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 =2?l0-4 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P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。
PBM，它反映 由于总体
30.分子扩散中菲克定律的表达式为?????JA??DABdCA ，气相中的分子扩dz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LS／VB ，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?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（ 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?1且填料为无穷高时，气液两相将在（ B ）达到平衡。
A 塔顶 B塔底 C塔中部 D塔外部
12．某吸收过程，已知ky= 4?10-1 kmol/m2.s，kx= 8?10-4 kmol/m2.s，由此可知该过程为（ A ）。
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
12.在吸收操作中，若C*-C≈Ci-C，则该过程为 A 。 A.液膜控制 B.气模控制 C.双膜控制 D.不能确定
13.在吸收操作中，已液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 A 。
A.X*-X B.X-X* C .Xi-X D. X-Xi
14.、某吸收过程中溶质与吸收剂之间有明显的化学反应，称之为（ C ）。 A：物理吸收 B：单组分吸收 C：化学吸收 D：非等温吸收 2、 15.为使脱吸操作易于进行，通常可采用（ A ）
A：升温，减压 B：升温，加压 C：降温，减压 D：降温，加压 16、在下列吸收操作中，属于气膜控制的是 （ C ）
A：用水吸收CO2 B：用水吸收H2 C：用水吸收氨气 D：用水吸收O2 17、吸收是分离（ B ）的单元操作。
A：液体混合物 B：气体混合物 C：悬浮液 D：含尘气体 18、吸收的逆过程称为（ B ）
A：蒸馏 B：解吸 C：萃取 D：过滤 19、气体在同一种溶质中的溶解度随温度的升高而（ B ）
A：增大 B：减小 C：不变 D：无关 20、吸收操作过程气、液相平衡关系符合（ C ）
A：拉乌尔定律 B：费克定律 C：亨利定律 D：傅立叶定律 21、下述说法中正确的是（ D ） A：用水吸收氨属于难溶气体的吸收，为液膜阻力控制 B：常压下用水吸收二氧化碳属难溶气体的吸收，为气膜阻力控制 C：用水吸收氧属于难溶吸收，为气膜阻力控制
D：用水吸收二氧化硫为具有中等溶解度的气体吸收，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略
22、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y1=0.06，要求出塔气体浓度y2=0.008,则最小液气比为( A ).
A：1.733 B：2.733 C：1 D：无法确定 23、在吸收传质过程中，它的方向和限度取决于吸收质在气液两相的平衡关系，若要进行吸收操作，则应控制（ A ）
A：pA> pA* B：pA= pA* C：pA< pA* D： pA≤ pA* 24、吸收速率方程中，吸收系数为KY时，其对应的传质推动力为（ A ） A：Y-Y* B：y-y* C：p-p* D：C-C* 25、常压下用水逆流吸收空气中的CO2，若增加水的用量，则出口气体中CO2的浓度将（ B ）
A：增大 B：减小 C：不变 D：不能确定 26、吸收过程相际传质的极限是（ D ）
A：相互接触的两相之间浓度相等。 B：相互接触的两相之间压强相等。 C：相互接触的两相之间温度相等。
D：相互接触的两相之间达到相平衡的状态。 27、难溶气体的传质阻力主要集中在（ B ）。
A：气膜一侧 B：液膜一侧 C：相界面上 D：液相主体中 28、在吸收操作中，吸收的推动力是（ B ）
A：温度差 B：浓度差 C：气液相平衡关系 D：压力差 29、某低浓度逆流吸收塔在正常操作一段时间后，发现气体出口含量y2增大，原因可能是 C 。
A.气体进口含量y1下降 B.吸收剂温度降低 C.入塔的吸收剂量减少 D.前述三个原因都有/
30、根据双模理论，在气液接触的相界面处 D 。 A.气相组成大于液相组成 B. 气相组成小于液相组成 C. 气相组成等于液相组成 D.气相组成与液相组成大小不定
