m2·s·kPa/ kmol；
气相阻力占总阻力的百分数为
240617 / 253797 × 100% = 94.8% 。
故该传质过程为气膜控制过程。
5.在一塔径为 0.8m 的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为 99.5%。 已知空气和氨的混合气质量流量为 1400kg/h，气体总压为 101.3kPa，其中氨的分压为 1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的 1.4 倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为 Y=0.75X，气相总体积吸收系数为 0.088kmol/m3·s，试求 （1）每小时用水量； （2）用平均推动力法求出所需填料层高度。
解 (1)y1 =1.333 /101.3 = 0.0132 Y1 =y1 /(1 - y1) = 0.0134
Y2 = Y1 (1 - η ) = 0.0134(1 - 0.995) = 0.0000669
X2 = 0
因混合气中氨含量很少，故 M ≈ 29kg/kmol
V = 1400 / 29 * (1 - 0.0132) = 47.7 kmol/h
Ω = 0.785 × 0.8 2 = 0.5 ㎡
得 Lmin = V(Y1 -Y2)/(X1*-X2)=47.7(0.0134 - 0.0000669)/ (0.0134/0.75-0)= 35.6kmol/h实际吸收剂用量 L=1.4Lmin=1.4×35.4=49.8kmol/h
(2) X1 = X2+V（Y1－Y2）/L = 0+ 47.7(0.0134-0.0000669)/49.8 = 0.0128
Y1* = 0.75 × 0.0128 = 0.00953
Y2* = 0
∆Y1=Y1-Y1* = 0.0134 - 0.00953 = 0.00387
∆Y2 = Y2 - Y2* = 0.0000669 -0 = 0.0000669
∆Ym = (∆Y1 - ∆Y2)/ln(∆Y1/∆Y2)=(0.00387 - 0.0000669) / ln(0.00387/ 0.0000669 )=0.000936
N OG =(Y1 - Y2)/ ∆Ym=14.24
H OG = V/(K Y aΩ)=(47.7/3600)/(0.088*0.5)=0.3
Z = N OG * H OG =14.24×0.30=4.27m
6.在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气， 若清水量适量加大， 其余操作条件不变， 则 y 2 、 x1 如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为 k Y a ∝ G0.8）

解： 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故 K Y a ≈ k Y a ∝ G0.8
）
因气体流量 G 不变，所以 k Y a 近似不变。由于 K Y a ≈ k Y a ∝ G0.8
k Y a不变 所以HOG 不变。
因塔高不变，故根据 H= N OG * H OG 可知 N OG 不变。<
当清水量加大时，因1/A = m/(L/G)，故1/A 降低，由图可以看出(y1-mx2)/(y2-mx2) 会增大，故 y 2将下降。
根据物料衡算 L( x1 - x 2 ) = G ( y1 - y 2 ) 可近似推出 x1 将下降。
4.在一填料吸收塔内， 用含溶质为 0.0099 （摩尔比） 的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的 85%， 进塔气体中溶质浓度为 0.091（摩尔比），操作液气比为 0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为 ye= 0.86 x ，假设体积传质系数与流动方式无关。试求
（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度； （2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。
解： 逆流吸收时，已知 y1 = 0.091 ， x 2 = 0.0099
所以y 2 = y1 (1 - η ) = 0.091(1 - 0.85) = 0.01365
x1 = x2+V（y1－y2）/L=0.0099+(0.091 - 0.01365)/ 0.9 = 0.09584
Y 1* = 0.86*X1 = 0.86 × 0.09584 = 0.0824
Y2* = 0.86*X 2 = 0.86 × 0.0099 = 0.008514
∆Y1 = Y1 - Y1* = 0.091 - 0.0824 = 0.0086
∆Y2 = Y2 - Y2* = 0.01365 - 0.008514 = 0.005136
∆Ym = (∆Y1 - ∆Y2)/ln (Y1/Y2)= (0.0086 - 0.005136)/ ln(0.0086/0.005136)= 0.00672
N OG =(Y1 - Y2) /∆Ym=(0.091 - 0.01365)/ 0.00672=11.51
改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为 Y1'、X 1' ，进塔气、液相组成为 Y2 、X 2 。
物料衡算：
( X 1' - X 2 ) L = V (Y2 - Y1' )
N OG =(Y2 - Y'1)/[(Y2 - mX 2 ) - (Y1' - mX 1' )]/ln {(Y2- mX 2)/(Y1 - mX 1')}
将物料衡算式代入 N OG 中整理得：
N OG =1/(1+ m/(L/V))/ln(Y2 - mX 2)/(Y1' - mX 1')
逆流改为并流后， 因 k Y a 不变，即传质单元高度 HOG 不变，故 NOG 不变。
所以
11.51 =1/(1+0.86/0.9)/ ln(0.91- 0.86*0.0099)/(y1’-0.86x1’)
由物料衡算式得： Y1' + 0.9 X 1' = 0.0999
将此两式联立解得：
X 1' = 0.0568
Y1' = 0.0488
∆Ym ==(Y2 - Y1')/ N OG= (0.091 - 0.0488) /11.51= = 0.00366
∆Ym /∆Ym’=0.00672/0.00366=1.84
由计算结果可以看出， 在逆流与并流的气、 液两相进口组成相等及操作条件相同的情况 下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。