化工原理--吸收习题及答案

吸收一章习题及答案

一、填空题

1、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种，以传质分系数表达的速率方程为____________________，以传质总系数表达的速率方程为___________________________。 NA = ky (y-yi) NA = Ky (y-ye)

2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。

双膜的扩散速率 减少气膜、液膜厚度

3、由于吸收过程气相中的溶质分压总 _________ 液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的_________。增加吸收剂用量，操作线的斜率_________，则操作线向_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－ye）_________。 大于 上方 增大 远离 增大

4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y2 = 0.006，则最小液气比为_________。 1.80

5、在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。

减少 靠近

6、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用_________常数表示，而操作线的斜率可用_________表示。 相平衡 液气比

7、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的HOG将_________，NOG将_________ (增加，减少，不变)。 不变 增加

8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。（增大，减小，不变）

增大 增大

9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。

平衡关系 物料衡算 传质速率。 10、填料的种类很多，主要有________、_________、_________、 ________、___________、______________。

拉西环 鲍尔环 矩鞍环 阶梯环 波纹填料 丝网填料

11、填料选择的原则是_________________________________________。 . 表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。

12、在选择吸收剂时，首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。

良好的选择性，即对吸收质有较大的溶解度，而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。

单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。

14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。

填料的表面积及空隙

15、填料应具有较_____的__________，以增大塔内传质面积。 大 比表面积

16、吸收塔内填装一定高度的料层，其作用是提供足够的气液两相_________。

传质面积

17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。

18、以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式为NA=KY（Y﹣Y﹡）。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。

20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作，液气比相同，吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3，则气体溶解度的大小关系为 。

21、实验室用水吸收氨测定填料塔的传质系数Kyα，该系统为 控制，随气体流量的增加传质系数Kyα 。气膜；增加

22、某低浓度气体吸收过程 ，已知气膜和液膜体积吸收系数分别为：Kya=0.0002Kmol/（m3.s），Kxa=0.4 Kmol/（m3.s）。则该吸收过程为 ；该气体为 溶气体。 气；易 23、当填料塔操作气速达到泛点气速时， 充满全塔空隙，此现象称为 ，这时 急剧上升。液体；液泛；塔板压降

24、在稳态传质过程，若组分A通过气膜和液膜的推动力为（P-Pi）﹥（Ci-C），则气膜阻力 液膜阻力 大于

25、填料塔是连续接触式气液传质设备，塔内 为分散相， 为连续相。为保证操作过程中两相的良好接触，故填料吸收塔的顶部要有良好的 装置。 液体；气体；液体分布装置

26、吸收操作时，吸收塔总压增加一倍，相平衡常数m 倍，增加压力对吸收操作 ；吸收塔温度增加，相平衡常数，增加温度对吸收操作 。

27、假定吸收系统的相平衡常数m为零，填料高度及其他条件不变，若增加气体流量，吸收率将 。 变小

28、逆流操作中用纯溶剂吸收混合气中A，若塔板为无穷多，入塔Yb=8%，平衡关系为Y=2X问（1）若液气比为2.5时，吸收率 125%不成立 （2）若液气比为2.5时，吸收率 75%

29、在相同的温度、压力和混合物组成条件下，等分子反向扩散速率 单相扩散速率（一组分通过静止气膜的扩散速率）。其原因是 。小于；单相扩散速率等于等分子反向扩散速率与该组分在总体流动中传递通量之和

30、说明化工原理各单元操作是基于哪些传递原理？分别说明解释三个传递现象的定律？解释吸收和解吸现象用哪一个原理更合适？

31、为什么在同一吸收塔内，当操作条件相同时，大多采用逆流操作？

答：一方面，在同等条件下，逆流方式可获得较大的平均推动力，因而能有效地提高过程速率；另一方面，逆流时降至塔底的液体恰与刚进塔的吸收剂接触，有利于降低出塔气体的浓度，从而提高溶质的吸收率，所以，吸收塔通常都采用逆流操作。

