化工原理吸收章节习题
吸收
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：
①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）
②在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。（1
分）
③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：
吸收塔的物料衡算；
液气比与最小液气比求m 【例2－8】
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、（２０分）有一吸收塔，塔内装有25?25?3mm 的拉西环，其比表面积a=204m 2/m 3（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
1400m 3
/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K y =0.4kmol/(m 2?h)，试求： （1） 传质单元数N OG ； （2） 填料层高度Z 。
解：
h /5Kmol .624.221400
G ==
' h /67Kmol .16618
3000
L ==' （1）因 06.0y 1= %98=?
所以
0.001206.0)98.01(y )1(y 12=?-=-=?
x 2=0 022.0)0012.006.0(67
.1665.62)y y (L G x 211=-=-''=
又 037
.0022.068.1mx y 11e =?==
0mx y 22e == 故
0074
.000012.0037
.006.0ln 0
0012.0037.006.0y y y y ln
)y y ()y y (y 2e 21e 12e 21e 1m =--+--=-----=
?
965.70074
.00012
.006.0y y y N m 21oG =-=?-=
（10分）
（2）塔的横截面积
22236m .0675.04
14
.3D 4
=?=
=
Ωπ
)m (13.236
.02044.05
.62a K G H g oG =??=Ω'=
（6分）
h = H oG ?N oG =2.13?7.97=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N OG 3 所需填料层高度Z 。
1．121220.040.00530.01280.0417,0.00533,0.01297,0,010.0410.005310.0128
Y Y X X Y *========--- （2分）
12120.04170.00533
2.8040.012970Y Y L V X X --===-- （2分）
11212min 110.005332.5(1) 2.180.0417Y m
Y Y Y Y L V X X *
--??
===?-= ?-?? （4分） ()min
2.804
1.286
2.18
L
V
L
V =
= （3分） 2． 2.5
0.8922.804
mV s L =
== （2分） 1222110.04170ln (1)ln (10.892)0.892 5.11110.8920.005330OG Y Y N S S S Y Y *
*??--??=-+=-+=????----?
???（4分） 3． 1.5 5.117.67OG OG
Z H N m =?=?= （3分）
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1000m 3/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X 1。
1． 进塔气体中苯浓度：0417.004
.0104
.01111=-=-=
y y Y （1分）
出塔气体中苯浓度：
00834.0)8.01(0417.02=-?=Y （1分）
进塔洗油中的苯浓度：0002.02
=X
00135.09
.300417
.01*1===
m Y X （4分）
290002
.000135.000834.00417.02*
121min =--=--=??? ??X X Y Y V L （4分） 2.
8.34292.1)(2.1min =?==V L
V L 即L=38.4V （2分） 进入吸收塔惰性气体摩尔流量为：
h kmol /93.39)04.01(3
.1013
.1012932734.221000V 惰性气体=-???=
（3分） L=34.8V=1390kmol 洗油/h （2分） 而00116.0)00834.00417.0(1390
93
.390002.0)(2121
=-?+=-+
=L Y Y V X X （3分）
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780mmHg ,温度为25℃，进入填料塔的混合气体为1000h m /3，入塔吸收剂为纯煤油。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X Y 14.0=（式中Y X ,均为摩尔比），气相体积总传质系数h m k m o l a K Y ?=3/125。煤油的平均分子量为170kmol kg /。塔径为0.6m 。求：
（1） 煤油的耗用量为多少h kg /？ （2） 煤油出塔浓度1X 为多少？ （3） 填料层高度为多少米？ （4） 吸收塔每小时回收多少kg 苯？
解：
（1） 煤油的耗用量L ： 塔内惰性组分摩尔流量为：
h kmol V /88.39)05.01(760
780
252732734.221000=-??+?=
进塔气体苯的浓度为：
05263.005
.0105
.01=-=
Y
出塔气体中苯的浓度为：
00263.0)95.01(5263.0)1(12=-?=-=A Y Y ?