31、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 32、单向扩散中飘流因子 A 。
A >1 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 t1 34、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??B???达到平衡。 A 塔顶 B 塔底 C 塔中部 D 不确定 35、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的HOG将???C???，NOG将??A????。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 36、吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力 A ，传质单元数 B ，传质单元高度 C ，所需填料层高度 B 。 A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 37、料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数NOG A . A增加 B 减少 C不变 D不确定 三、判断题 1、吸收操作线方程的斜率是L/V。 （ √ ） 2、脱吸因数S的表达式为L/mV。 （ × ） 3、用水吸收H2属于液膜吸收。 （ √ ） 4、吸收过程中，当吸收操作线与平衡线相切或相交时，吸收剂用量最少，吸收推动力最大。（ × ） 5、高温有利于吸收操作。 （ × ） 6、高压有利于解吸操作。 （ × ） 7、亨利定律中亨利系数E与m间的关系是E?mP。（ √ ） 8、费克定律描述的是分子扩散速率基本规律。（ √ ） 9、等分子反扣扩散适合于描述吸收过程中的传质速率关系。（ × ） 10、当填料层高度等级于传质单元高度HOG时，则该段填料层的传质单元数NOG＝1。（ √ ） 11、在液相中，若温度提高1倍，粘度不变，则扩散系数D增大1倍。（ √ ） 12、当气体处理量及初、终浓度已被确定，若减少吸收剂用量，操作线斜率不变。（ × ） 13、漂流因数反映分子扩散对传质速率的影响。（ × ） 14、对流扩散就是涡流扩散。（ × ） 15、计算填料吸收塔时，其NOG的含意是传质单元高度。( × ) 16、工业上的吸收是在吸收塔中进行的,逆流操作有利于吸收完全并可获得较大的传质推动力。（ √ ） 17、吸收操作时，在Y-X图上吸收操作线的位置总是位于平衡线的上方。（ √ ） 18、对于逆流操作的填料吸收塔，当气速一定时，增大吸收剂的用量，则出塔溶液浓度降低，吸收推动力增大。（ √ ） 19、溶解度系数H值很大，为易溶气体。（ √ ） 四、简答题 1、吸收传质中双膜理论的基本论点有哪些？ 答：双膜理论的基本论点为：①吸收时，在气、液相间有一一固定的界面，界面两侧分别存在着气膜和液膜，两膜内均呈滞流流动。吸收过程中溶质以稳定的分子扩散的方式从气相主体连续通过此两层停滞膜而进入液相主体。②在相界面上两相互成平衡状态，不存在吸收阻力。③吸收阻力集中在两层膜内，两膜以外为气相主体和液相主体，处于充分湍动，各点浓度均一，不存在浓度差。 2、吸收速率方程有哪些表达方式？（以总吸收系数表示） 答：吸收速率方程的表达式有： NA＝KY（Y-Y＊）＝Ky（y-y*）＝KX（X＊-X）＝Kχ（χ＊-χ）＝KG（p-p＊） ＝KL（C＊-C） 3、请写出亨利定律的几种表达形式，并说明它们的适用场合。 答：亨利定律的表达式为：p?A?Ex?c、y?mx H它们适用于低浓度气体吸收，稀溶液的情况。 4、提高吸收速率应采取哪些措施？ 答：（1）增大湍动程度（2）增大气液接触，从而增大传质系数（3）增大液气比，使传质推动力增大。 5、填料吸收塔由哪几部分构成？ 答：填料吸收塔由塔体、填料、液体喷淋装置、液体再分布器、气、液进出口装置构成。 6、列出你所知道的填料种类。 答：拉西环、鲍尔环、阶梯环、θ网环、弧鞍形、矩鞍形、波纹填料、θ环、鞍形网等 7、什么叫液泛现象？ 答：当气速增大，使气、液间的摩擦阻力增大至足以阻止液体下流，塔内液体迅 速积累而达到泛滥，液体被气流带出塔顶，吸收操作完全被破坏，此现象即为液泛现象。 8、请说明填料吸收塔中设置液体再分布器的作用。 答：填料吸收塔中每隔一定距离设置液再分布器是为了避免在填料层中液体发生偏流现象而使液体分布不均匀，从而影响吸收效果的一种措施。 9、求取最小液气比有何意义?适宜液气比如何选择?增大液气比对操作线有何影响? 答：溶质气体A得以吸收的最小溶剂用量、最小液气比时，欲达到分离要求需填料层高度（或理论塔板数）无穷大，所以在最小液气比时，吸收操作只在理论上才能进行。