“化工原理”第9章《吸收》復習題.doc

化工原理（下）第九章“吸收”復習題（適用于化環(huán)系0703、0704班；2009-09-01）一、填空題1.（3分）20時,CO2氣體溶解于水的溶解度為0.878(標m3)/m3(H2O),此時液相濃度C=_kmol/m3.液相摩爾分率x=_.比摩爾分率X=_.0.0392 0.000705 0.0007062.（2分）在常壓下,20時氨在空氣中的分壓為69.6mmHg,此時氨在混合氣中的摩爾分率y=_,比摩爾分率Y=_. *答案* 0.0916 ; 0.1013.（2分）用相平衡常數m表達的亨利定律表達式為_.在常壓下,20時, 氨在空氣中的分壓為50mmHg,與之平衡的氨水濃度為7.5(kgNH3/100kgH2O).此時m=_.*答案* y=mx ;0.8944.（3分）用亨利系數E表達的亨利定律表達式為_.在常壓下,20時, 氨在空氣中的分壓為50mmHg, 與之平衡的氨水濃度為7.5(kgNH3/100kgH2O).此時亨利系數E=_,相平衡常數m=_. *答案* p=Ex ;680mmHg ;0.8945.（2分）用氣相濃度p為推動力的傳質速率方程有兩種,以傳質分系數表達的傳質速率方程為_,以總傳質系數表達的傳質速率方程為_ NA=kG (p-pi) NA =KG(p-pL*)6.（2分）用液相濃度C為推動力的傳質速率方程有兩種,以傳質分系數表達的速率方程為 ,以傳質總系數表達的速率方程為 NA =kL(Ci-CL) NA=KL(CG*-CL)7.（2分）用氣相濃度y為推動力的傳質速率方程有兩種,以傳質分系數表達的速率方程為 ,以傳質總系數表達的速率方程為 *答案* NA =ky(y-yi); NA =Ky(y-y*)8.（2分）用液相濃度x為推動力的傳質速率方程有兩種,以傳質分系數表達的速率方程為 ,以傳質總系數表達的速率方程為 NA= kx (xI-x) NA=Kx(x*-x)9.（2分）用氣相濃度Y為推動力的傳質速率方程有兩種,以傳質分系數表達的速率方程為 ,以傳質總系數表達的速率方程為 NA=kY(Y-Yi); NA=KY(Y-Y*)10.（2分） 用y, x為推動力的傳質速率方程中,當平衡線為直線時傳質總系數Ky與分系數ky 、kx的關系式為_,Kx與ky 、kx的關系式為_*1/Ky=1/ky+m/kx; 1/Kx=1/(m.ky)+1/kx11.（2分）用Y, X為推動力的傳質速率方程中,當平衡線為直線時,傳質總系數KY與分系數kY、,kX的關系式為_,KX與kY, kX的關系式為_ 1/KY=1/kY + m/kX; 1/KX=1/(m.kY)+1/kX12.（2分）用p, C為推動力的傳質速率方程中,當平衡線為直線時,傳質總系數KG與分系數kG、kL的關系式為_,KL與kG、kL的關系式為_ 1/KG=1/kG+1/H.kL; 1/KL=H/kG+1/kL13.（2分）用清水吸收空氣與A的混合氣中的溶質A，物系的相平衡常數m=2,入塔氣體濃度y1=0.06,要求出塔氣體濃度y2=0.008,則最小液氣比為_.*答案* 1.73314.（4分）某吸收塔中,物系的平衡線方程為y=2.0x,操作線方程為y=3.5x+0.001,當y1=0.06,y2=0.0015時,x1=_,x2=_, L/G=_,氣相傳質單元數NOG=_ *答案* 0.01685 ; 0.0001429; 3.5; 7.1215.（3分）吸收過程主要用于三個方面:_*答案 制備產品 ; 分離氣體混合物 ; 除去氣體中的有害組分16.（3分）填料的種類很多，主要有_ *答案* 拉西環(huán); 鮑爾環(huán); 矩鞍環(huán); 階梯環(huán);波紋填料;絲網填料.17.（2分）質量傳遞包括有_吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥。18.（3分）吸收是指_的過程，解吸是指的過程。*答案* 用液體吸收劑吸收氣體， 液相中的吸收質向氣相擴散。19.（3分）指出下列組分，哪個是吸收質，哪個是吸收劑. (1) 用水吸收HCl生產鹽酸,H2O是_，HC是_. (2)用98.3 H2SO4吸收SO3生產H2SO4,SO3,是；H2SO4是。 (3)用水吸收甲醛生產福爾馬林,H2O是；甲醛是。 *答案*（1）吸收劑，吸收質。（2）吸收質，吸收劑。（3）吸收劑，吸收質。20.（2分）吸收一般按有無化學反應分為，其吸收方法分為。 *答案* 物理吸收和化學吸收； 噴淋吸收、鼓泡吸收、膜式吸收。21.（2分）氣液兩相平衡關系將取決于以下兩種情況： (1) 若 pGpL* 或 CG*CL則屬于過程 (2) 若pL*pG 或 CLC G* 則屬于過程*答案* （1）解吸； （2）吸收。22.（2分） 擴散速率的費克定律公式是，式中每項的物理意義_。 * JA= - DdcA/dz, JA組分A的擴散通量kmol/(m2s )； D擴散系數m2/s, dcA/dz組分的濃度梯度kmol/m423.（2分）吸收速度取決于，因此，要提高氣液兩流體相對運動速率，可以來增大吸收速率*答案* 雙膜的擴散速率， 減少氣膜、液膜厚度。24.（2分）影響擴散系數D值的大小的因素有 *答案* 擴散組分的性質及介質、溫度、壓力、濃度。25.（2分）總吸收速率方程式中KY是以為氣相摩爾比差為傳質推動力的氣相總傳質系數；而KX是以 為液相摩爾比差為傳質推動力的液相總傳質系數。 YY* X*X26.（2分） 填料選擇的原則是表面積大、空隙大、機械強度高價廉，耐磨并耐溫。27.（5分）氣相中：溫度升高則物質的擴散系數壓強升高則物質的擴散系數. 在液相中： 液相粘度增加則物質的擴散系數。易溶氣體溶液上方的分壓， 難溶氣體溶液上方的分壓_， 只要組分在氣相中的分壓液相中該組分的平衡分壓，吸收就會繼續(xù)進行，直至達到一個新的為止。 *答案* ; ; ; 小 ; 大 ; 大于 ; 平衡28.（4分）由于吸收過程氣相中的溶質分壓總液相中溶質的平衡分壓，所以吸收操作線總是在平衡線的。增加吸收劑用量，操作線的斜率，則操作線向平衡線的方向偏移，吸收過程推動力（yy*）。 *答案* 大于 上方 增大 遠離 增大29.（2分） 圖所示為同一溫度下A.B.C三種氣體在水中的溶解度曲線。由圖可知，它們溶解度大小的次序是；同一平衡分壓下，它們的液相平衡濃度大小順序是。 CBA； 在同一平衡分壓下CCCBCA30.（3分）對接近常壓的低濃度溶質的氣液平衡系統(tǒng)，當總壓增加時，亨利系數E，相平衡常數m，溶解度系數H_ *答案* 不變； 減少； 不變31.（4分） 在常壓下，測定水中溶質A 的摩爾濃度為0.56kmol/m3，此時氣相中A 的平衡摩爾分率為0.02 ，則此物系的相平衡常數m=。當其他條件不變，而總壓增加一倍時，相平衡常數m=， 若測得總壓值為2 atm ，則此時的亨利系數E=atm,而溶解度系數Hkmol/(m3.atm)。 *答案* 2.0 ； 1.0； 4.0 atm； 14 kmol/(m3.atm)32.（2分） 在氣體流量，氣相進出口組成和液相進口組成不變時，若減少吸收劑用量，則傳質推動力將，操作線將平衡線。*答案* 減少； 靠近；33.（2分） 當溫度增高時，溶質在氣相中的分子擴散系數將增加在液相中的分子擴散系數將 增加 34.（2分） 對一定操作條件下的填料吸收塔，如將塔料層增高一些，則塔的HOG將，NOG將(增加，減少，不變)。 *答案* 不變； 增加35.（2分） 某逆流吸收塔，用純溶劑吸收混合氣中易溶組分，設備高為無窮大，入塔Y1=8（體積），平衡關系Y=2X。試問: .若液氣比（摩爾比，下同）為2.5時，吸收率= _ .若液氣比為1.5 時，吸收率=_ *答案* 100 ；7536.