由吸收剂最小用量公式
2
121m i n /)
(X m Y Y Y V L --=
h
kg h kmol X m Y Y Y V L L /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)(2121=-+=-+
=Y Y L V X X （3） 填料层高度Z:
OG OG N H Z ?= m K V H Ya OG 13.16.04
12588
.392=??=Ω=
π
7.0956.7/88.3914.0/=?==L mV S ])1ln[(11
2
221S mX Y mX Y S S N OG +----=
]7.0000263.00
05263.0)7.01ln[(7.011+----=
34.6=
故 m Z 16.713.134.6=?=
（4） 吸收塔每小时回收多少kg 的苯： 回收苯的质量为：
h kg Y Y MV m /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NH 3。已知入塔混合气体的流量为 220 kmol/h ，其中含NH 3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NH 3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h B Kmol V
/)(36.217%)2.11(220=-?=
0121.0%
2.11%
2.12=-=
Y
由回收率%952
1
2=-=
Y Y Y η
所以 000605.01=Y 由X Y
2.1= ，01.02
.10121
.02.12*
2===
Y X 清水吸收则 01
=X ， 14.1001.0000605.00121.01
*
212min =--=--=???
??X X Y Y V L 79.24736.217*14.114.1)(min ===∴V L Kmol/h 69.37179.247*5.15.1min ===L L Kmol/h
(2)
nRT PV = s m P n R T V /52.13600
*1000*3.101)
30273(*314.8*1000*2203=+==
由u D V
24
1
π= 2*14.3*4/1*25.152.1D = 所以 m D 24.1=
六、计算题。（15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K Ya 。
传质单元数的计算公式：
??+-=-=2
11
2)(*Y
Y Y Y OG
b mX Y dY Y Y dY N
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y 1=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，K Y a=4?10-2kmol/(m 2?s)，要求出塔液体中溶质的含量为x 1=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
.01111=-=-=
y y Y
0025.0)95.01(05.0)1(12=-?=-=ηY Y
0500.00476
.010476
.01111=-=-=
x x X
02=X
)/(020.04
.1785.0)0476.01(0323.0785.0)1()
1(2
2
211s m kmol D y Z y Z V B ?=?-?=-'=
Ω
-'=
（1） 由全塔物料衡算关系
95.00
05.00025.005.02121=--=--=Y Y L B S 所以吸收剂用量为
)/(019.002.095.095.02s m kmol V L B S ?=?==
h
kg O H M V B /3.189********.1785.0019.03600
)(95.022=????=?Ω= （10分）
（2）由于脱吸因子
195.095.0====
B
B B
B V L m L mV S
说明操作线与平衡线平行，推动力处处相等，即
0025.00222*2221=-=-=-=?=?=?Y mX Y Y Y Y Y Y
190025
.00025
.005.0221=-=?-=
Y Y Y N OG m a K V H Y B OG 5.010
4020.02
=?==
- （10分） 五、计算题。（15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
/（m 2·h），气相总体积吸收系数为1.12 kmol /（m 3
·h·kPa），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 28.20
013.00003
.003.02121
=--=--=X X Y Y V L （2分） 由015.02
03
.0221*1===
→=Y X X Y
（2分） 98.10015.00003
.003.0)(2
*121min =--=--=X X Y Y V L （2分） 15.198.128
.2)()(min ==∴V
L V L opt
（2分）
1.