当液气比比最小液气比还小时，有一部分操作线会在平衡线之下，吸收在理论上都行不通了，而为脱吸了。与解吸的分界线。 适宜液气比常在最小液气比的1.1-1.5倍范围内。 增大液气比，操作线更远离平衡线，越加有利于吸收。 10、物理吸收与化学吸收的主要区别在哪里? 答：物理吸收，主要是物理溶解过程，是可逆过程，热效应较小，吸收效率也低。化学吸收，是化学反应过程，混合气中某组分与溶剂或溶液中其他物质发生反应，一般为不可逆过程，热效应也大，吸收效率高。 11、吸收与解吸在什么情况下发生?从平衡线与操作线的位置加以说明。 答：当混合气中溶质A的分压大于与溶液中溶质A浓度成平衡的气体分压时（ｐ>ｐ），发生吸收过程，反之，当ｐ<ｐ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，ｍ值较小，1/K＝1/k＋m/k，1/K≈1/k，此时为气膜控制吸收。 因为K≈k， 所以关键是提高气相传质分系数ｋ。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/K＝1/k＋1/k，1/K≈1/k，此时为液膜控制吸收。因为K≈k，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。 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/(h?m2)，操作压力 P=101.3kPa。已知容积传质系数kya?64.6kmol/(h?m3)， kLa?16.6kmol/(h?m3)，相平衡关系为pA?4.62cA（式中气相分压pA的单位是kPa，平衡浓度单位是kmol/m3）。求：容积总传质系数Kya及传质单元高度HOG；解：由亨利定律 P?Ex?Hc?HcM?x y?mx ?m?HcM/P?4.62cM?0.0456cM 101.3kxa?kLacM?16.6cMkmol/h?m3 ?0.0456cMm??2.75?10?3h?m3/kmol kxa16.6cM11m1?2.75?10?3?0.0182h?m3/kmol ??= Kyakyakxa64.6?Kya?54.9kmol/h?m3 HOG?V16??0.291(m) Kya54.9 （1） 液相阻力占总阻力的百分数为： m/kxa2.75?10?3 ??0.151?15.1% 1/Kya0.01822、 低含量气体逆流吸收，试证： NOG??y1ln1 mV?y21?L 式中?y1?y1?y1e为塔底的吸收推动力；?y2?y2?y2e为塔顶的吸收推动力。 证明：由物料衡算得： x?x2?V(y?y2) L 低浓度吸收 ye?mx ye?mx2?mV(y?y2) Ly1dy?y?ye?y2NOG?? ??y1y1y21dymVy?mx2?(y?y2)L dyy2mVmV(1?)y?(y2?mx2)LLmVmV(1?)y1?y2?mx21LL?lnmVy2?mx21?L L(x1?x2)?V(y1?y2) ?mVmVy1?y2?mx2?mx1 LL得 NOG?y?mx1?y11ln1?ln1 mVmVy2?mx2?y21?1?LL3、 某填料吸收塔用含溶质x2?0.0002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y1?0.01回收率可达??0.90。已知物系的 平衡关系为y=2x。 ??0.00035，试求： 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至x2（1） 可溶组分的回收率??下降至多少？ ?升高至多少？ （2） 液相出塔摩尔分数x1解： （1）y2?y1(1??)?0.01?(1?0.9)?0.001 1m2???0.667 AL/V3 NOG?11?1Aln[1(?1y1?mx11)?] Ay2?mx2A = 10.01?0.0002?2ln[(1?0.667)?0.667]?5.38 1?0.6670.001?0.0002?2 当x2上升时，由于H不变，HOG不变 ?NOG?H/HOG也不变，即 5.38?10.01?0.00035?2ln[(1?0.667)?0.667] ??0.00035?21?0.667y2??0.0013 y2????0.01?0.0013y1?y2??0.87 y10.01（3） 物料衡算 ?)?L(x1??x2?) V(y1?y2V?)?x2? (y1?y2L1 =?(0.01?0.0013)?0.00035?0.00325 3?? ?x14、 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） 0.050.0004?0.0526 3?0.0004 Y2? 