化工原理课后作业吸收.docx

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化工原理课后作业吸收

6•吸收

一、单选题

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yi上升，而其它入

塔条件不变，则气体出塔浓度y2和吸收率「的变化为：

（）。

C

（Ay2上升，：

下降（B）y下降，「上升

（C）七上升，「不变（D）y2上升，「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，则岀口气体组成将（）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，则岀口液体组成（）

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，则气相岀口组成将（）。

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）岀塔气体浓度增加，但岀塔液体浓度不变

（C）岀塔气体浓度与岀塔液体浓度均增加

（D）在塔下部将发生解吸现象

10.最大吸收率与（）无关。

D

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：

：

1且填料为无穷高时，气液两相将在（）达到平衡。

B

A塔顶B塔底C塔中部D塔外部

12.某吸收过程，已知ky=410-1kmol/m2.s，kx=810-4kmol/m2.s，由此可知该过程为（）。

A液膜控制B气膜控制C判断依据不足D液膜阻力和气膜阻力相差不大

二、填空题

1•物理吸收操作属于（）过程。

传质

2•物理吸收操作是一组分通过另一停滞组分的（）扩散。

单向

3.当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，贝U1/Ky=1/ky+（）1/kx。

m

4•吸收塔底部的排液管成U形，目的是起（）作用，以防止（）。

液封作用气体倒灌

5•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

6•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

7•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

操作条

液相

&含SO为10%（体积）的气体混合物与浓度c为0.02kmol/m3的SO水溶液在一个大气压下相接触。

件下两相的平衡关系为p=1.62c（大气压），贝USQ将从（）相向（）相转移。

气相

9.含SQ为10%（体积）的气体混合物与浓度c为0.02kmol/m3的SQ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（）大气压。

0.0676atm

10.含SQ为10%（体积）的气体混合物与浓度c为0.02kmol/m3的SQ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），以液相组成表示的传质总推动力为（）kmol/m3。

0.0417

kmol/m3

液膜阻力

膜控制。

气膜阻力H/kG

气膜阻力

气膜控制。

液膜阻力l/kl

19.压力（），温度（），将有利于吸收的进行。

增高降低

20.通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，填料层高度趋向（）°无穷大

26.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

27．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

28.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

29.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，溶质解吸率将（）。

增加

30.

实验室用水逆流吸收空气中的

CO，当水量和空气量一定时，

增加CO2量，则入塔气体浓度（）。

增

加

31.

实验室用水逆流吸收空气中的

CO，当水量和空气量一定时，

增加CO2量，

出塔气体浓度（）。

增

加

32.

实验室用水逆流吸收空气中的

CO，当水量和空气量一定时，

增加CO2量，

出塔液体浓度（）。

增

加

33.

吸收过程物料衡算时的基本假定是：

（1）（）；

（2）

（）。

气相中惰性气体不溶于液相

吸收剂不挥发

34.

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

35.

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（

）平衡线。

靠

近

36.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

37.对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的论』将（）

不变

38.对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的比＜3将（）

增加

39.

Kya值将（）

提高吸收剂用量对吸收是有利的。

当系统为气膜控制时，

基本不变或不变

40.提高吸收剂用量对吸收是有利的。

当系统为液膜控制时，Kya值将（）。

变大

41•在吸收过程中，若液气比等于最小液气比时，则塔高为（）。

无穷大

42.如果一个低浓度气体吸收塔的气相总传质单元数N=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

由物料衡算关系可求得气体的极限出口浓度为：

当L/G=6时（L/G>m），操作线azbz与平衡线交于塔顶（见附图中点a'）,由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为：

由物料衡算关系可求得液体出口浓度为:

从以上计算结果可知，当L/Gvm时，气体的极限残余浓度随L/G增大而减小；当L/G>m时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。