(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 m 3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K y a ； （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
2
3
121**
1111**3
2222231212
0.05, 2.631061.2/58
0.01983
100061.261.2
1858
20.019830.03966,Δ y 0.010340,Δ y 2.6310 y y 0.01034 2.6310Δ0.00 y 0.01034
ln ln
2.6310 y m y y x y mx y y y mx y y y ---==?==-+==?==-====-=??-?-?===???3
33
2
OG 563(5)
120.05 2.63108.4(5)
ym 0.00563
/6/8.40.714 (5)
2000273G 83.2 kmol/h
22.4293
83.2191.6 kmol/(m )0.053 kmol/(m )(5)
H 0.7140.884
OG OG OG y y y N H h N m G K a h s π---?===?====?====?=?Ω?? 分分分分 方法2：吸收因子法
312)1212322/(/()2(0.019830)/(0.05 2.6310)0.8372(5)
110.05
ln[(1)]ln[(10.8372)0.8372]8.4(3)10.8372 2.63101/6/8.40.714 (2)
2000273G 8322.4293
OG OG OG mG L m x x y y y mx mG mG N mG L y mx L L
H h N m --=--=--?=-=
--=-+=--?-====?=分分分332
OG .2 kmol/h
83.2
191.6 kmol/(m )0.053 kmol/(m )(5)
H 0.7140.884y G K a h s π===?=?Ω?? 分（2）每小时回收的丙酮量
G A =G(y 1-y 2)=83.2×(0.05-2.63×10-3)=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940m 3（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K Y a=0.035
kmol/(m 3
·s)，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K Y a为 0.06kmol/（m3·h），且K Y a
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K Y a为0.088 kmol/(m3·s) ，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？
化工原理传质概论与气体吸收考试题目
单项选择题(每题2分,共10题)成绩查询 第七章传质概论 1. 双组分理想气体进行定常单向扩散，如维持气相各部分pA不变，总压增加，气相中的传质通量NA将如何变化？ A：增加 B ：减少C：不变 D：不定 2. 下述_______分离过程中哪一种不属于传质分离。 A ：萃取分离B ：吸收分离C ：结晶分离D：离心分离 3. 气相压力一定，温度提高1倍，组分在气相中的扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1倍 D：不变 4. 若温度不变，压力增加1倍，则扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1 倍D：不变 5. 双组分气体(A、B)在进行定常分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：_______。 A：|JA|=|JB|， |NA|>|NB|B：|JA|>|JB|， |NA|=|NB| C：|JA|<|JB|，|NA|>|NB D：|JA|=|JB|，|NA| 8. 单向扩散中飘流因子_______。 A： >1B：<1 C：=1 D：不确定 9. 双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_______。 A ：相界面两侧的膜层中B：相界面上 C：液膜之中 D：气膜之中 填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定 一、实验目的 1．了解填料吸收塔的结构和流程； 2．了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响； 3．掌握吸收总传质系数K y a 的测定方法 4. 学会使用GC 二、实验原理 吸收操作是分离气体混合物的方法之一，在实际操作过程中往往同时具有净化与回收双重目的。因而，气体出口浓度y 2是度量该吸收塔性能的重要指标，但影响y 2的因素很多，因为吸收传质速率N A 由吸收速率方程式决定。 (一). 吸收速率方程式： 吸收传质速率由吸收速率方程决定 ： m y A y aV K N ?=填 或 m y A y A K N ?= 式中： Ky 气相总传系数，mol/； A 填料的有效接触面积，m 2； Δy m 塔顶、塔底气相平均推动力， V 填 填料层堆积体积，m 3； K y a 气相总容积吸收传质系数，mol/。 从前所述可知，N A 的大小既与设备因素有关，又有操作因素有关。 (二).影响因素： 1．设备因素： V 填与填料层高度H 、填料特性及放置方式有关。然而，一旦填料塔制成，V 填就为一定值。 2．操作因素： a ．气相总容积吸收传质系数K y a 根据双膜理论，在一定的气温下，吸收总容积吸收传质系数K y a 可表示成： a k m a k a K x y y +=11 又有文献可知：a y G A a k ?=和b x L B a k ?=，综合可得b a y L G C a K ?=，显然K y a 与气体流量及液体流量均有密切关系。比较a 、b 大小，可讨论气膜控制或液膜控制。 b ．气相平均推动力Δy m 将操作线方程为：22)(y x x G L y +-= 的吸收操作线和平衡线方程为：y ＝mx 的平衡线在方格纸上作图，从图5-1中可得知： 2 12 1ln y y y y y m ???-?= ? 图5-1 吸收操作线和平衡线 填料吸收塔吸收操作及体积吸收系数的测定 课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。 