32、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。 二、选择题

1、吸收速率主要决定于通过双膜的扩散速度，要提高气液两流体的相对运动，提高吸收效果，则要_________。B

A. 增加气膜厚度和减少液膜厚度 B. 减少气膜和液膜厚度 C. 增加气膜和液膜厚度

2、当吸收质在液相中的溶解度甚大时，吸收过程主要受_________控制，此时，总吸收系数Ky近似等于_________。A、 D

A. 气膜； B. kx；C. 气液膜同时；D. ky；E. 液膜；F. Kx 3、双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_________。A A. 两膜层中； B. 界面上； C. 液膜之中； D. 气膜之中；

4、升温会使气体在液体中的溶解度_________，对吸收操作_________。C、 D A. 有利； B. 变大； C. 变小； D. 不利； E. 不变； F. 无影响； 5、_________，对吸收操作有利。A

A.温度低，气体分压大时； B.温度低，气体分压小时； C.温度高，气体分压大时； C.温度高，气体分压小时；

6、对处理易溶气体的吸收，为较显著地提高吸收速率，应增大_________的流速。A

A. 气相； B. 液相； C. 气液两相；

7、若享利系数E值很大，依据双膜理论，则可判断过程的吸收速率为_________控制。B

A. 气膜； B. 液膜； C. 双膜

8、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 = 2 kmol.m-2.h-1，气相总传质系数Ky = 1.5kmol.m-2.h-1，则该处气液界面上气相浓度yi 应为_______，平衡关系y = 0.5x。B

A. 0.02 B. 0.01 C. 0.015 D. 0.005 ye = 0.5×0.01 = 0.005

NA = Ky（y-ye）= ky（y-yi）

1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi） ∴yi = 0.01

9、通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，完成一定的分率_______。D

A. 回收率趋向最高； B. 吸收推动力趋向最大； C. 操作最为经济； D. 填料层高度趋向无穷大。

10、对于逆流操作的吸收塔，其它条件不变，当吸收剂用量趋于最小用量时，则_____。D

A. 吸收推动力最大； B. 吸收率最高；

C. 出塔气浓度最低； D. 吸收液浓度趋于最高。 11、在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加则出口气体中的CO2量将_____气相总传质系数Ky 将_____，出塔液体中CO2浓度将_____。B. A. B. A. 增加、 B. 减少、 C. 不变

12、选择吸收设备时，综合考虑吸收率大，阻力小，稳定性好结构简单造价小，一般应选_____。A

A. 填料吸收塔 B. 板式吸收塔 C. 喷淋吸收塔

13、为使脱吸操作易于进行，通常可采用_____或_____。A、 C A. 升温； B. 加压； C. 减压； D. 降温；

14、对于脱吸操作，其溶质在液体中的实际浓度_____与气相平衡的浓度。B A. 小于； B. 大于； C. 等于； 15、填料吸收塔空塔的速度应_____于液泛速度。B A. 大； B. 小 ； C. 等

16、对吸收操作影响较大的填料特性是_____。A

A. 比表面积和自由体积； B. 机械强度；

C. 对气体阻力要小；

17、气体在液体中的溶解度②③

①指气体在液体中的浓度②指一定条件下气体在液体中的饱和浓度③表明在一定条件下吸收过程可能达到的极限程度

18、吸收操作中，对于同样浓度的溶液，易溶气体溶液上方的分压比难溶气体的分压② ① 大 ② 小 ③ 相等

19、某填料塔用水吸收空气中的氨气，当液体流量和进塔气体的浓度不变时，增大混合气体的流量，此时仍能进行正常操作，则尾气中氨气的浓度____①_____。

①增大 ②减少 不变 ④ 不确定

20、在以下几个吸收过程，哪个改为化学吸收将会最显著地提高吸收速率 。 A．水吸收氨； B．水吸收HCl气体；Ｃ．水吸收SＯ２； Ｄ．水吸收CＯ２ 22判断下列命题是否正确,正确的是 。