2.逆流与并流操作最小吸收剂用量在总压为3.039X105Pa（绝对）、温度为20C下用纯水吸收混合气体中的S02,

SO2的初始浓度为0.05（摩尔分率），要求在处理后的气体中SO2含量不超过1%（体积百分数）。

已

知在常压下20T时的平衡关系为y=13.9x,试求逆流与并流操作时的最小液气比（L/G）各为多少？

解：

由常压下20C时的相平衡关系y=13.9x,可求得p=3.039x105Pa、t=20C时的相平衡常数为：

（1）逆流操作时，气体出口与吸收剂入口皆位于塔顶，故操作线的一个端点（y2,X2）的位置已经确定（附图b中点b）。

当吸收剂用量为最小时，操作线将在塔底与平衡线相交于点d，即X1max二y『m。

于是，由物料衡算式可求得最小液气比

（2）并流操作时，气体与液体进口皆位于塔顶，故操作线一端点（丫勺、X2）的

位置已确定（附图b中点c）。

当吸收列用量最小时，气液两相同样在塔底达到

比为

二

jaToT

4?

63

从以上计算结果可以看出，在同样的操作条件下完成同样的分离任务，逆流操作所需要的最小液气比远小于井流。

因此，从平衡观点看，逆流操作优于并流操作。

3.吸收塔高的计算

某生产过程产生两股含有HCI的混和气体，一股流量G1=0.015kmo1/s，

HCI浓度yGi=0.1（摩尔分率），另一股流量G!

=0.015kmo1/s，HCI浓度

yG2=0.04（摩尔分率）。

今拟用一个吸收塔回收二股气体中的HCI，总回收率不

低于85%，历用吸收剂为20T纯水，亨利系数E=2.786X105Pa，操作压强为常压，试求：

（1）将两股物料混和后由塔底入塔（附图a中点a），最小吸收剂用量为多少？

若将第

二股气流在适当高度单独加入塔内（附图a中点b），最小吸收刘用量有何变化？

⑵若空塔速度取0.5m/s,并已测得在此气速下Kya=810’kmo1/

（s.m2），实际液气比取最小液气比的1.2倍，混合进料所需塔高为多少？

（3）若塔径与实际液气比与

（2）相同，第二股气流在最佳位置进料，所需塔高

j4

9*

IU

65厂］*宵如

为:

为多少？

中间加料位于何处？

E2,706X10'

沪严匚皿12%?

盼

两股气体混和后的浓度为:

解：

（1）在操作条件下，系统的相平衡常数为:

c（1-®{10x0t07'0*0105r

两股气体混合后进塔的最小液气比（参见附图b）

\&*1aks1-

2.75

=2.33756-2.3375（（?

/+G/）=2.3375x0fe03-0.0701ktnol0

当两股气体分别进塔时，塔下半部的液气比大于上半部，操作线将首先在中间加料处与平衡线相交（参见附图C）,对中间加料口至塔顶这一段作物料衡算，可求出为达到分离要求所需要的最小液气比为”

2（75

L\L|，-2*028（?

+5/）=2,028X0.03=0,0608kool/i

吸收塔下半部的液气比Lmin/G'4.056，对下半部作物料杨算可得液体最

大出口浓度为

4；LX（0J^.04）+4^=0.0m.

连接（y2，0）、（yG2，炷）和（yGi，如1）三点即得分段进料的操作线

<2>混和气体的总体积流鱼为

T293

卩=22.4x-^「（G/+G/222.4X=0.721m'/s,

吸收塔立径为

"厝/焉需d,

吸收塔内的气体流率为

吸收塔内实际液体流率为

由物料衡算式可求液体出口浓度为

平均传质推动力为

4

（0>07-2>75x0.0214）0e01

1¥.07^2.75X0.021?