2.观察填料吸收塔的液泛显现，测定泛点空塔气速。 3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。 4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K Yα。 二、实验装置 1.本实验装置的流程示意图见图5-1。主体设备是内径70毫米的吸收塔，塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。 2.物系是（水—空气—氨气）。惰性气体空气由漩涡气泵提供，氨气由液氨钢瓶供应，吸收剂水采用自来水，它们分别通过转子流量计测量。水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。 1—填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计 20—液位计 图5-1 填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图 三、基本原理 （一）填料层压力降ΔP 与空塔气速u 的关系 气体通过干填料层时（喷淋密度L =0），其压力降ΔP 与空塔气速u 如图6中直线A 所示，此直线斜率约为1.8，与气体以湍流方式通过管道时ΔP 与u 的关系相仿。如图6可知，当气速在L 点以下时，在一定喷淋密度下，由于持液量增加而使空隙率减小，使得填料层的压降随之增加，又由于此时气体对液膜的流动无明显影响，在一定喷淋密度下，持液量不随气速变化，故其ΔP ~u 关系与干填料相仿。 在一定喷淋密度下，气速增大至一定程度时，随气速增大，液膜增厚，即出现“拦液状态”（如图6中L 点以上），此时气体通过填料层的流动阻力剧增；若气速继续加大，喷淋液的下流严重受阻，使极具的液体从填料表面扩展到整个填料层空间，谓之“液泛状态”（如图6中F 点），此时气体的流动阻力急剧增加。图6中F 点即为泛点，与之相对应的气速称为泛点气速。 原料塔在液泛状态下操作，气液接触面积可达最大，其传质效率最高。但操作最不稳定，通常实际操作气速取泛点气速的60%~80%。 塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示，称之为空塔气速u 。 Ω = ' V u （1） 式中： u ——空塔气速，m/s V’——塔内气体体积流量，m 3/s Ω——塔截面积，m 2。 实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定 相同，故转子流量计的读数值必须进行校正，校正方法详见附录四。 填料层压降ΔP 直接可由U 型压差计读取，再根据式（1）求得空塔气速u ，便可得到 一系列ΔP ~u 值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到ΔP ~u 关系曲线。 （二）体积吸收系数K Y α的测定 1.相平衡常数m 对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系式为： mx y =* （2） 相平衡常数m 与系统总压P 和亨利系数E 的关系如下： 吸收 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： ①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） ②在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。（1 分） ③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。 填空题 1.（3分）球形粒子在介质中自由沉降时，匀速沉降的条件是_粒子所受合力的代数和为零_ 。滞流沉降时，其阻力系数=_24/ Rep_. 2. 在静止的、连续的同种流体内，位于同一水平面上各点的压力均相等。 3.水在内径为φ的只管内流动，已知水的粘度为*s，密度为1000kg*m3，流速为1m/s，则Re=99502，流动类型为湍流。 4. 流体在圆形管道中作层流流动,如果只将流速增加一倍,则阻力损失为原来的 2 倍;如果只将管径增加一倍而流速不变,则阻力损失为原来的 1/4 倍. 5.求取对流传热系数常采用因次分析法，将众多影响因素组合成若干无因次数群，再通过实验确定各特征数数之间的关系，即得到各种条件下的关联式。 6. 化工生产中加热和冷却的换热方法有_直接换热_, 间壁换热和蓄热换热. 7. 在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，此时传热管的壁温接近饱和蒸汽侧流体的温度，总传热系数 K 接近空气侧流体的对流给热系数。 8.气液两相平衡关系将取决于以下两种情况: 9.(1) 若 pe〉p 或 C 〉Ce则属于解吸过程 10.(2) 若 p 〉pe 或 Ce〉C 则属于吸收过程 11.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._. 12.在一定空气状态下干燥某物料能用干燥方法除去的水分为_自由水分首先除去的水分为_非结合水分不能用干燥方法除的水分为_平衡水分。 13. ,当20℃的水(ρ=m3,μ=厘泊)在内径为100mm的光滑管内流动时,若流速为s时,其雷诺准数Re为×105；直管摩擦阻力系数λ为. 14.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是流体具有粘性 15.计算管道流体局部阻力的方法有:当量长度法;阻力系数法;,其相应的阻力计 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___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 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－y e）_________。 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H OG将_________，N OG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N A=K Y（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。 化工原理吸收部分模拟试题及答案 1.