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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ky=2kmol/m2·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度yi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 ，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NOG 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_____ ，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kya=2×10-4kmol/m3.s, kxa =0.4 kmol/m3.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ky=2kmol/m2·h，气相传质总Ky=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度yi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<t2 B t3>t2 C t1>t2 D t3<t1
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__B___达到平衡。
A 塔顶 B 塔底 C 塔中部 D 不确定
6 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
7 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
8 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、计算
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/，操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数，，相平衡关系为（式中气相分压的单位是kPa，平衡浓度单位是）。求：（1）容积总传质系数及传质单元高度；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。
解： （1）由亨利定律

=

（1） 液相阻力占总阻力的百分数为：

2 低含量气体逆流吸收，试证：

式中为塔底的吸收推动力；为塔顶的吸收推动力。
证明：由物料衡算得：

低浓度吸收

得
3 某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数回收率可达。已知物系的平衡关系为y=2x。
今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至，试求：
（1） 可溶组分的回收率下降至多少？
（2） 液相出塔摩尔分数升高至多少？
解： （1）

=
当上升时，由于不变，不变
也不变，即

（3） 物料衡算

=

4 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）
解：（1）
惰性气体流量

该塔现有填料层高度
因为 所以该塔不适合。
（2）吸收剂用量增大10%时

因为 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?

则

(2）所需填料层高度？

故
(3) 此条件下的填料层高度。

6在一逆流操作的吸收塔内用吸收剂吸收混合气中的溶质A 。混合气的摩尔流量为105kmol/h，溶质浓度为0.05（摩尔分率，下同），回收率为95%。进入系统的吸收液量为65 kmol/h，其中溶质浓度为0.01。操作压强为202.7 kPa，操作温度下的溶液的亨利系数为16.2 kPa，要求：
（1） 在Y-X图上画出吸收过程的操作线和平衡线，并标出塔顶、塔低的状态点，再计算气相总传质单元数；

（2） 若采用吸收液部分循环流程，循环量为20 kmol/h，，进入系统的吸收剂量和组成不变，回收率不变。且知吸收过程为气膜控制，试绘出该过程的操作线并求出气相传质单元数。
解：（1）X1及NOG的计算
进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为：

进塔气体中溶质A的浓度为：

出塔气体中溶质A的浓度为：
原操作线

进塔纯溶剂的摩尔流量为：

进塔吸收剂中溶质的浓度为：

物系的相平衡常数：
脱吸因数
对全塔作溶质A的物料衡算可求得塔低吸收液中溶质浓度为：

根据(和(在本题附图1中画出原操作线。
循环操作线
附图1

气相总传质单元数可由下式计算，即：

（3） 吸收液部分循环时的情况
根据题意画出如本题附图2所示的流程图。
循环吸收液的摩尔流量用表示，其中纯溶剂的
流量为，对整个系统作溶质的物料衡算可知不
变，即
则

新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度为：

附图2
解得
因要保持回收率不变，故

吸收液部分循环时的传质单元数为：

已知吸收过程为气膜控制，液体流量对的影响可忽略不计，故在吸收液有部分循环情况下，要达到同样的回收率，需较高的填料层。
根据上述的计算值，即：(和(可在本题附图1上画出相应的循环操作线。由图可看出，操作线与平衡线之间距离变小，也即吸收推动力变小了。

