化工原理习题第四部分吸收答案.doc

第四部分 气体吸收一、填空题 1物理吸收操作属于传质过程。理吸收操作是一组分通过另一停滞组分的 单向 扩散。 2操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是达不到要求的吸收分离效果 。3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。 4若吸收剂入塔浓度X2降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度 降低 。 5含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c （大气压），则SO2将从 气相 向 液相 转移。 6含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为 0.0676 atm 大气压。 7总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG，其中l/kL为 液膜阻力 。8总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG， 当气膜阻力H/kG 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 9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 难溶 气体。 10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值很小，说明该气体为 易溶 气体。 11低浓度气体吸收中，已知平衡关系y*=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s，kya =2l0-4 kmol/m3.s，则此体系属 气膜 控制。 12压力 增高 ，温度 降低 ，将有利于吸收的进行。 13某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若y1下降，L、V、P、T等不变，则回收率 减小 。 14某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若L增加，其余操作条件不变，则出塔液体浓度 降低 。 15吸收因数A在Y-X图上的几何意义是 操作线斜率与平衡线斜率之比 。 16脱吸因数S可表示为mV / L，吸收因数A可表示为 L/ mV 。 17脱吸因数S在Y-X图上的几何意义是 平衡线斜率与操作线斜率之比 。 18在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成将 增加 。 19在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，液体出口组成将 减少 。 20吸收过程物料衡算时的基本假定是：（1） 气相中惰性气体不溶于液相；（2） 吸收剂不挥发 。 21在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将 减小 。 22在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则操作线将 靠近 平衡线。 23在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则设备费用将 增加 。 24对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的HOG将 不变 。 25对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的NOG将 增加 。 26如果一个低浓度气体吸收塔的气相总传质单元数NOG=1，则此塔的进出口浓度差（Y1-Y2）将等于 塔内按气相组成表示的平均推动力 。 27.气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是 传质单元高度 ，而表示传质任务难易程度的一个量是 传质单元数 。28.单向扩散中飘流因A 1。漂流因数可表示为，它反映 由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。29.一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精馏单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。30.板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触，在板上汽液两相呈 错流 接触。30.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_（增大、减小），随压力增加而_减小_（增大、减小）。31.易溶气体溶液上方的分压 小 ，难溶气体溶液上方的分压 大 ，只要组份在气相中的分压 大于 液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。32.根据双膜理论，两相间的传质阻力主要集中在 相界面两侧的液膜和气膜处，增加气液两相主体的湍动程度，传质速率将_增大_ 。33.吸收的逆过程称为 解吸 。34.对于低浓度气体吸收，其气、液相平衡关系服 亨利定律 。35根据气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的不同，从而使气体混合物得以分离的操作称为 吸收 。36、当物系一定时，亨利系数E随系统的温度而变化，通常温度升高，E值 增大 。37、吸收塔的操作线斜率为 液气比LSVB ，斜率越大，操作线 平衡线，则各截面上吸收推动力 增大 。38.在低浓度的难容气体的逆流吸收塔中，若其他条件不变而入塔液体量增加，则此塔的液相传质单元数NOL将 减小 ，而气相总传质单元数NOG将 不变 ，气体出口浓度ya将 降低 。39.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分，其液气比L/G为2.7，平衡关系为Y=1.5X，若溶质的吸收率为90 % ，则操作液气比与最小液气比之比值为 2 。40.