最小液气比(L/V)min只对（）（设计型，操作型）有意义，实际操作时，若(L/V)﹤(L/V)min ， 产生结果是（）。 答：设计型吸收率下降，达不到分离要求 2.已知分子扩散时，通过某一考察面PQ 有三股物流：N A，J A，N。 等分子相互扩散时： J A（）N A（）N （）0 A组分单向扩散时： N （）N A（）J A（）0 （﹤，﹦，﹥） 答：= > = ，< > > 。 3.气体吸收时，若可溶气体的浓度较高，则总体流动对传质的影响（）。 答：增强 4.当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数（），在液相中的分子扩散系数（）。答；升高升高 5.A，B两组分等摩尔扩散的代表单元操作是（），A在B中单向扩散的代表单元操作是 （）。 答：满足恒摩尔流假定的精馏操作吸收 6.在相际传质过程中，由于两相浓度相等，所以两相间无净物质传递（）。（错，对） 答：错 7.相平衡常数m=1，气膜吸收系数 k y=1×10-4Kmol/(m2.s)，液膜吸收系数 k x 的值为k y 的100倍，这一 吸收过程为（）控制，该气体为（）溶气体，气相总吸收系数 K Y=（） Kmol/(m2.s)。（天大97） 答：气膜易溶 9.9×10-4 8.某一吸收系统，若1/k y 》1/k x,则为气膜控制，若 1/k y《1/k x,则为液膜控制。（正，误）。 答：错误，与平衡常数也有关。 9.对于极易溶的气体，气相一侧的界面浓度y I 接近于（），而液相一侧的界面浓度x I 接近于 （）。 答：y*（平衡浓度） x（液相主体浓度） 10.含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度C= 0.02 Kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下接触，操 作条件下两相的平衡关系为 p*=1.62 C (大气压)，则 SO2将从（）相向（）转移，以气相组成表示的传质总推动力为（）大气压，以液相组成表示的传质总推动力为（）Kmol/m3 。 答：气液 0.0676 0.0417 11.实验室中用水吸收 CO2基本属于（）控制，其气膜中浓度梯度（）（大于，小于，等于） 液膜浓度梯度，气膜阻力（）液膜阻力。（清华97） 答：液膜小于小于 第二章 吸收习题解答 1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** **== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈ 55 2222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---????=?=?????? ???? ?? =??? ?? 故100克水中溶有220.01318CO gCO 4．.在101.33kPa 、0℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知 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y1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 （A）y2上升，?下降（B）y2下降，?上升 （C）y2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（）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 化工原理实验—吸收 一、实验目的 1．了解填料吸取塔的结构和流程； 2．了解吸取剂进口条件的变化对吸取操作结果的阻碍； 3．把握吸取总传质系数Kya 的测定方法 4. 学会使用GC 二、实验原理 吸取操作是分离气体混合物的方法之一，在实际操作过程中往往同时具有净化与回收双重目的。因而，气体出口浓度y2是度量该吸取塔性能的重要指标，但阻碍y2的因素专门多，因为吸取传质速率NA 由吸取速率方程式决定。 (一). 吸取速率方程式： 吸取传质速率由吸取速率方程决定 ： m y A y aV K N ?=填 或 m y A y A K N ?= 式中： Ky 气相总传系数，mol/m3.s ； A 填料的有效接触面积，m2； Δym 塔顶、塔底气相平均推动力， V 填 填料层堆积体积，m3； Kya 气相总容积吸取传质系数，mol/m2.s 。 从前所述可知，NA 的大小既与设备因素有关，又有操作因素有关。 (二).阻碍因素： 1．设备因素： V 填与填料层高度H 、填料特性及放置方式有关。然而，一旦填料塔制成，V 填就为一定值。 2．操作因素： a ．气相总容积吸取传质系数Kya 按照双膜理论，在一定的气温下，吸取总容积吸取传质系数Kya 可表示成： a k m a k a K x y y +=11 又有文献可知：a y G A a k ?=和b x L B a k ?=，综合可得 b a y L G C a K ?=，明显Kya 与气体流量及液体流量均有紧密关系。 比较a 、b 大小，可讨论气膜操纵或液膜操纵。 b ．气相平均推动力Δym 将操作线方程为：22)(y x x G L y +-=的吸取操作线和平稳线方程为：y ＝mx 的平稳线在方格纸上作图，从图5-1中可得知： 2 12 1ln y y y y y m ???-?= ? 图5-1 吸取操作线和平稳线 其中 ；11*111mx y y y y -=-=?，22* 2 22mx y y y y -=-=?，另外，从图5-1中还可看出，该塔是塔顶接近平稳。 (三). 吸取塔的操作和调剂： 吸取操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组分的回收率η上。在低浓度气体吸取时，回收率η可近似用下式运算： 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X 2 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X 2 降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度降低。 5．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 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*= （大气压），则SO 2 将从气相向液相转移。 6．