A．上升气速过大会引起漏夜；Ｂ．上升气速过小会引起液泛；

Ｃ．上升气速过大会造成过量的液沫夹带；D．上升气速过大会造成过量的气泡夹带；E．上升气速过大会使板效率降低 Ｃ

23、在吸收操作中，若液气比L/V等于平衡常数m时，则全塔的吸收推动力 。 A．零； B．不能计算；Ｃ．常数； Ｄ．无穷大 Ｄ

24、用水吸收混合气中的氨，其他条件不变，当气体流率增加一倍，则总传质系数是原

来的 倍。

A．1倍； B．2倍；Ｃ．20.5倍； Ｄ．不确定 A 25、浮阀塔、泡罩塔及筛板塔三种板式塔的板效率比较

A．浮阀塔﹥泡罩塔﹥筛板塔； B浮阀塔﹤泡罩塔﹤筛板塔．；Ｃ．浮阀塔﹥泡罩塔=筛板塔； Ｄ浮阀塔﹥筛板塔﹥泡罩塔． A 五、计算题

1、在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO2，气体流量为5000m3（标准）/h，其中SO2占10%（体积分率），要求SO2的回收率为95%。气液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y*=26.7X，若用水量为最小用水量的2倍，试求用水量为多少Kg/h？（10分） 解： 已知y1=0.1 φA=0.95 Vh=5000 m3（标准）/h

则 Y1=0.1/（1-0.1）=0.111 Y2= Y1（1-φA）=0.111（1-0.95）=0.00555

惰性气体流量V=5000（1-0.1）/22.4=2000.88Kmol/h

Lmin=200.88（0.111-0.00555）/（0.111/26.7）=5095.32 Kmol/h

L=2 Lmin=2×5095.32=10190.64 Kmol/h=10190.64×18=183431.52Kg/h

即用水量为183431.52Kg/h 2、在逆流操作的吸收塔中，于101.3KPa、25℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2％降至0.1％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52×104 KPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.5倍，试计算操作液气比L/V及出口液相组成X1。（12分）

解：已知y1=0.02 y2=0.001 E=5.52×104 KPa P=101.33 KPa 则Y1=0.02/（1-0.02）=0.0204 Y2=0.001/（1-0.001）=0.001 m=E/P =5.25×104/101.33=544.75

（L/V）min=（Y1﹣Y2）/（Y1/m）=（0.0204-﹣0.001）/（0.0204/544.75） =517.5

L/V=1.5 （L/V）min=1.5×517.5=776.25

又据全塔物料衡算 L（X1﹣X2）=V（Y1﹣Y2）

X1=（V/L）（/Y1﹣Y2）﹢X2=（1/776.25）（/0.0204﹣0.001） =2.5×10-5

即操作液气比L/V为776.25 出口液相组成X1为2.5×10-5

3、某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。已知塔底气体进气浓度为 0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2m，塔内径为0.2m，吸收过程中亨利系数为0.5 atm，操作压力0.95 atm，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表

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示）均为直线关系。水用量为0.1m.h，混合气中空气量为100m.h（标准状态下）。试求此条件下，吸收塔的气相总体积传质系数。

解：方法1：

Y1 = 0.026, Y2 = 0.0026，m = E/P = 0.5/0.95 = 0.526

Ls /GB = 0.1×1000/18/(100/22.4) = 1.244

GB /A = (100/22.4)/(π/4×0.22) = 142.1 kmol.m-2.h-1 X1 = ( Y1 - Y2)/(Ls / GB) = (0.026-0.0026)/1.244 = 0.0188

ΔY1 = Y1 –Y1e = 0.026-0.526×0.0188 = 0.0161 ΔY2 = Y2 – Y2e = 0.0026

ΔYm = (ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2) = 0.00741 NOG = (Y1-Y2)/ΔYm = 3.16 ∴ ＫYａ＝ （（GB/A）/Z）×NOG = 142.1/1.2×3.16

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= 374. 2 kmol.m.h

方法2：

A = （Ls /GB）/m = 1.244/0.526 = 2.365

NOG = A/(A-1)×ln[(1-1/A)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+1/A] = 2.365/1.365×ln[(1-1/2.365)(0.026/0.0026) +1/2.365] = 3.16

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∴ ＫYａ＝ 37.42 kmol.m.h

4、在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A 。入塔气体中A 的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。 已知操作条件下的解吸因数为0.8 ，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03（摩尔分率）。 试计算： (1) 操作液气比为最小液气比的倍数； (2) 出塔液体的浓度； (3) 完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NOG。

解：

① y1 = 0.03 , x1e = 0.03 ，所以m = 1 (L/G)min = (y1-y2)/(y1/m) = mη = 0.95 S = m/(L/G)， L/G = m/S = 1/0.8 = 1.25 ∴ (L/G)/(L/G)min = 1.25/0.95 = 1.316