含低浓度的难容气体的混合气体，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于 液相 中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数Kya值将 增大；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将 减小 ；溶质A的吸收率将 增大 ；若系统的总压强升高，则亨利系数将 不变 ，相平衡常数将 减小 。41.若某气体在水中的恒里面系数E值很大，说明该气体为。 难溶 气体，该吸收过程为 液膜控制 过程。42.用逆流操作的吸收塔处理低浓度易溶溶质的气体混合物，其他条件均不变，而入口气体浓度增加，则此塔的液相总传质单元数 不变 ，出口气体组成 增加 ，出口液相组成 增加 。43.在吸收操作过程中，保持气液相流量、气相进口组成不变，若液相进口浓度降低，则塔内平均传质推动力将 增大 ，气相出口浓度将 减小 。44.对填料塔期末控制的逆流吸收过程，若其他操作条件不变，将气液流量同比例减小，则气体出塔组成y2将 减小 ，液体出塔组成X1将 增大 。二、选择题1用纯溶剂吸收混合气中的溶质。逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y2和吸收率j的变化为：（ C ）。 A y2上升，j下降 B y2下降，j上升 C ）y2上升，j不变 D ）y2上升，j变化不确定 2在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则气相总传质单元数（ B ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 3在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口气体组成将（ A ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 4在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口液体组成（ A ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 5低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元数将（ C ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 6低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元高度将（ C ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 7低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相出口组成将（ A ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 8低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则液相出口组成将（ A ）。 A 增加 B减少 C不变 D不定 9正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生？（ C ）（A）出塔液体浓度增加，回收率增加 （B）出塔气体浓度增加，但出塔液体浓度不变 （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 10最大吸收率与（ 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 11逆流填料吸收塔，当吸收因数A pA* B：pA= pA* C：pA1 B 1 C =1 D 不一定33、已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则_A_。A t1t2 C t1t2 D t3t134、逆流操作的吸收塔，当吸收因素A），发生吸收过程，反之，当时，发生解吸过程。显示在相图中，操作线在平衡线上方，为吸收。操作线在平衡线下方，为解吸。12、何谓气膜控制吸收?如何提高吸收总系数？答：当溶质气体A为易溶气体时，值较小，1/K1/km/k，1/K1/k，此时为气膜控制吸收。 因为Kk， 所以关键是提高气相传质分系数。增大湍动程度，提高气液接触面积，可提高k。13、何谓液膜控制吸收?如何提高吸收总系数?答：当气体为难溶气体时，m值较大，1/K1/k1/k，1/K1/k，此时为液膜控制吸收。因为Kk，所以关键是提高液相传质分系数k。降低液膜厚度是提高k的有效方法。14、试说明填料吸收塔由哪几个主要部分组成？并指出气、液的流向。答：组成：由塔体、填料、液体喷淋装置、填料的支承栅板和气液进出口装置流向：混合气由塔底进入与塔顶喷淋而下的吸收剂逆流接触，后分别排出塔外。15、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。图10-29 例10-21附图五、计算题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/，操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数，相平衡关系为（式中气相分压的单位是kPa，平衡浓度单位是）。求：容积总传质系数及传质单元高度；解：由亨利定律 =（1） 液相阻力占总阻力的百分数为： 2、 低含量气体逆流吸收，试证： 式中为塔底的吸收推动力；为塔顶的吸收推动力。证明：由物料衡算得： 低浓度吸收 得 3、 某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数回收率可达。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，试求：（1） 可溶组分的回收率下降至多少？（2） 液相出塔摩尔分数升高至多少？解： （1） = 当上升时，由于不变，不变 也不变，即（3） 物料衡算 =4、 有一填料吸收塔，在28及101.3kPa，用清水吸收200m3/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3 m3，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）解：（1） 惰性气体流量 该塔现有填料层高度 因为 所以该塔不适合。