1?0.051?0.0004200273??(1?0.05)?7.69kmo/lh 惰性气体流量 V?22.4301解：（1） Y1?X1??Y10.05263??0.0376 X1?0.80X1??0.030 1m1.4 L?V(Y1?Y2)7.69?(0.05263?0.0004)??13.34kmo/hl X1?X20.0301?0 ?Y1??Y1?mX1?0.0526 6?31.4?0.030?10.0104 ?Y2??Y2?0.0004 ?? ?Ym?Y1???Y2??0.00308 ?Y1?ln?Y2? Z??V(Y1?Y2)7.69?(0.05263?0.0004)??6.74m ?38.5?0.785?0.82?0.00308KYa??Ym3?6m 20.785?0.8该塔现有填料层高度 Z?因为 Z??Z 所以该塔不适合。 （2）吸收剂用量增大10%时 L???1.1?13.34?14.67kmo/lh L???V(Y1?Y2)7.69?(0.05263?0.0004)??14.67kmo/hl ????X1?X2X1?0???0.0274 X1???0.0526?31.4?0.027?40.0142 ?Y1???Y1?mX1 4 ?Y2???Y2?0.0004 ??? ?Ym0.01424?0.0004?0.00387 0.01424ln0.0004 Z???V(Y1?Y2)7.69?(0.05263?0.0004)??5.36m 2??KYa??Ym38.5?0.785?0.8?0.00387 因为 Z???Z 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? 0.040.0053?0.0417?0.0053 3 Y2?1?0.041?0.00530.00128?0.01297 X1?1?0.00128 Y1? L/V?Y1?Y20.0417?0.00533??2.804 X1?X20.01297?0Y1?Y2Y1?Y20.0417?0.00533???2.18 Y1/m0.0417/2.5X1??X2 (L/V)min? 则 (L/V) (2）所需填料层高度？ (L/V)min?2.804?1.286 2.18Z?HOG?NOG S?mV/L?2.5/2.804?0.892 NOG?Y?mX21ln[(1?S)1?S]1?SY2?mX2 ?10.0417?0ln[(1?0.892)?0.892] 1?0.8920.00533?0?5.11故 Z?HOG?NOG?1.5?5.11?7.67m (3) 此条件下的填料层高度。 Y2??0.0033?0.0033 11?0.0033 ??NOGY?mX21ln[(1?S)1?S]?1?SY2?mX2 ?10.0417?0ln[(1?0.892)?0.892] 1?0.8920.00331?0?7.52?G?1.5?7.52?11.28m Z??HOG?NO6、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； L/V?Y1?Y20.03?0.002??1.87 X1?X20.015?0（2）气相总传质单元高度HOG， 因 Z?HOG?NOG S?mV/L?1.4/1.87?0.749 NOG?Y?mX21ln[(1?S)1?S]1?SY2?mX2 ?10.03?0ln[(1?0.749)?0.749] 1?0.7490.002?0?6.004故 HOG?Z/NOG?9/6?1.5 （3）Z??Z?？ 由题意知 Y2?=0.0015 其它条件不变，则 HOG?1.5 不变 新情况下的传质单元数为： ??NOGY?mX21ln[(1?S)1?S]1?SY2??mX2 ?10.03?0ln[(1?0.749)?0.749] 1?0.7490.0015?0?6.98 故 Z??HOG?NOG?1.5?6.98?10.47m/ Z??Z?10.47?9?1.47m7、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 Y1??1.5X1?1.5?0.008?0.012 Y2??0 (Y1?Y1?)?(Y2?Y2?)(0.02?0.012)?0.004?Ym???0.00577 0.02?0.012Y1?Y1?lnln?0.004Y2?Y2 NOG?Y1?Y20.02?0.004??2.77 ?Ym0.00577 HOG?Z/NOG?4/2.77?1.44m （2）操作液气比为最小液气比的多少倍 因为X2=0，故 L/V?Y1?Y20.02?0.004??2 X1?X20.008Y1?Y2Y1?Y20.02?0.004???1.2 ?Y/m0.021.5X1?X21 (L/V)min?