7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；

（2）气相总传质单元高度HOG，
因

故
（3）？
由题意知 =0.0015 其它条件不变，则 不变
新情况下的传质单元数为：

故

8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

（2）操作液气比为最小液气比的多少倍
因为X2=0，故

则
（3）？
则

所以

所以

化工原理蒸馏部分模拟试题及答案

一、填空
1精馏过程是利用 部分冷凝 和 部分汽化 的原理而进行的。精馏设计中，回流比越 大 ，所需理论板越少，操作能耗 增加 ，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现 先降后升 的变化过程。
2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数 减小 （增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量 增大 （增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量 减小 （增大、减小），所需塔径 增大 （增大、减小）。
3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体 进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离 最远 , 分离所需的总理论板数 最少 。
4相对挥发度α=1，表示不能用 普通精馏分离 分离，但能用 萃取精馏或恒沸精馏分离 分离。
5某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为 66.7 kmol/h 。
6精馏操作的依据是 混合液中各组分的挥发度差异 ，实现精馏操作的必要条件包括 塔顶液相回流 和 塔底上升蒸气 。
7负荷性能图有 五 条线，分别是 液相上限线 、 液相上限线 、 雾沫夹带线 、 漏液线 和 液泛线 。
8写出相对挥发度的几种表达式 a====。
二、选择
1 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。
A 1.1:1 B 1:1.1 C 1:1 D 0.1:1
2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。
A 液相中易挥发组分进入汽相；
B 汽相中难挥发组分进入液相；
C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；
D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。
3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2，则___A___
A t1=t2 B t1<t2 C t1>t2 D 不确定
4某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为___B___。
A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定
5精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变化为__B____
A 变小 B 变大 C 不变 D 不确定
6在一二元连续精馏塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ，塔顶低沸点组分浓度 B ，塔底温度 C ，塔底低沸点组分浓度
A 。
A 升高 B 下降 C 不变 D 不确定
7某二元混合物，a=3，全回流条件下xn=0.3，则yn-1=___B___。
A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794
8 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4，相应的泡点为t1，气相组成为yA=0.4，相应的露点组成为t2，则 B 。
A t1=t2 B t1<t2 C t1>t2 D 不能判断
9某二元混合物，a=3，全回流条件下xn=0.3，则yn-1= D
A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794
10精馏的操作线是直线，主要基于以下原因 D　 。
A 理论板假定 B 理想物系
C 塔顶泡点回流 D 恒摩尔流假设
11某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的措施是 B 。
A 塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷
B 筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作
C 塔板脱落，理论板数减少，应停工检修
D 降液管折断，气体短路，需更换降液管
12板式塔中操作弹性最大的是 B 　 。
A筛板塔 B 浮阀塔 C 泡罩塔
13下列命题中不正确的为 A 。
A上升气速过大会引起漏液 B 上升气速过大会引起液泛 C上升气速过大会使塔板效率下降 D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带
14二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化 B 。
A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线
15下列情况 D 不是诱发降液管液泛的原因。
A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液
三、计算
1某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。气相作产品，液相作回流，参见附图。塔顶产品组成为：全凝时为，分凝时为。设该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。
解： 由精馏段一截面与塔顶（包括分凝器在内）作物料衡算。
1
2

yo
分凝器
， 若回流比为R
则 y1
对于全凝时 xD
精馏段操作线
可知：当选用的回流比一致，且时两种情况的操作线完全一致。在图上重合，分凝器相当于一块理论板。

2用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：
(1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；
(2) 第一块塔板下降的液体组成x1为多少；
(3) 写出提馏段操作线数值方程；
(4) 最小回流比。
解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；
F=D+W=100 （1）
（2）
上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h
（2）第一块塔板下降的液体组成x1为多少；
因塔顶为全凝器，

（3）写出提馏段操作线数值方程；

则
（4）最小回流比。
泡点进料，q=1,

3一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求：
（1） 塔顶、塔底产品组成；
（2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量；
（3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量
（4） 若全塔平均α=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率Eml=0.6，求离开塔顶第二块塔板的气相组成。
解：（1）塔顶、塔底产品组成；
因 ， R=5 又 ，
由物料衡算
得
（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量；
V=（R+1）D=300kmol/h
（3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量；
q=0，V´=V - F=300 -100=200kmol/h
（4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。
，