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 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*= (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为 atm 大气压。 7．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L =l/k L +H/k G ，其中l/k L 为液膜 阻力。 8．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L =l/k L +H/k G ，当气膜阻力H/k G 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，k x a= kmol/，k y a =2l0-4kmol/， 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y 1 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H OG 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N OG 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N OG =1，则此塔的进出口浓 度差（Y 1-Y 2 ）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。 1、填料吸收实验思考题 （1）本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？ 答：保证塔内液面，防止气体漏出,保持塔内压力.0.1 设置液封装置时，必须正确地确定液封所需高度，才能达到液封的目的。 U形管液封所需高度是由系统内压力(P1 塔顶气相压力)、冷凝器气相的压力(P2)及管道压力降(h,)等参数计算确定的。可按式(4.0.1-1)计算: H =(P1一P2)X10.2/Y一h- 式中 H.,- —最小液封高度，m; P1,—系统内压力; P2—受液槽内压力; Y—液体相对密度; h-—管道压力降(液体回流道塔内的管线) 一般情况下，管道压力降(h-)值较小，可忽略不计，因此可简化为 H=(P1一P2)X10.2/Y 为保证液封效果，液封高度一般选取比计算所需高度加0. 3m-0. 5m余量 为宜。 （2）测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？ 答：是确定最适宜操作气速的依据 （3）测定Kxa 有什么工程意义？ 答：传质系数Kxa是气液吸收过程重要的研究的内容，是吸收剂和催化剂等性能评定、吸收设备设计、放大的关键参数之一 （4）为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？ 答：易溶气体的吸收过程是气膜控制，如HCl，NH3，吸收时的阻力主要在气相，反之就是液膜控制。对于CO2的溶解度和HCl比起来差远了，应该属于液膜控制（5）当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？ 答：液体温度。因为是液膜控制，液体影响比较大。 2对流给热系数测定 1. 答：冷流体和蒸汽是并流时，传热温度差小于逆流时传热温度差，在相同进出口温度下，逆流传热效果大于并流传热效果。 2.答：不凝性气体会减少制冷剂的循环量，使制冷量降低。并且不凝性气体会滞留在冷凝器的上部管路内，致使实际冷凝面积减小，冷凝负荷增大，冷凝压力升 化工原理吸收部分模拟试题及答案 一、填空 1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 。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 、 溶质渗透理论 、表面更新理论。 3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。 4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k y =2kmol/m 2·h ， 气相传质总K y =1.5kmol/m 2 ·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为??0.01???。平衡关系y=0.5x 。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在 塔低 达到平衡。 6单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 BM P P ，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。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ，当水量减少时气相总传质单元数N OG 增加 。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在 精流 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。 9 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。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????dz dC D J A AB A -= ，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）。 12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。 13压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行 ；吸收因素A= L/mV ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔 顶 达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程， 已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜控制，约100% ；该气体为 易 溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A 。