（5分）吸收塔底部的排液管成U形，目的是起作用，以防止_。 操作中的吸收塔，若使用液氣比小于設計時的最小液氣比，則其操作結果是吸收效果；若吸收劑入塔濃度x2降低，其它操作條件不變，吸收結果將使吸收率出口氣體濃度。 *答案* 液封作用;空氣倒灌和塔內氣體跑出;吸收效果達不到要求;吸收率增大，出口氣體濃度降低37.（3分） 計算吸收塔的填料層高度，必須運用如下三個方面的知識關聯(lián)計算：、。 *答案* 平衡線、操作線、傳質系數。 或者 平衡關系、物料衡算、傳質速率。38.（2分） 溶解度很大的氣體，吸收時屬于控制，強化吸收的手段是。 *答案* 氣膜， 增大氣相側的傳質分系數或氣流湍動程度。39.（2分） 吸收操作中，對吸收劑的要求有 溶解度大、 選擇性好、 腐蝕性小、 揮發(fā)度小。40.（2分） 當平衡線在所涉及的氣液范圍內斜率為m的直線時，則1/KG1/kG。若為氣膜控制，則KG。 *答案* m/kL； kG41.（2分）某低濃度氣體吸收過程，已知m1，氣膜體積傳質分系數kya210-4kmol.m3.s，液膜體積傳質分系kxa0.4 kmol/(m3.s)。則該吸收過程為_膜阻力控制。氣膜阻力占總阻力的百分數為。 氣； 99.9510042.（2分） 填料吸收塔正常操作時,氣相為相； 液相為相；而當出現液泛現象時，則氣相為相，液相為相。*答案* 連續(xù)；分散；分散；連續(xù)。43.（2分）某氣體用水吸收時，在一定濃度范圍內，其氣液平衡線和操作線均為直線，其平衡線的斜率可用常數表示，而操作線的斜率可用表示。*答案* 相平衡； 液氣比44.（2分）雙膜理論認為，吸收阻力主要集中在界面兩側的_和_之中。氣膜、 液膜45（2分）對于氣膜控制的吸收過程，如要提高其過程速率，應特別注意減少_阻力氣膜46.（2分）一般吸收塔中常采用逆流操作，其目的是_ *答案* 使兩相傳質平均推動力大，從而可減小設備尺寸；提高吸收效率和吸收劑使用率。47.（2分） 傳質的基本方式有：_和_。 *答案* 分子擴散， 渦流擴散48.（2分） 填料塔的噴淋密度是指_ *答案* 單位塔截面上單位時間內下流的液體量（體積）。49.（2分）吸收設備的主要類型有_ *答案* 填料吸收塔，板式吸收塔 二、選擇題1.（2分） 吸收速率主要決定于通過雙膜的擴散速度，要提高氣液兩流體的相對運動，提高吸收效果，則要（ ） *答案* B A. 增加氣膜厚度和減少液膜厚度； B. 減少氣膜和液膜厚度 C. 增加氣膜和液膜厚度2.（2分）選擇吸收設備時，綜合考慮吸收率大，阻力小，穩(wěn)定性好結構簡單造價小，一般應選（ ）*答案* A A. 填料吸收塔 B. 板式吸收塔 C. 噴淋吸收塔3.（2分）對接近常壓的低濃度溶質的氣液平衡系統(tǒng)，當溫度和壓力不變，而液相總濃度增加時其溶解度系數H 將（ ），亨利系數E將（ ）。 *答案* C. C. ; A. 增加 B. 減少 C. 不變4.（2分） 在常壓下用水逆流吸空氣中的CO2，若將用水量增加則出口氣體中的CO2量將（ ）氣相總傳質系數K y將（ ），出塔液體中CO2濃度將（ ）。 A. 增加；B. 減少； C. 不變。*答案* B； A； B.5.（2分） 題號7113 第7章 知識點 300 難度 中等 通常所討論的吸收操作中，當吸收劑用量趨于最小用量時，完成一定的分率( )。 A. 回收率趨向最高； B. 吸收推動力趨向最大； C. 操作最為經濟； D. 填料層高度趨向無窮大。 *答案* D 6（2分）在吸收塔某處，氣相主體濃度y=0.025,液相主體濃度x=0.01，氣相傳質分系數ky=2kmol/(m2.h) 氣相總傳質系數Ky=1.5kmol/(m2.h)，則該處氣液界面上氣相濃度yi應為（ ），平衡關系y=0.5x。 