故

4在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为150kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求：
（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程；（4）回流比与最小回流比的比值；（5）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成。
解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；
由 （a）
（b）
F=D+W+150 （c）
（d）
联立（a）、（b）、（c）和（d）求解得：
W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h
xW=0.0206， xD=0.928
（2）精馏段操作线方程；

（3）提馏段操作线方程；

饱和蒸气进料，故 q=0 ，
则
（4）回流比与最小回流比的比值；
q=0，
由 得
，
（5）求由塔顶第二块板上升的气相组成。
，
而 全回流时，
， 代入上式可得：

5在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知a=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？
解：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；
由 ，得：
W=F- D=1000-400=600kmol/h
又由物料衡算
得
（2）最小回流比；
泡点进料，q=1,

(3) 精馏段操作线方程；

(4) 提馏段操作线方程；

则
（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成

由操作线方程
得

（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。
饱和蒸气进料， q=0，
由 得

因 ， 故

6 用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.95（以上均为摩尔分率）。原料液为气液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔数比）。苯-甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，试求：
（1） 原料液中汽相及液相的组成；
（2） 最小回流比；
（3） 若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二快理论板下降的液体组成。
解：（1）设原料液液相组成为，汽相组成为（均为摩尔分率）
则 （1）
（2）
联立（1）式和（2）式，可得：
（2）
因 q=2/3， （3）
（4）
联立（3）和（4） 可得：
所以
（3）精馏段操作线方程为 R=2×1.8=3.6

则
由 得

7有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组分的组成为60%（摩尔百分率，以下同），于泡点下送入精馏塔中，要求馏出液中易挥发组分组成不小于90%，残液中易挥发组分组成不大于2%，试用计算方法求以下各项：
（1） 每获得馏出液时原料液用量；
（2） 若回流比为1.5，它相当于最小回流比的若干倍；
（3） 回流比为1.5时，精馏段需若干层理论板；
（4） 假设料液加到板上后，加料板上溶液的组成不变，仍为0.6，求上升到加料板上蒸汽相的组成。
解 （1） 原料液用量
依题意知馏出液量，在全塔范围内列总物料及易挥发组分的衡算，得：

或
由上二式解得，收集的馏出液需用原料液量为：
（2） 回流比为最小回流比的倍数
以相对挥发度表示的相平衡关系为：
当时，与之平衡的气相组成为：
由于是泡点进料，在最小回流比下的操作线斜率为：

因此解得
故操作回流比为最小回流比的倍
（3） 精馏段理论板数
当回流比，相对挥发度为3时，精馏段的平衡关系为式所示，操作线为：

由于采用全凝器，故，将此值代入式解得。然后再利用式算出，又利用式算出，直至算出的等于或小于为止。兹将计算结果列于本例附表中。
板的序号
气相组成
液相组成
1
2
0.9
0.81
0.75
0.587<0.6

（4） 上升到加料板的蒸汽相组成
提馏段操作线方程为：
由于泡点进料，故。
又 及
将以上数据代入提馏段操作线方程：
由题意知，料液加到板上后，板上液相组成仍为0.6，故上升到加料板的蒸汽相组成为：

8用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度为a=2，原料液量F=10kmol/h，饱和蒸气进料，进料浓度xF=0.5（摩尔分率，下同），馏出液浓度xD=0.9，易挥发组份的回收率为90%，回流比R=2Rmin，塔顶为全凝器，塔底为间接蒸气加热，求：（1）馏出液量及釜残液组成？（2）从第一块塔板下降的液体组成x1为多少？（3）最小回流比？（4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？
解：（1）馏出液量及釜残液组成；

F=D+W W=F-D=10-5=5kmol/h

（2）从第一块塔板下降的液体组成x1；
塔顶为全凝器， 故 ，
（3）最小回流比；
饱和蒸气进料 q=0，
由 得 ，
（4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h；
V=（R+1）D=（2×2.35 + 1）×5=28.5kmol/h
（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h。
V´=V-（q-1）F=28.5-10=18.5kmol/h