青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之吸收.pdf

吸吸 收收基本概念基本概念1、亨利定律2、气膜控制与液膜控制三、请回答下列问题（10 分）1根据双膜理论，两相间的传质阻力主要集中在什么地方？增加气液两相主体的湍动程度，传质速率将会如何变化？相界面两侧的液膜和气膜中；增大2对于高浓度气体吸收，为什么不能用脱吸因子法或对数平均推动力法，而必须用图解积分或数值积分的方法进行吸收过程计算？因为脱吸因子法和对数平均推动力法都是基于稀溶液的相平衡线为直线的假设，而对于高浓度气体吸收，该假设不再成立，所以这两种方法不再适用，必须针对相平衡曲线运用数值积分或图解积分的方法进行吸收过程的相关计算。4简要叙述吸收中双膜理论的提出者及其三个基本要点。双膜模型由惠特曼（Whiteman）于 1923 年提出，为最早提出的一种传质模型。（1 分）惠特曼把两流体间的对流传质过程设想成图片 2-10 所示的模式，其基本要点如下：当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜，气相一侧的称为“气膜”，液相一侧的称为“液膜”，溶质 A 经过两膜层的传质方式为分子扩散。（2 分）在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。（1 分）在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。（2 分）双膜模型把复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过程，依此模型，在相界面处及两相主体中均无传质阻力存在。这样，整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个停滞膜层内。因此，双膜模型又称为双阻力模型。5对于溶解度系数很低的气体吸收，可采用哪些措施以提高吸收速率？7、说明传质单元高度的物理意义8、简述填料塔的基本结构与主要特点。9、写出亨利定律的定义及表达公式。主要公式：主要公式：吸收塔的物料衡算；液气比与最小液气比求 m【例 28】填料层高度的计算【传质单元高度、传质单元数（脱吸因数法）】提高填料层高度对气相出口浓度的影响四、计算题2、（分）有一吸收塔，塔内装有 25253mm 的拉西环，其比表面积 a=204m2/m3（假设全部润湿），在 20及 1atm 下操作。空气丙酮混合气中含有 6%(V%)的丙酮，混和气量 1400m3/h（标准状态）。塔顶喷淋的清水量为 3000kg/h，丙酮回收率=98%，平衡关系为 y=1.68x（x，y 为摩尔分数）。已知塔径D=0.675m，总传热系数 Ky=0.4kmol/(m2h)，试求：（1）传质单元数 NOG；（2）填料层高度 Z。解：h/5Kmol.624.221400G h/67Kmol.166183000L （1）因 06.0y1%98 所以 0.001206.0)98.01(y)1(y12 x2=0 022.0)0012.006.0(67.1665.62)yy(LGx211 又 037.0022.068.1mxy11e 0mxy22e 故 0074.000012.0037.006.0ln00012.0037.006.0yyyyln)yy()yy(y2e21e12e21e1m （10 分）965.70074.00012.006.0yyyNm21oG（2）塔的横截面积 22236m.0675.0414.3D4 （6 分）)m(13.236.02044.05.62aKGHgoG h=HoGNoG=2.137.97=16.96(m)（4 分）某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气当中的有害组分 A，已知操作条件下，气相总传质单元高度 1.5 米，进塔混合气组成为 0.04(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（X、Y 为摩尔比），求：1 液气比 L/V 为（L/V）min的多少倍？2 气相总传质单元数 NOG 3 所需填料层高度 Z。1 （2 分）121220.040.00530.01280.0417,0.00533,0.01297,0,01 0.041 0.00531 0.0128YYXXY （2 分）12120.04170.005332.8040.012970YYLVXX （4 分）11212min110.005332.5(1)2.180.0417YmYYYYLVXX （3 分）min2.8041.2862.18LVLV2 （2 分）2.50.8922.804mVsL（4 分）1222110.04170ln(1)ln(1 0.892)0.8925.1111 0.8920.005330OGYYNSSSYY3 （3 分）1.5 5.117.67OGOGZHNm某填料吸收塔用洗油来吸收混合气体中的苯，洗油中苯的浓度为 0.0002 kmol 苯/kmol 洗油，混合气体量为 1000m3/h，入塔气体中苯含量为 4%（体积分率），要求吸收率为 80%，操作压强为 101.3kPa，温度 293 K。溶液的平衡关系为 Y*=30.9X，取操作液气比为最小液气比的 1.2 倍，求：1 最小液气比（L/V）min。2 吸收剂用量 L 和溶液出口组成 X1。1 进塔气体中苯浓度：（1 分）0417.004.0104.01111yyY出塔气体中苯浓度：（1 分）00834.0)8.01(0417.02Y进塔洗油中的苯浓度：0002.02X （4 分）00135.09.300417.01*1mYX （4 分）290002.000135.000834.00417.02*121minXXYYVL2.