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 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k y =2kmol/m 2·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为???B ???。平衡关系y=0.5x 。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1=0.0035atm 、E 2=0.011atm 、E 3=0.00625atm ，则??A ?? 题1. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa，液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度C A,i和p A,i; （2）K G和K L及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？ 解：（1）求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程， k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得：p A,i = 3546.38Pa C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1 C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 （3）本题计算方法的基础是双膜理论。 题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A，气相体积传质系数K Y a近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？ 解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需< H，则该塔能满足要求。 化工原理吸收部分模拟试题及答案 一、填空 1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 。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 、 溶质渗透理论 、表面更新理论。 3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象，使塔无法工作。 4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k y =2kmol/m 2·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为??0.01???。平衡关系y=0.5x 。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在 塔低 达到平衡。 6单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 BM P P ，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。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ，当水量减少时气相总传质单元数N OG 增加 。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在 精流 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。 9 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。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????dz dC D J A AB A -= ，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）。 12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。 13压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行 ；吸收因素A= L/mV ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔 顶 达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程， 已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜控制，约100% ；该气体为 易 溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A 。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 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k y =2kmol/m 2·h ，气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为???B ???。平衡关系y=0.5x 。 姓名 院 专业 班 年 月 日 实验内容 指导教师 一、 实验名称： 吸收实验 二、实验目的： 1.学习填料塔的操作； 2. 测定填料塔体积吸收系数K Y a . 三、实验原理： 对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。 （一）、空塔气速与填料层压降关系 气体通过填料层压降△P 与填料特性及气、液流量大小等有关，常通过实验测定。 若以空塔气速o u [m/s]为横坐标，单位填料层压降Z P ?[mmH 20/m]为纵坐标，在双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。当液体喷淋量L 0=0时，可知 Z P ?~o u 关系为一直线，其斜率约1.0—2，当喷淋量为L 1时，Z P ?~o u 为一折线，若喷淋量越大，折线位置越向左移动，图中L 2＞L 1。每条折线分为三个区段， Z P ?值较小时为恒持液区，Z P ?~o u 关系曲线斜率与干塔的相同。Z P ?值为中间时叫截液区，Z P ?