则 (L/V)（3）Z??Z?？ (L/V)min?2?1.67 1.2??0 则 Y2??0.002 Y1?0.02 X2Y1?Y2?0.02?0.004??2 L/V???X2??X1X1??0.009 X1??0.0135所以 Y1??1.5X1??1.5?0.009 ?(Y1?Y1?)?(Y2??Y2?)(0.02?0.0135)?0.002????0.0038 ?Ym 20.02?0.0135??Y?Ylnln11?0.002Y2??Y2?? NOGY1?Y2?0.02?0.002??4.71 ?Ym0.00382?G?1.44?4.71?6.78m Z??HOG?NO 所以 Z??Z?6.78?4?2.78m 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=1.73×105 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* 3cA8.40?9?104??1.514??1 xA? 0C55.56*5于是 pA?ExA?1.7?31?0 191.?51?44?10kPa26.而气相主体中CO2的分压 pA?P?3.0%?50? a503.0?%kP1*可见，pA?pA，故将发生解吸现象。 以分压表示的总传质推动力 * ?p?pA?pA?26.1?8?15 81kPa1.19、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。 ya?yb(1??)?0.?01?(18?0%) 0y?yayb?ya0.01?0.002L()min?b???0.8 *y0.01Gxb?xab?0?xa1mLL?1.5(m)?1?.5?0.8 1.2inGG(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 xb?yb?ya0.01?0.002?xa??0?0.00667 L/G1.2由 ?yb?yb?mx0.01?1?0.0066?7b? ?ya?ya?mx 00.002?1?0?0.a? ?ym? 00.?yb??ya0.003?330.002??0.002 61?yb0.00333lnln0.002?yaNOG?yb?ya0.01?0.002??3.065 ?ym0.00261 塔高 h?H1.2?3.06?5OG?NOG? （2）吸收因数法 S?mG1??0.83 3L1.2 3.m NOG?y?mxa1ln[(?1Sb)?S ]1?Sya?mxa1ln[(?11?0.8330.0?100.833)? 0.833]0.?0020 ?6 ?3.0 此时塔高 h?H 71.2?3.06?3.mOG?NOG?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 ya?yb(1??)?0.?08?(19?8%) 0yb?yayb?ya0.0?L80.0016 5)????2.4min*0.08Gxb?xayb?x?0a2.5mLL?1.2(m)?1?.2?2.45 2.94 inGGy?ya0.08?0.0016?xa??0?0.0267 水溶液出塔浓度 xb?bL/G2.94 ( （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。 1 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 ?yb?yb?mxb?0.08?2.5?0.0267?0.0133 ?ya?ya?mxa?0.0016?2.5?0?0.0016 ?ym??yb??ya0.0133?0.0016??0.00552 ?yb0.0133lnln0.0016?yaNOG?yb?ya0.08?0.0016??14.20 ?ym0.00552塔高 h?H0.8?14.2?0OG?NOG? 1.1m 2 吸收因数法 ○ S?mG2.5??0.85 L2.94 NOG?y?mxa1ln[(?1Sb)?S ]1?Sya?mxa1ln[(?11?0.850.0?800.85)? 0.85]0.0?0160 ? ?14.1 5此时 h?H0.8?14.1?5OG?NOG? 1.1m 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/(m2·h),液体流率为24 kmol/(m2·h)，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/(m3·s·△y),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） ya?yb(1??)