即 L=38.4V （2 分）8.34292.1)(2.1minVLVL 进入吸收塔惰性气体摩尔流量为：（3 分）hkmol/93.39)04.01(3.1013.1012932734.221000V惰性气体L=34.8V=1390kmol 洗油/h （2 分）而 （3 分）00116.0)00834.00417.0(139093.390002.0)(2121LYYVXX四、（20 分）用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。进料混合气体含苯 5%（体积百分数），其余为空气。要求苯的回收率为 95%。吸收塔操作压强为 780,温度为 25，进入填料塔的混合气体为 1000，入塔mmHghm/3吸收剂为纯煤油。煤油的耗用量为最小用量的 1.5 倍。汽液逆流流动。已知该系统的平衡关系为（式中均为摩尔比），气相体积总传质系数。煤油的平均XY14.0YX,hmkmolaKY3/125分子量为 170。塔径为 0.6。求：kmolkg/m（1）煤油的耗用量为多少？hkg/（2）煤油出塔浓度为多少？1X（3）填料层高度为多少米？（4）吸收塔每小时回收多少苯？kg解：（1）煤油的耗用量：L塔内惰性组分摩尔流量为：hkmolV/88.39)05.01(760780252732734.221000进塔气体苯的浓度为：05263.005.0105.01Y出塔气体中苯的浓度为：00263.0)95.01(5263.0)1(12AYY由吸收剂最小用量公式 2121min/)(XmYYYVLhkghkmolXmYYYVLL/52.1352/956.7 )14.0/05263.0/()00263.005263.0(88.395.1 )/()(5.15.12121min（2）煤油出塔浓度：1X由全塔物料衡算式可得：25.0)00263.005263.0(956.788.390)(2121YYLVXX（3）填料层高度 Z:OGOGNHZmKVHYaOG13.16.0412588.3927.0956.7/88.3914.0/LmVS)1ln(112221SmXYmXYSSNOG7.0000263.0005263.0)7.01ln(7.01134.6故 mZ16.713.134.6（4）吸收塔每小时回收多少的苯：kg回收苯的质量为：hkgYYMVm/5.155)00263.005263.0(88.3978)(21在压力为 101.3kPa、温度为 30的操作条件下，在某填料吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的NH3。已知入塔混合气体的流量为 220 kmol/h，其中含 NH3为 1.2%(摩尔分数)。操作条件下的平衡关系为 Y=1.2X（X、Y 均为摩尔比），空塔气速为 1.25m/s；水的用量为最小用量的 1.5 倍；要求 NH3的回收率为 95%。试求：（1）水的用量；(2)填料塔的直径。答：（1）单位时间内通过吸收塔的惰性气体流量hBKmolV/)(36.217%)2.11(220 0121.0%2.11%2.12Y由回收率 所以%95212YYY000605.01Y由 ，XY2.101.02.10121.02.12*2YX清水吸收则 ，01X14.1001.0000605.00121.01*212minXXYYVL Kmol/h79.24736.217*14.114.1)(minVL Kmol/h69.37179.247*5.15.1minLL(2)nRTPV smPnRTV/52.13600*1000*3.101)30273(*314.8*1000*2203 由 所以 uDV2412*14.3*4/1*25.152.1DmD24.1六、计算题。六、计算题。（15 分）分）已知某填料吸收塔直径为 1m，填料层高度为 4m。用清水逆流吸收某混合气体中的可溶组分，该组分进口组成为 8%，出口组成为 1%（均为 mol%）。混合气流率为 30 kmol/h，操作液气比为 2，操作条件下气液平衡关系为 Y=2X。试求：（1）操作液气比为最小液气比的多少倍；（2）气相总体积吸收系数 KYa。传质单元数的计算公式：2112)(*YYYYOGbmXYdYYYdYN用纯溶剂吸收惰性气体中的溶质 A。入塔混合气流量为 0.0323kmol/s，溶质的含量为 y1=0.0476（摩尔分数，下同），要求吸收率为 95%。已知塔径为 1.4m，相平衡关系为 Y*=0.95X（X、Y 均为摩尔比），传质属于气膜控制，KYa=410-2kmol/(m2s)，要求出塔液体中溶质的含量为 x1=0.0476，试求：（1）吸收剂用量（kg/h）；（2）填料层高度。解 先进行组成和物理量单位换算0500.00476.010476.01111yyY0025.0)95.01(05.0)1(12YY0500.00476.010476.01111xxX02X)/(020.04.1785.0)0476.01(0323.0785.0)1()1(22211smkmolDyZyZVB（1）由全塔物料衡算关系95.0005.00025.005.02121XXYYVLBS所以吸收剂用量为)/(019.002.095.095.02smkmolVLBS （10 分）hkgOHMVB/3.18943600184.1785.0019.03600)(95.022（2）由于脱吸因子195.095.0BBBBVLmLmVS说明操作线与平衡线平行，推动力处处相等，即0025.00222*2221YmXYYYYYY190025.00025.005.0221YYYNOG （10 分）maKVHYBOG5.0104020.02五、计算题。