② x1 = (y1-y2)/(L/G) = (0.03-0.03(1-0.95))/1.25 = 0.0228 ③ NOG = 1/(1-S)ln[(1-S)Y1/Y2+S] = 7.843。

5、常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物中吸收苯，吸收率为99％。混合气量为53kmol.h-1。入塔气中含苯2％（比摩尔以下同），入塔煤油中含苯0.02％。溶剂用量为最小用量的1.5倍。在操作温度50℃下，相平衡关系为y = 0.36x，总传质系数Kya ＝ 0.015kmol.m-3.s-1。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。

解：

y1 = 0.02，y2 = 0.02×1%=0.0002

x1e = y1e/m = 0.02/0.36 = 0.0556，x2 = 0.0002 (L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2)

= (0.02-0.0002)/(0.0556-0.0002) = 0.3574 L/G = 1.5(L/G)min = 1.5×0.3574 = 0.536 x1 = x2 + (y1- y2)/(L/G)

=0.0002+(0.02-0.0002)/0.536 = 0.0371 Δy1 = y1 –mx1 = 0.02-0.36×0.0371 = 0.00664 Δy2 = y2 –mx2 = 0.0002-0.36×0.0002 = 0.000128 Δym = (0.00664-0.000128)/ln(0.00664/0.000128) = 0.00165

NOG = (y1-y2)/Δym = (0.02-0.0002)/0.00165 = 12

HOG = G/(Ｋyａ) = 53/3600/(π/4×1.12 )/0.015 = 1.033 m Z = HOG×NOG = 1.033×12 = 12.4 m

6、有一逆流填料吸收塔, 塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔气体量为

-1

100kmol.h，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90%，液气比为1.5 ，平衡关系y = x。试求：

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(1) 液体出塔浓度；(2) 测得气相总体积传质系数Kya = 0.10 kmol.m.s，问该塔填料层高度为 多少？提示：NOG = 1/(1-S)ln[(1-S)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S]

解：

① y1 = 0.01

y2 = y1(1-η) = 0.01(1-0.9) = 0.001 L/G=(y1-y2)/x1，

x1 = (y1-y2)/(L/G) = (0.01-0.001)/1.5 = 0.006

② HOG = G/Kya = （100/(0.785×0.52×3600)）/0.1=1.415 m NOG = 1/(1-S)ln[(1-S) y1/ y2+S] S = m/(L/G) = 1/1.5 = 0.667 NOG = 4.16

Z = HOG×NOG = 1.415×4.16 = 5.88 m。

7、用清水吸收氨－空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度y1 ＝ 0.01（摩尔分率），吸收率90％，气－液平衡关系y = 0.9x。试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小液气比；（3）取吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为几米？ 解： 已知

y1 ＝ 0.01，η=90%，y2 = y1(1-η) = 0.01(1-0.9) = 0.001 x2 = 0，x1 = y1/0.9 = 0.01/0.9 = 0.0111 (L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2)

= (0.01-0.001)/（0.01/0.9）= 0.811 L/G = 2 (L/G)min = 2×0.811 = 1.62

x1 = (y1-y2)/(L/G)+x2 = (0.01-0.001)/1.62 = 0.00556

y1e = 0.9×0.00556=0.005

Δym =（(0.01-0.005)-(0.001-0)）/ln(0.01-0.005)/0.001 = 0.0025

NOG = (y1-y2)/Δym = (0.01-0.001)/0.0025 = 3.6 Z ＝ 0.5×3.6 = 1.8m

8、在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨－空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y1 = 0.01(摩尔分率) ，吸收率90%，操作压力为760 mmHg，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为684 mmHg试求： （1）溶液最大出口浓度；（2）最小单位吸收剂用量；（3）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为多少米? 解：

系统服从拉乌尔定律 (1) y = (P°/P)x = 685/760X = 0.9X x1e = y1/m = 0.01/0.9 = 0.011

(2) (L /G )min = (y1-y2)/x1e = (y1-y2)/(y1/m) = mη = 0.9×0.9=0.81 (3) (L /G ) = 2(Ls /G )min = 2×0.81 = 1.62