?0.05?(1?90%)?0.005 出塔液相组成 xb?yb?ya0.0?50.005?xa??0?0.0 6L/G24/32yb?yaLL（2） ?1.5(m)?1.5inyGGb?xam240.0?50.005即 ?1.5?0.0532?0m所以 m?0.55 6有 S?mG0.55?6?L2432?0.74 NOG?y1ln[(?1Sb)?S ]1?Sya1ln[(?11?0.740.050.74)?0.0050?.74 ]4.64 ? 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。 HG?G32/3600??0.14 8kya0.06 HOG?HG?SHL?0.148?0.7?40.?44 m0则 h?H0.47?4.6?4OG?NOG? 2.m12、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 G?30?4?38.22kmol/(m2?h) m2??1 L/G2?12 S?根据例题9-4的结论，有 NOG?yb8%?1??1?7 ya1%则传质单元高度为 HOG? 气相总体积传质系数 Kya?h4??0.57m1 NOG7G38.22??66.kmol9HOG0.571m/3(?h )'（2）2m塔高所对应的传质单元数NOG为 ' NOG?22??3.50 HOG0.571设2m处气液相浓度分别为y、x，则 ' NOG?yb?mx?1 y?mx即 3.5?又由物料衡算可知 0.0?8x2? 1 （1） y?2x ya?y?L(xa?x) G 1%?y?2(?0x ) y?2x?0.0 1 （2） 联合求解方程（1）、（2）得 y?0.04 55 x?0.017 (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 ??1?ya ?100%yb13、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/(m2·h),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/(m3·h)。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，xa?0,yb?1.3% Ya?Yb(1??)?0.013?(1?99%)?0.00013 Y?Ya0.013?0.00013?L???1.188 最小液气比：???b*GX?X0.013/1.2?0??minba实际液气比： 解吸因素：S?L?L??1.5?51.?188 1.782???1.G?G?minmG1.2??0.6734 L1.782 ??Yb?mXa1NOG?ln?(1?S)?S?1?S?Ya?mXa? 11.3%???ln?(1?0.6734)??0.6734??10.721?0.6734?0.00013?HOG?G180?(1?0.013)??0.494m Kya?360h0?HOGNOG?0.494?10.74?5.31m 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/1000g水。 求：（1）该填料塔的气相总传质单元高度，m。 （2）先水温上升，其他操作条件不变，试分析气、液相出塔浓度如何变化？ （1）y=0.0177时，使其平衡的液相浓度为 18.89/17?0.019 618.89/?171000/18y1.77%?0.903 由y=mx得：m?*?m0.0196mG0.903S???0.921 L0.98 x*?Yb?yb0.05??0.0526 1?yb1?0.05Ya?Yb(1??)?0.0526?(1?99%)?0.00526 ??Y?mXa1ln?(?1Sb)?S?1?S?Ya?mXa? 10.0526???ln?(?10.9?21)?0?.921?1?0.921?0.00526?NOG?6.79所以 HOG?h4??0.58 9NOG6.79（2）水温上升时，m增大，即平衡线斜率增大，由于气液流量不变，所以L/G 不变，即操作线斜率不变，那么相平衡线与操作线的间距减小，传质推动力减小，而由于其他条件不变，所以HOG不变，则NOG也不变，而A减小，所以使得全塔的传质效果变差，因此出塔气体浓度ya增大。有根据物料衡算，Xb=Xa+G(Yb-Ya)/L，所以xb减小。 因此，水温上升时，ya增大，xb减小。 15、现有一逆流操作的填料吸收塔，塔径为1.2m，用清水脱除原料气中的甲醇，已知原料气处理量为2000m3/h，（标准状态下），原料气中含甲醇的摩尔分数为0.08，现在塔A、B两点分别采出气液两相的进样分析得： A点：xA=0.0216 yA=0.05 B点：xB=0.0104 yB=0.02484 取样点AB间填料层高度△z=1.14m，并已知△z填料层高度相当一块理论板，若果全塔性能近似相同。 