口0.0106,

所需塔高

=14.7mo

„Gth-肌0.02080』7-O・（H

”忑jx—-8X1670.0106

在实际液气比下的操作线如附图b线段所示。

（3）在吸收塔的上半部，0.0208kmol/（m2*s）,L=0.0583kmol/（m2,由物料衡算可求得中间加料处吸收液浓度为

-+^2=x<0.04-0.01）=0.0107,

上半部的平均传质推动力为

上半部所需塔高为

哙=需・X唏詐=7朋

在吸收塔下半部，液体流率不变，气体流率滅半，液体出口浓度为

G

%1二—7g2）+xA

x（0el-0e04）+0#0107=0.0225,

下半部平均背质攜动力为

心一（的11皿兀J一＜犹2一蛊柿｝

r■J^felmi■mm■■-■■■o=■■mK&aw

-mxi

sIIrrri^^^ntTW、・r

帖i一吟

（ONE器7@X0」21Q-（0』4—2舁5談0』10。

n代齐

-i0.1-2.25x0314・0■

竹0,04-2.75x0.0107

下半部所需塔高

H-•鱼-眦u二匹二.卫』却j_0.1-0•輛-

心R心3Xm8X10-10.Q225~3'4Gm°

在实际回流比下，单独进料的操作线如附图£弔4加衣所示。

吸收塔总髙度

+H2=7.57+3.46-Um°

吸收的目的是为了实现混合气体的分离，而两股怨成不同的吒体相泯和与此且的背逍而驰。

本例计算结果表明*在乎衡方血，混和进料所需要的最小液气比大于单独进料的最净液%比，崔速率方面，为完成同样吸收枉笛，温和进胸购需要的塔髙更髙。

4.吸收剂再循环对所需塔高的影响

用纯水吸收空气一氨混合气体中的氨，氨的初始浓度为0.05（摩尔分率），要

求氨回收率不低于95%，塔底得到的氨水浓度不低于0.05。

已知在操作条件下

气液平衡关系ye=0.95x，试计算：

＜1）采用逆流操作，岂徉流率0.02kmol/仙*“s）,体駅传质系数^=2Xlfl-2kmol/＜曲◎，所需塔高为多少f

3平用郵分吸收剂理踞环流程｛见附圈几新鲜吸收剂与循环虽之比气1*流速不变，也10定不变，所需塔金为番少？

解】＜1）气休出口歡度为

险M（1一”）和-（1-0.95）XO,QG=O,0025,

由物耀術算可求得疲气比为

=0.95・

因务^m=Q^5,传质乎均箍动力为

所需塔様为

H'K撐x皿J

0.02…0.05-0.0025一

_iXlO"10*0025"9m，

（2）吸收剂入塔浓度

平均传质推动力为

（町r砂1）-（P；；J吟J）

;MJ-両

10亦云厂J

（0』5-0.茨X0.05）二（O.Q025-0・95飞卫・00238》—吋眄

1_0』$7.愆—*

in~OtOD25-&,95X0023录

所需塔离为

从本例计算结果可以看出，吸收剂再循环可使吸收剂入口浓度提高、平均传质推动力挨小，如果传质系StM不变，则所需塔当循环童大到一定程度时，培髙再大也不可腿达到分离要求©

5.吸收剂用量对传质系数的影响

6.

利用原有冊塔，以稀硫酸为落刑吸收空气与埶混合弋体中的甄,棍合吒中氨的初始浓度为0.05（摩尔分率〉，摩尔流車为0.02kmol/（mz-s）,要求氮的回收率不低于95%,塔底液萍中的麹含虽不低于0.02,因存在快速不可逆化学反应，相平WW*i为零。

开工后，发现两相逆流接fefe时，氨的时收率只育⑷％,而呆用溶剂再循环流程，循环蜃与新鲜樁劇相同，可局时満足气、液断相的诙度要求.已知堆内填斛层高度为6m,试求两流程的体积传质系数"各为多少T

。

•亜-g.0025

［二兀05「

0.0025

=9,98x10*1kmol/Cm1-s）p

7.传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程的影响

用纯吸收剂服收某气休混会物中的可瘩组分，辖廣的初始浓度为0.05,七体出口弦为0.02,吸收液出口浓度为0.098（均为摩尔分率）。

璽作条件下的气液平衡关系为F-O.SX,两相逆流接触。

已知此吸收过程为气根阴力控制，试求臧体淹凤增加一借时#可溶经分的吸牧鼠有何变化？

导致吸收量增如的原因何在F

»t原工况下的液代比是

原工氏下的传质单元教为

因此，吸收妊程屈气相阻力控制，液体流直增加，传质系数及传质单元高度返似不变'厨以，该塔所具有的传质单元数仍为4畀3。

据此.可求出渡休流it堆如后的气体出口恠度

将上述Nog的计算式（咏收因遊法）蓼礙可猖’