（2）吸收剂用量增大10%时 因为 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? 则 (2）所需填料层高度？ 故 (3) 此条件下的填料层高度。 6、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Y1=0.03，Y2=0.002，液体出口浓度X1=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HOG，（3）如果限定气体出口浓度Y2=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； （2）气相总传质单元高度HOG， 因 故 （3）？ 由题意知 =0.0015 其它条件不变，则 不变新情况下的传质单元数为： 故 /7、某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的有害组分A，已知平衡关系为Y=1.5X，塔顶X2=0，Y2=0.004，塔底X1=0.008，Y1=0.02，求：（1） 气相总传质单元高度；（2） 操作液气比为最小液气比的多少倍；（3） 由于法定排放浓度Y2必须小于0.002，所以拟将填料层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可忽略不计，问填料层应加高多少？解:（1）气相总传质单元高度 （2）操作液气比为最小液气比的多少倍因为X2=0，故 则 （3）？ 则 所以 所以 8、在总压P=500kN/m2、温度t=27下使含CO23.0%（体积分率）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的分压差表示的总传质推动力。已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73105 kN/m2，水溶液的密度可取1000kg/ m3，CO2的相对分子质量为44.【解】 此题是考查对亨利定律是否能灵活应用。主要是应用亨利定律，计算出与溶液相平衡的气相分压PA*，再与气相主体中CO2的分压PA进行比较。若PA*PA，则发生解吸现象。 由题意可知， 对稀水溶液， 于是 而气相主体中CO2的分压 可见，故将发生解吸现象。 以分压表示的总传质推动力 9、一逆流操作的常压填料吸收塔，拟用清水吸收混合气所含的少量溶质。入塔气体中含溶质1%（体积分率），经吸收后要求溶质被回收80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的关系为y=x，气相总传质单元高度为1.2m，试求所需填料层高度。【解】 此题为典型的吸收设计型问题，涉及有关吸收计算的最基本的解题方法。由最小液气比入手，通过计算出实际的液气比，找到脱吸因数，计算出传质单元数，最后确定整个塔高。属于低浓气体吸收。 (1)平均推动力法首先需要求出吸收剂出塔时的浓度xb,由全塔物料衡算得由 塔高 （2）吸收因数法 此时塔高 10、在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质，进塔气体中溶质的含量为8%（体积分率），吸收率为98%，操作条件下的平衡关系为y=2.5x,取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求： （1）水溶液的出塔浓度； （2）若气体总传质单元高度为0.8m，现有一填料层高度为9m的塔，问该塔是否合用？【解】 （1）属于低浓度气体吸收 水溶液出塔浓度 （2）要核算一个塔是否合用，较简单的方法是采用设计型的解题思路。即求出完成吸收任务所需要的填料层高度h需，若h需小于等于现有的填料层高度h，则可以完成吸收任务，塔合用；否则，就不能完成吸收任务，塔不合用。 仍可采用平均推动力法和吸收因数法。 平均推动力法由于水溶液的出塔浓度已经算数，即气液两相的4个浓度都已得到，则塔高 吸收因数法 此时 即所需填料层高度11.4m，大于9m，故该塔不合用。11、某填料吸收塔，用清水除去气体混合物中有害物质，若进塔气中含有害物质5%（体积分率），要求吸收率为90%，气体流率32kmol/(m2h),液体流率为24 kmol/(m2h)，此液体流率为最小流率的1.5倍。如果物系服从亨利定律，并已知液相传质单元高度HL为0.44m，气相体积分传质系数kya=0.06kmol/(m3sy),该塔在常温下逆流等温操作。试求： （1）塔底排出液的组成；（2）所需填料层高度。【解】 属于低浓气体吸收。（1） 出塔液相组成 （2） 即 所以 有 由于题中并未给出气相总体积传质系数kYa,而是给出了气相分体积传质系数kya,所以不能直接求出总传质单元高度HOG,要先求出分传质单元高度HG。 则 12、已知某填料吸收塔直径为1m，填料层高度4m。用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分，该组分进口浓度为8%，出口为1%（均为摩尔分率），混合气流率30kmol/h,操作液气比为2，相平衡关系为y=2x。试求： （1）气相总体积传质系数Kya; （2） 塔高为2m处气相浓度； （3） 若塔高不受限制，最大吸收率为多少？【解】 （1）先求出单位塔截面积上混合气体的流率 根据例题9-4的结论，有 则传质单元高度为 气相总体积传质系数 （2）2m塔高所对应的传质单元数为 设2m处气液相浓度分别为y、x，则 即 （1） 又由物料衡算可知 （2） 联合求解方程（1）、（2）得 (3) 若塔高不受限制，又S=1，则操作线落在平衡线上，当xa=0时，ya必等于0。故吸收率 13、拟在常压吸收塔中用清水吸收空气中的氨，已知入塔空气中氨气含量1.3%（体积分数），要求氨的回收率为99%，已知塔内操作气流密度为180kmol/(m2h),实际用量为最小用水量的1.5倍，操作条件下的气液平衡关系为y=1.2x，气体体积总传质系数Kya为360 kmol/(m3h)。因为气液相浓度都很小，可近似认为气液流密度均为常数，且X=x ,Y=y，计算填料层高度。【解】由题知，最小液气比：实际液气比： 解吸因素：14、在填料层高度为4m的常压逆流吸收塔内。用清水吸收空气中的氨，已知入塔空气含氨5%（体积分数），要求按回收率为90%，实际液气比为0.98，又已知在该塔操作条件下，氨水系统的平衡关系为y=mx(m为常数；x,y分别为液气相中的摩尔分数)且测得与含氨1.77%（体积分数）的混合气充分接触后的水中氨的浓度为18.89g氨/100