试求：（1）塔操作气液比及水的用量； （2）塔内气液间总的体积传质系数Kya； （3）如现在操作条件下，使甲醇脱除率达98% 【解】（1）YA?yA0.05??0.0526 1?yA1?0.05YB?yB0.02484??0.0255 1?yB1?0.02484XA0.0216??0.0221 1?XA1?0.0216XB0.0104??0.0105 1?XB1?0.0104XA?XB?在A、B两截面间做物料衡算得 Y?YL0.0526?0.0255?AB??2.336 GXA?XB0.0221?0.0105L?2.336G?2.336?2000?(1?0.08)?191.9kmol/h?3454.2kg/h 22.4（2）设△NOG为AB间传质单元数，有 ?z?HOG??NOG,故HOG=?z ?NOG 利用平均推动力法求△NOG，低浓度气体吸收过程，所以可认为满足Y=mX，已知△z填料层高度相当于一块理论塔板，所以 YB?mXA,m?YB0.0255??1.154 XA0.0221?YA?YA?mXA?0.0526?1.154?0.0221?0.0271 ?YB?YB?mXB?0.0255?1.154?0.0105?0.0103 ?Ym?YA?YB0.0271?0.0134??0.0194 ?YA0.0271lnln0.0134?YB所以 ?NOG?YA?YB0.052?60.0255??1.39 7?Ym0.0194?z1.14??0.81m6 ?NOG1.397GHOG? HOG? Kya? GV/22.42000/22.4?(1?0.08)???72.67kmol/(m2?h) 22??D/41.2?/4所以 kya?GHOG??72.67?89.0kmol60.816m/3(?h )（3）Yb?yb0.08??0.087 要使回收率达98%，有 1?yb1?0.08Ya?Yb(1??))?0.087?(1?98%)?0.0017 Xb?Yb?Ya0.087?0.0017?Xa??0.0365 L/G2.336?Yb?Yb?mXb?0.087?1.15?0.0365?0.045 ?Ya?Ya?mXa?0.0017 ?Ym?Yb?Ya0.045?0.0017?0.0132 ?Yb0.ln?Ya0.045ln0.00170.087?0.0017?6.462 0.0132NOG?所需填料高度h=HOGNOG=0.816×6.462=5.273m 16、在逆流调料吸收塔中，用清水吸收含氨5%（体积分数）的空气-氨混合气中的氨，已知混合气量为2826m3/h（标准状态），气体空塔速度为1m/s（标准状态—），平衡关系y=1.2x，气相总体积传质系数Kya为180.0kmol/(m3·h),吸收剂用量为最小用量的1.5倍，要求吸收率为98%。 试求：（1）溶液出口的浓度； （2）若吸收剂改为含氨0.0015的水溶液，问能否达到吸收率98%的要求？为什么（可改变填料层的高度）？ 【解】（1） 气体处理量 GV(1?yb)V(1?yb)2826?(1?0.05)????152.7kmol/(m2?h) ?22.4?22.4V/u22.4?28261?3600由题知，xa?0,yb?5%,Yb?yb0.05??0.0526 1?yb1?0.05可求出Ya?Yb(1??)?0.0526?(1?98%)?0.00105 Y?Ya0.0526?0.00105?L???1.176 最小液气比为???b*GX?X0.0526/1.2?0??minbaL?L??1.5???1.5?1.176?1.764G?G?minY?YL0.0526?0.001?ba??1.764GXb?XaXb?0解得：Xb=0.0292 ,xb=0.0284 (2)解吸因数S?mG1.52??0.68 L1.764 ??Yb?mXa1NOG?ln?(1?S)?S?1?S?Ya?mXa? 10.0526???ln?(1?0.68)??0.68??8.81?0.68?0.00105?HOG?G152.7??0.848 Kya?180.0所以填料层高度为h0?HOGNOG?0.848?8.8?7.462m （3）根据题意，Xa=0.0015，又填料层高度可以改变，若填料层高度为无限高，则最终在塔内某一位置，气液两相达到平衡，此时去的最大回收率。已知操作线和平衡线均为直线，且S〈1 ，操作线斜率大于平衡线斜率，因此首先在塔顶达到平衡。则有， Ya*?mXa?1.2?0.0015?0.0018 ?maxYb?Ya*0.0526?0.0018??100%??100%?96.6%?98% Yb0.0526所以不能达到吸收率98%的要求。 