疗〜仁减、“•

"pNg（l-丁）“丁

..L

式中=3KO.306=0t612>Nog=4.73・Vi*=0.05,

算得Vt"=0.00587»

吸收液出塔鹼度为

・&〜■八"0.05-0.005B7--一一

+方血-曲》"+5^=（M初，

新工况的平均推动力为

老工捉的平均推动力为

两工况落质吸收量之比为

由传质速率式

-Vl）*=KyOH^,

可知，增加传质阻力小的一侧的流体流量，因传质系数基本不变，则溶质致收量的增加主契由推动力增大而引逼。

此时吸收过程的调节机理崔于改变了吸收推动力召

反之。

如果增加传质阻力较大側的流体流量，传质系數将明显增犬，则瘠质吸收量的缗

加主要長由于传质系数増大的無故'

8.提高回收率的代价

在图示胶收堪内，用洗油吸收煤气屮所器的苯蒸汽，入塔煤吒含苯摩尔分率'下同几当液气比为讥圧、抚油入口液度为0.005时，出塔煤气的贖余浓度为吸收操作的平衡关系为趴"25%贬收塔底排出的洗油，在解吸塔内用过热蒸找解吸”便解吸后的洗油中含苯彼度際为0』。

5,解吸塔的气液比为0,365,平衡关系为^-3t16x,駆收塔操作温度低，过程可视为气相阻力控制f解吸塔温度高，过程可视为液相阻力控制.

现欲将出搭煤气陆含苯浓度降为0.0005,试问|

<1>保持洗油入口JS度不变帀增大液完比，能否达到要求？

^

（2）若保持洗油流董不变而眸低洗油入口浓度，解吸塔的蒸汽耗量需增加多少借?

Rt

（1）若像持乞=0.0咗不变，则堪顶的宅休平衡滋度为

趴=0,125^二0,125X0,005=0#000625>0.0005,故不可能将气体残余浓度降为0,0005°

<2）在原工醛吸收:

塔液休出口浓度为

Q1

X（0.02-0,001）4*0.005=0.124,

吸收堪平均传质推动力（参见附图>为

吸收过程传质单元数为

山叶恥0*02-0,&01

"X—血0^00166

在嵐工况解吸塔气休岀口浓度C参见附图）为

解吸塔的平均推动力为

因解吸塔气休出口皺度肌巴和当髙，此推动力心卷只是近似值“

解吸过程的棒战单元数为

wrX1-x20*124-0*005…_

恥讣飞石匕-一oTiii^一刃°宀

为袪吸收塔T体出口浓度降为F/=0,0005,洗液流量不变，吸收剂入塔報度和』泌狽降

低，此时吸收塔的Ng未变。

参照上例的解法，必有

「二外-佈乞二0.02-0.125X0.005_

=石=£珂二0.001-0.125X0.005二51.7,

"二•號寺=叫需豐二泸=0.000921,

物料衡算

=X2f+（fl—g2f）

=0.000921+匚七丁（0.02-0.0005〉=0.123<>

Uvlb

因解吸过程为液相阻力控制，解吸气流量&增大不影响解吸塔的Hg,即Nol=10.7不变。

故有

0^498

0,316

从本例可以看出，吸收和解吸是1个有机的整体，吸收换作的任何变动，都将使解吸操作发生相应的变化,反之亦然。

另外，本例还表明，鞍个吸收操作的成本在于吸收剂的再生，吸收塔出口气体的残余数度越低或溶质回收率越高，解破塔蒸汽用量越多，吸收过程的成木越高。