A. 0.02 B. 0.01 C. 0.015 D. 0.005 *答案* B. y* =0.50.01=0.005；NA=Ky（y-y*）=ky（y-yi） 1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi） yi =0.017.（2分）正常操作下的逆流吸收塔，若因某種原因使液體量減少以致液氣比小于原定的最小液氣比時，下列哪些情況將發(fā)生?( ) A. 出塔液體濃度x增加，回收率增加；B. 出塔氣體濃度增加，但x不定； C. 出塔氣體濃度與出塔液體濃度均增加;D. 在塔下部將發(fā)生解吸現象。*答案* B8.（2分） 氣體的亨利系數E值越大，表明氣體（ ）。 *答案* B A. 越易溶解； B. 越難溶解； C. 溶解度適中9.（2分） 填料吸收塔空塔的速度應（ ）于液泛速度。 A. 大； B. 小 ； C. 等。 *答案* B10.（2分）對吸收操作有利的是（ ）。*答案* A A.溫度低，氣體分壓大時； B.溫度低，氣體分壓小時； C.溫度高，氣體分壓大時； C.溫度高，氣體分壓小時；11.（2分）在YX圖上，吸收操作線總是位于平衡線的（ ）。*答案* A A. 上方； B. 下方； C. 重合線上； 12.（2分）亨利定律是一個稀溶液定律，其亨利系數E值愈小，表明該氣體的溶解度（ ）；溫度升高，E值（ ）。*答案* A、 A A. 愈大； B. 不變； C. 愈小；三、判斷題1.（1分）噴淋吸收是吸收劑成液滴分散在氣體中，因此，液體為連續(xù)相，氣體為分散相。*答案* 2.（1分） 吸收操作線的方程式，斜率是L/G（ ）。*答案* 3.（1分）亨利定律的表達式之一為pEx，若某氣體在水中的亨利系數E值很大，說明該氣體為 易溶氣體。( ) *答案* 4.（1分）工業(yè)上一般吸收是在吸收塔中進行的。象傳熱一樣氣液間逆流操作有利于吸收完全并可獲得較大的吸收推動力。（ ） *答案* 5.（1分）填料吸收塔逆流操作，當吸收劑的比用量（即液氣比）增大時，則出塔吸收液濃度下降，吸收推動力減?。?）. *答案* 6.（1分） 對于大多數氣體的稀溶液，氣液平衡關系服從亨利定律。亨利系數(Ep/x)隨溫度的升高而增大，而溶解度系數(HC/p)隨溫度的升高而減小。*答案* 7.（1分）液泛點是填料吸收塔的最佳操作點。吸收操作在此條件下進行時，則吸收速率最大。（ ） 8.（1分）在一般情況下，混合氣體的有關計算可按理想氣體方程和道爾頓分壓定律進行。其氣體組分的體積分率等于其摩爾分率，亦等于其分壓分率。（ ）*答案*9.（1分） 填料塔中填充大量填料以提供氣液接觸面積。吸收速率取決于填料的比表面積（）。填料的比表面積越大，吸收速率越大。 （ ）*答案* 10.（1分） 吸收過程中，當操作線與平衡線相切或相交時所用的吸收劑最少，吸收推動力最大。（ 11.（1分） 在吸收塔中，溶質氣體在混合氣中的分壓，大于與吸收劑中溶質濃度成平衡的分壓時，則發(fā)生吸收。（ ）*答案* 12.（1分）吸收過程中，當操作線與平衡線相切或相交時所用的吸收劑最少，此時推動力也最小。（ 13.（1分）由于溫度對溶解度系數有影響，溫度升高，溶解度系數越小，所以升溫有利于解吸。（ ） 14.（1分）惰性氣體和吸收劑在吸收過程的前后的摩爾量是不變的（ ）*答案* 15.（1分）對于溶解度甚大的氣體吸收，為強化吸收過程，則應從減小液膜阻力入手，其效果才顯著。（ 四、問答題1.（5分） 求取最小液氣比有何意義?適宜液氣比如何選擇?增大液氣比對操作線有何影響? *答案* 溶質氣體A得以吸收的最小溶劑用量、最小液氣比時，欲達到分離要求需填料層高度（或理論塔板數）無窮大，所以在最小液氣比時，吸收操作只在理論上才能進行。當液氣比比最小液氣比還小時，有一部分操作線會在平衡線之下，吸收在理論上都行不通了，而為脫吸了。與解吸的分界線。適宜液氣比常在最小液氣比的1.1-1.5倍范圍內。