17、某一逆流操作的填料塔，用水吸收空气中的氨气，已知塔底气体进塔浓度为0.026（摩尔比，下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料高度为1.2m，吸收过程中亨利系数为0.5atm，操作压力为0.95atm，平衡关系和操作关系（以比摩尔浓度表示）均为直线关系。水用量为0.1m3/h，混合气中空气含量为100 m3/h（标准状态）。 试求：（1）气相总体积传质系数； 操作液气比为最小液气比的多少倍； 由于法定排放浓度必须小于0.001，所以拟将填料层加高；若液气比不变，问填料层应加高多少。 【解】（1）m?E0.5??0.526 P0.95 G?100?4.464kmol/h22.4 0.1?1000L?5.556kmol/h18L5.556??1.245 G4.464mG0.526??0.4225 S?L1.245操作液气比 ??Y?mXa1ln?(1?S)b?S?1?S?Ya?mXa? 10.026???ln?(1?0.4225)??0.4225??3.1581?0.4225?0.0026?NOG?h?HOGNOG?1.2mHOG 1.2??0.3799m3.1587Kya?GHOG??4.4640.3799??0.22?36004??0.1039kmol/(m3?s) （2）最小液气比为 Y?Ya0.02?60.0026?L???0.473 ???b 4*GX?X0.026/0.?5260??minba L/G1.245??2.6 3(L/Gm)in0.4734（3）Ya=0.001,液气比不变，所以S不变 ??Y?mXa1ln?(?1Sb)?S?1?S?Ya?mXa? 10.026??ln?(?10.42?25)?1?0.42250.001?NOG??0?.4225?? 4.739HOG?0.3799m h?HOGNOG?0.3799?4.739?1.8m ?1?.2填料层增高 ?h?1.8m0 .6 18、在差压逆流操作的吸收塔内用纯溶剂吸收混合气体中的溶质，入塔气体中溶 质的组成为0.03（摩尔分率，下同），要求溶质的回收率达到95%，已知操作条件下，mG/L=0.89全塔范围内可取为常数），与入塔气体成平衡的液相组成为0.031. 试求（1）操作液气比与最小液气比之比； （2）出塔洗手液的的浓度； （3）完成上述任务所需的气相总传质单元数NOG。 【解】（1）Yb?yb0.03??0.031 1?yb1?0.03xb*0.031X???0.032 1?xb*1?0.031*bYa?Yb(1??)?0.031?(1?95%)?0.00155 Y?Ya0.031?0.00155?L???0.922 最小液气比为：???b*GX?X0.032?0??minba m?所以 Yb0.031??0.96 9*Xb0.032Lm0.969???1.21 1G0.80.8L?L????1.211/0.922?1.313 G?G?min（2） Y?YL0.03?10.00155?ba??1.21 1GXb?XaXb求出吸收塔液的浓度 Xb?0.0243xb2?,/L?0. 8（3） S?mG 20.0所以传质单元数 ?Y?mXa1?ln?(1?S)b?S?S?Ya?mXa? 10.031???ln?(1?0.8)??0.8??7.8431?0.8?0.00155?NOG?1? 19、用含苯0.02%的没有在内径为1.5m的填料塔中逆流吸收某混合气体中的苯 蒸汽，入塔气体中含苯3%，（摩尔分数），混合气体流率为0.022kmol/s，要求苯回收率不低于99%，已知操作条件下相平衡关系为y*=0.4x，吸收剂用量为最小用量的1.5倍，总传质系数为Kya=0.015kmol/(m3.s) 试求（1）煤油的用量 （2）所需填料层高度 【解】（1） 由题可知，xa=0.02% ,yb=3% ， Yb?yb0.03??0.0311?yb1?0.03 Ya?Yb(1??)?0.031?(1?99%)?0.0003最小液气比为 Yb?Ya0.031?0.0003?L????0.397 ??*?G?minXb?Xa0.031/0.4?0.0002LBmin?G??0.397?0.022??0.0049kmol/(m2?S) 40.022?(1?0.03)?1.52??0.0121 4mG0.0121?0.4??0.659 （2）S?L0.00735??Y?mXa1ln?(1?S)b?S?1?S?Ya?mXa? 10.031?0.4?0.0002???ln?(1?0.659)??0.659??11.361?0.659?0.0003?0.4?0.0002?NOG??1.52HOG?G0.0121??0.81m Kya?0.015所以填料层高度为 h0?HOGNOG?0.81?11.36?9.2m