S = mG/L =0.9/1.62=0.556 y1/ y2 = 1/(1-η) = 10

NOG = 1/(1-S)×ln[(1-S) y1/ y2+S] = 1/(1-0.556)×ln[(1-0.556)×10+0.556] = 3.62 (4) Z = HOG×NOG = 0.5 ×3.62 = 1.81 m 9、在直径为0.8m的填料塔中，用1200kg·.h-1的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2，

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混合气量为1000m（标准）·h，混合气含SO21.3％（体积），要求回收率99.5％。操作

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条件为20℃、1atm，平衡关系为y = 0.75x，总体积传质系数Kya = 0.05kmol·m·s，求液体出口浓度和填料层高度。 解：

已知：D = 0.8m Ls =1200kg.h-1，G = 1000Nm3·h-1 y1 = 0.013，φ = 0.995，x2 = 0，y = 0.75x

Kya = 0.05kmol·m-3·s-1， Ls = 1200/(3600×18)=0.0185 kmol/s G = 1000/(22.4×3600)=0.0124 kmol/s

∵为低浓度吸收 ∴ (L/G) = 0.0185/0.0124 = 1.49 y2 = y1(1-φ) = 0.013(1-0.995) = 0.000065

x1 = (G/L)(y1-y2)+x2 = (0.013-0.000065)/1.49 = 0.00 868 ∵ Z = HOG×NOG，而NOG = (y1-y2)/Δym

Δy1 = y1-y2e = 0.013-0.75×0.00868 = 0.006490 Δy2 = y2-y2e = 0.000065-0 = 0.000065 Δym = (Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)

= (0.006490-0.000065)/ln(0.006490/0.000065) = 0.001396

∴NOG = (0.013-0.000065)/0.001396 = 9.266 HOG = Ｇ/（ＫyａA）

= 0.0124/(0.785×0.8×0.8×0.05)= 0.494(m) ∴Z = 9.266×0.494 = 4.58m

10、某厂准备采用一个填料吸收塔用清水逆流吸收含有10%（体积%）的SO2的混合气体。已知塔内的操作压力 102.63kN·m2 和温度 25℃。要求处理的混合气体量为1000(标准)m3·h-1，实际吸收剂单位耗用量比最小吸收剂单位耗用量大50%，吸收率要达到98%，塔内气体的实际空塔速度为0.5m·s-1。试求： (1) 吸收用水量为多少m3·h-1？ (2) 吸收塔直径为多少m？ (3) 若想再提高吸收率，你认为可采用什么措施？（附：气液平衡方程：Y = 40X，M = 64） 解：

（1）LS = GB（Y1－Y2）/（X1－X2）

Y1 = 10/90 = 0.111；Y2 = 0.111(1－0.98) = 0.0222 又∵LS = 1.5 LSmin

而：X1 = Y1/1.5m = 0.111/1.5×40 = 0.00185 GB = 1000(1－0.1)/22.4 = 40.18kmol·h-1

-1

代入上式得：LS = 1928.64 kmol·h

2

（2） D = (4G混/πu)

而G混 = 1000×（101.3/102.63）×（298/273）=1077.4 m3·h-1

u = 0.5m·s-1，代入上式得：

D = 0.873m，圆整为0.9m。

（3）对于一个操作塔言，欲提高φ，增大液气比，这样可使吸收推动力增大，则φ↑。此外，液气比增大，喷淋密度增大，有利于填料充分润湿！注意：液气比增大，但液气比过大，会造成液泛现象。

11、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？ 解：（1）液气比为最小液气比的多少倍? Y1?0.041?0.04?0.0417 Y2??0.01297

0.00531?0.0053?0.00533

X1?0.001281?0.00128 L/V?Y1?Y2X1?X2?0.0417?0.005330.01297?0?2.804

(L/V)min? 则

Y1?Y2X?1?X2?Y1?Y2Y1/m?0.0417?0.005330.0417/2.5?2.18

(L/V)(L/V)min?2.8042.18?1.286

(2）所需填料层高度？

Z?HOG?NOG S?mV/L?2.5/2.804?0.892

NOG?11?Sln[(1?S)Y1?mXY2?mX22?S]?0.892]

?11?0.892ln[(1?0.892)0.0417?00.00533?0?5.11故 Z?HOG?NOG?1.5?5.11?7.67m

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