增大液氣比，操作線更遠離平衡線，越加有利于吸收3.（5分）雙膜論的主要論點有哪些？并指出它的優(yōu)點和不足之處。 *答案* 論點：1）相互接觸的氣液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，相界面兩側分別各有一穩(wěn)定的氣膜和液膜，吸收質以分子擴散的方式通過此兩膜；2）在兩膜層以外的氣液兩相主體中，由于流體的充分湍動，吸收質的濃度基本上是均勻的、全部濃度變化集中在兩膜層中，即阻力集中在兩膜層內：3）在相界面處，氣液兩相達平衡，即界面上沒有阻力。實驗證明，在氣速較低時，用雙膜理論解釋吸收過程是符合實際情況的，即提高速度，可增大吸收速率已為實踐所證實。根據這一理論的基本概念所確定的吸收速率關系，至今仍是填料吸收塔設計計算的主要依據。 但當速度較高時，氣液兩相界面就處于不斷更新的狀態(tài)，并不存在穩(wěn)定的氣膜和液膜，界面更新對吸收過程是一重要影響因素，雙膜論對于這種情況并無考慮進去，這是它的局限性。4.（5分）欲提高填料吸收塔的回收率，你認為應從哪些方面著手？ *答案* 1、降低操作溫度或增大壓力，可使吸收速率提高，使回收率提高； 2、在保證不發(fā)生“液泛”在前提下，適當增大氣速； 3、適當增大吸收劑的用量（增大噴淋密度），可使回收率提高（但會導致操作費增大，溶液濃度X下降）；4、噴淋液體應均勻，并保證填料被充分潤濕； 5、可適當增加填料層高度。 五、計算題1.（10分） 一逆流操作的常壓填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的溶質A ，入塔氣體 中含A 1%（摩爾比），經吸收后溶質A 被回收了80% ，此時水的用量為最小用量的1.5倍，平衡線為 y=x ,氣相總傳質單元高度為1m,試求填料層所需高度。 *答案* y1=0.01； y2=y1(1-)=0.01(1-0.8)=0.002 m=1 LS/GB=1.5(LS/GB)min=1.5(y1-y2)/(y1/m)=1.5m =1.510.8=1.2 S=m/ LS/GB =1/1.2=0.833； NOG=1/(1-S)ln(1-S)y1/y2+S=3.06 h= NOGHOG =3.06 m。2.（10分） 有一逆流填料吸收塔, 塔徑為0.5m，用純溶劑吸收混合氣中的溶質。入塔氣體量為100kmol/h,溶質濃度為0.01（摩爾分率），回收率要求達到90% ，液氣比為1.5 ，平衡關 系y=x。試求：(1)液體出塔濃度；(2)測得氣相總體積傳質系數Kya=0.10kmol/(m3s)，問該塔填料層高度為多少?提示：NOG=1/(1-S)ln(1-S)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S *答案* y1=0.01; y2=y1(1-)=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 HOG=G/Kya=100/(0.7850.523600)/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; h=HOGNOG=1.4154.16=5.88 m。3.（12分） 用水作為吸收劑來吸收某低濃度氣體生成稀溶液（服從亨利定律），操作壓力為850mmHg ，相平衡常數m=0.25，已知其氣膜吸收分系數kG=1.25kmol/(m2.h.atm)，液膜吸收分系數 kL0.85m/h/，試分析該氣體被水吸收時,是屬于氣膜控制過程還是液膜控制過程? *答案* m=E/P E=mP=0.25850/760=0.28(大氣壓) 是稀溶液 H = s/Ms.E =1000/(0.2818)=198.4(kmol/(m3.atm) 根據 1/KG =1/kG +1/(HkL ); 即 1/G =1/1.25 + 1/(198.40.85) G kG =1.25 kmol/(m2.h.atm); 因此，是氣膜控制過程。