五、计算题。（15 分）分）在常压逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中溶质组分 A。进塔气体组成为 0.03（摩尔比，下同），吸收率为 99；出塔液相组成为 0.013。操作压力为 101.3 kPa，温度为 27，操作条件下的平衡关系为（Y、X 均为摩尔比）。已知单位塔截面上惰气流量为 54 kmol/（m2h），气相总体积吸收系数为 1.12 kmol/（m3hkPa），试求：1、所需填料层高度。（7 分）2、操作液气比为最小液气比的多少倍？（8 分）；五、（15 分）解：1、（7 分）气相进塔组成 气相出塔组成 液相出塔组成 液相进塔组成 （2 分）（1 分）（2 分）m （1 分）m （1 分）2、（8 分）操作液气比 （2 分）28.20013.00003.003.02121XXYYVL由 （2 分）015.0203.0221*1YXXY （2 分）98.10015.00003.003.0)(2*121minXXYYVL （2 分）15.198.128.2)()(minVLVLopt1.(20 分)某厂有一填料吸收塔，直径为 880 mm，填料层高 6 m，所用填料为 56 mm 的拉西环。在25及 101.325 kPa（绝压）时，每小时处理 2000 m3含 5%（体积）丙酮的空气-丙酮混合气，处理时用水作溶剂，塔顶送出的尾气中含丙酮 0.263%（体积）。塔底送出的溶液中每 kg 含丙酮 61.2 g。在上述操作条件下，平衡关系为 y*=2x。根据上述所测出的数据，试求：（1）气相总传质系数 Kya；（2）每小时回收的丙酮量。2 （20 分）解：（1）求体积总传质系数方法 1：对数平均推动力法23121*1111*3222223121320.05,2.63 1061.2/580.01983100061.261.218582 0.019830.03966,y0.010340,y2.63 10 y y0.010342.63 100.00 y0.01034lnln2.63 10 ymyyxymxyyymxyyy3332OG563(5)120.052.63 108.4(5)ym0.00563/6/8.40.714 (5)2000273G83.2 kmol/h22.429383.2191.6 kmol/(m)0.053 kmol/(m)(5)H0.7140.884OGOGOGyyyNHh NmGK ahs分分分分方法 2：吸收因子法312)1212322/(/()2(0.019830)/(0.052.63 10)0.8372(5)110.05ln(1)ln(1 0.8372)0.83728.4(3)1 0.83722.63 101/6/8.40.714 (2)2000273G8322.4293OGOGOGmG Lm xxyyymxmGmGNmGLymxLLHh Nm分分分332OG.2 kmol/h83.2191.6 kmol/(m)0.053 kmol/(m)(5)H0.7140.884yGK ahs分（2）每小时回收的丙酮量GA=G(y1-y2)=83.2(0.05-2.6310-3)=3.94 kmol/h=228.5 kg/h (5)分五、（20 分，08 考研）用填料塔吸收混合气体中所含的苯，入塔气体中含苯 5%（体积分率），其余为空气，要求苯的回收率为 90%，吸收塔在常压、25下操作，入塔混合气体为每小时 940m3（标准状况），入塔吸收剂为纯煤油，其耗用量为最小耗用量的 1.5 倍，已知该系统的相平衡关系为 Y=0.14X（其中 X、Y 为摩尔比），气相总体积吸收系数 KY a=0.035 kmol/(m3s)，纯煤油的平均分子量为 170，塔径为 0.6 m。试求：（1）吸收剂用量 kg/h；（2）溶剂出塔浓度；（3）填料层高度。五、（20 分，05 考研）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害成分 A。已知操作条件下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倍数。（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,需将填料层加高多少米?五、（20 分，06 考研）在逆流操作的填料塔中,用清水吸收焦炉气中的氨,氨的浓度为 8g/标准 m3,混合气体处理量为 4500 标准 m3/h。氨的回收率为 95%，吸收剂用量为最小用量的 1.5 倍。空塔气速为 1.2m/s。气相体积总吸收系数 KYa 为 0.06kmol/（m3h），且 KYa 正比于 V0.7，（V 为惰性气体处理量）。操作压强为101.33kPa，温度为 30，在操作条件下气液平衡关系为 Y=1.2X。试求：（1）用水量，kg/h；（2）塔径和塔高，m；（3）若混合气体处理量增加 20%，要求吸收率不变，则需增加的填料层高度，m。(氨分子量17)四、（20 分，07 考研）填料塔内用纯溶剂吸收气体混合物中的某溶质组分，进塔气体溶质浓度为 0.01（摩尔比，下同），混合气体的质量流量为 1400 kg/h，平均摩尔质量为 29 g/mol，操作液气比为 1.5，在此操作条件下气液相平衡关系为 Y*=1.5X，当两相逆流操作时，工艺要求气体吸收率为 95%，现有一填料层高度为 7m、塔径为 0.8m 的填料塔，气相总体积吸收系数 KYa 为 0.088 kmol/(m3s)，求（1）操作液气比是最小液气比的多少倍？（2）出塔液体浓度 X?（3）该塔是否合用？