~o u 曲线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点A 。 Z P ?值较大时叫液泛区，吸收实验 姓名 院 专业 班 年 月 日 实验内容 指导教师 Z P ?~o u 曲线斜率大于10，截液区与液泛区之间的转折点叫泛点B 。在液泛区塔已无法操作。塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间，此时塔效率最高。 图2-2-7-1 填料塔层的Z P ?~o u 关系图 图2-2-7-2 吸收塔物料衡算 （二）、吸收系数与吸收效率 本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收 13 在填料层高度为5m 的常压填料塔内，用纯水吸收气体混合物中少量的可溶性组分，气液逆流接触，液气比为1.5，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，溶质回收率为90%。今若保持气液两相流量不变，而欲将回收率提高到95%，问填料层高应增加多少m ？ 解：原工况下： 8.05 .12.1==G L m ()??????+-??? ??--=??????+--??? ??--=L m G L m G L m G L m G m x y m x y L m G N L mG OG η111ln 11ln 1ln 112221 ()15.58.09.0118.01ln 8.011=??????+---= m N H H OG OG 97.015 .55=== 新工况下： L,G 不变,m 不变,∴H OG 不变, mG/L 不变,η’=0.95 ()84.78.095.0118.01ln 8.011=?? ????+---= 又L 、G 不变，m 不变OG H ∴不变 m N H H OG OG 6.784.797.0=?='?=' 填料层应增加的高度 m H 6.256.7=-=? 14 拟在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收废气中的氨气。废气流量为2500m 3/h （标准状 态），废气中氨的浓度为15g/m 3（以标准状态计），要求回收率不低于98%。若吸收剂用量为 3.6 m 3/h ，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，气相总传质单元高度为0.7m 。试求： (1)全塔气相平均吸收推动力；(2)所需填料层高度。 解：(1) h kmol V G /61.1114 .2225004.22=== h kmol L /2001810006.3=?= 摩尔分率 0198.04 .22100017151==y ()()000396.0%9810198.0112=-?=-=ηy y 0108.061 .111200000396.00198.02211=-=+-=x G L y y x 00684 .00108.02.10198.0111=?-=-=?mx y y () ??????+-??? ??--='L m G L m G L m G 'OG 111ln 11N η 六、数据处理 1 、干填料塔流体力学性能测定（干填料时） 由U 形管压差计读得ΔP ，计算单位填料层高度上的压降ΔP/Z ，塔中空气流速(空塔气速)为 2 )4 ( 3600D V u n π = 因为空气流量计处温度不是20℃，需要对读数进行校正，空气实际体积流量V n 为： 第一套装置空气实际流量 20 273t 273++=转 V V n (m 3 /h) 第二套装置空气实际流量 ()()实 标 实 读实P P V V ?+?+? =20273t 273 (m 3 /h) 在对数坐标纸上以ｕ为横坐标，ΔP/Z 为纵标坐图，标绘ΔP/Z ~ ｕ关系曲线。 2、湿填料塔流体力学性能测定 在一定的液体喷林密度下进行试验,测定液体在塔截面上的喷林密度,其他试验测定数据和数据处理的方法及要求与干填料塔流体力学性能测定时相同。 喷淋密度U=] [] /[2 3m h m 塔截面积流体流量 3、传质实验 （1）空气实际流量 第一套装置空气实际流量 20 273t 273++=转 V V n （m 3 /h ） 第二套装置空气实际流量 ()()实 标 实 读实P P V V ?+?+? =20273t 273 （m 3 /h ） （2）氨气实际流量为：实 氨气空气读 t 27320273++?=ρρV V n （m 3 /h ） a) 塔底气相浓度 Y 1 = 氨气流量 空气流量 (kmol 氨气/ kmol 空气) 注意空气流量、氨气流量的单位相同. ； b)塔顶气相浓度Y 2= 2424 2()22.4 H SO H SO M V T V T ??÷量气管量 (kmol 氨气/ kmol 空气) 式中:M H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度， mol/l ； V H2SO4------滴定时所消耗标准硫酸溶液的体积， L ； V 量气管-----滴定时量气管中的体积变化值， L ； T 量------操作条件下量气管中的绝对温度， K ； T 0------标准状态时绝对温度， T 0=273.2K ； 22.4-----气体在标准情况下的常数， 22.4L ／mol c)塔底液相浓度X 1= 2424 32100018 H SO H SO NH M V V ?? (kmol 氨气/ kmol 水) 式中:V NH3-----为滴定所准确吸取的塔底流出液的体积 ， ml ； M H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的摩尔浓度, mol/l ； V H2SO4------滴定所用标准硫酸溶液的体积, ml ； d)求△Y m 平衡浓度：Y 1*＝mX 1 平衡浓度：Y 2*＝mX 2 ΔY 1=Y 1-Y 1* ΔY 2=Y 2-Y 2* 平均浓度差 ΔY m = (△Y 1-△Y 2)/㏑(△Y 1/△Y 2) （kmol 氨气/ kmol 空气） 气相总传质单元数 N oG =(Y 1-Y 2)/△Y m 气相总传质单元高度 OG OG Z H N = （m ） 空气的摩尔流量 0360022.4h V T V T =?? ( kmol/s) 塔的横截面积 24 D π Ω= (m 2) 气相总体积吸收系数 Ya OG V K H = ?Ω 〔kmol/(m 3 ．S)〕 回收率 12 1 Y Y Y -η=化工原理实验—吸收
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