4.（8分） 在總壓P500 kN/m2、溫度27下使含CO23.0（體積）的氣體與含CO2370/m3的水相接觸，試判斷是發(fā)生吸收還是解吸? 并計算以CO2的分壓差表示的傳質總推動力。已知：在操作條件下，亨利系數E1.73105kN/m2,水溶液的密度可取1000kg/m3，CO2的分子量44。 *答案* 氣相主體中CO2的分壓為 p=5000.03=15 kN/m2； 與溶液成平衡的CO2分壓為: p*=Ex 對于稀溶液: C=1000/18=55.6kmol/m3 CO2的摩爾數 n370/(100044)=0.00841 xn/C=0.00841/55.6=1.51310-4 p*=1.731051.51310-4=26.16 KN/m2； p*p； 于是發(fā)生脫吸作用。 以分壓差表示的傳質推動力為 p= p*-p =11.16 kN/m25.（15分） 在直徑為0.8m的填料塔中,用1200kg/h的清水吸收空氣和SO2混合氣中的SO2，混合氣量為1000m3（標準）/h，混合氣含SO21.3（體積），要求回收率99.5，操作條件為20、1atm,平衡關系為y=0.75x,總體積傳質系數Kya0.055kmol/(m3.s.atm)，求液體出口濃度和填料高度。 *答案* 已知：D=0.8m , Ls =1200kg/h, G=1000Nm3/h y1=0.013 =0.995 x2=0 ye =0.75x Kya=0.055 kmol/(m3.s.atm) Ls =1200/(360018)=0.0185 kmol/s GB=PV/RT=G/22.4=1000/(22.43600)=0.0124kmol/s 為低濃度吸收 (L/G)=0.0185/0.0124=1.49x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868; y2=y1(1-)=0.013(1-0.995)=0.000065 ZHOGNOG 而NOG =(y1-y2)/Ym y1=y1-y1*=0.013-0.750.00868=0.006490; y2= y2-y2*=0.000065-0=0.000065ym =(y1-y2)/ln(y1/y2) =(0.006490-0.000065)/ln(0.006490/0.000065) =0.001396 NOG=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266 HOGG/（y）G/(PG）0.0124/(0.7850.80.80.055）=0.449(m) Z9.2660.449=4.2m6.（15分）在常壓填料吸收塔中，用清水吸收廢氣中的氨氣。廢氣流量為2500m3/h（標準狀態(tài)），廢氣中氨的濃度為15g/m3，要求回收率不低于98。若吸收劑用量為3.6 m3/h，操作條件下的平衡關系為Y=1.2X，氣相總傳質單元高度為0.7m。試求：1. 塔底、塔頂及全塔的吸收推動力（氣相）； 2.氣相總傳質單元數；3. 總填料層高。 *答案* y1=15/17/（1000/22.4）=0.01977kmolNH3/kmol B+NH3 Y1=y1/(1-y1)=0.01977/(1-0.01977) =0.02017kmol NH3/kmol B Y2=0.02017(1-0.98)=4.03410-4 V=2500/22.4(1-0.01977)=109.4kmol B/h L=3.61000/18=200kmol B/h 全塔物料衡算 LS(X1-X2)=VB(Y1-Y2) 200(X1-0)=109.4(0.02