第二章吸收练习题及答案.doc

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___________________________。
NA = ky (y-yi) NA = Ky (y-ye)
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－ye）_________。
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HOG将_________，NOG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、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。
二、选择题
1、对于脱吸操作，其溶质在液体中的实际浓度_____与气相平衡的浓度。B
A. 小于； B. 大于； C. 等于；
2、当吸收质在液相中的溶解度甚大时，吸收过程主要受_________控制，此时，总吸收系数Ky近似等于_________。A、 D
A. 气膜； B. kx；C. 气液膜同时；D. ky；E. 液膜；F. Kx

3、双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_________。A
A. 两膜层中； B. 界面上；
C. 液膜之中； D. 气膜之中；
4、升温会使气体在液体中的溶解度_________，对吸收操作_________。C、 D
A. 有利； B. 变大； C. 变小；
D. 不利； E. 不变； F. 无影响；
5、_________，对吸收操作有利。A
A.温度低，气体分压大时； B.温度低，气体分压小时；
C.温度高，气体分压大时； C.温度高，气体分压小时；
6、对处理易溶气体的吸收，为较显著地提高吸收速率，应增大_________的流速。A
A. 气相； B. 液相； C. 气液两相；
7、若享利系数E值很大，依据双膜理论，则可判断过程的吸收速率为_________控制。B
A. 气膜； B. 液膜； C. 双膜
8、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 = 2 kmol.m-2.h-1，气相总传质系数Ky = 1.5kmol.m-2.h-1，则该处气液界面上气相浓度yi 应为_______，平衡关系y = 0.5x。B
A. 0.02 B. 0.01 C. 0.015 D. 0.005
ye = 0.5×0.01 = 0.005
NA = Ky（y-ye）= ky（y-yi）
1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi）
∴yi = 0.01
9、通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，完成一定的分率_______。D
A. 回收率趋向最高； B. 吸收推动力趋向最大；
C. 操作最为经济； D. 填料层高度趋向无穷大。
10、对于逆流操作的吸收塔，其它条件不变，当吸收剂用量趋于最小用量时，则_____。D
A. 吸收推动力最大； B. 吸收率最高；
C. 出塔气浓度最低； D. 吸收液浓度趋于最高。
11、在常压下用水逆流吸空气中的CO2，若将用水量增加则出口气体中的CO2量将_____气相总传质系数Ky 将_____，出塔液体中CO2浓度将_____。B. A. B.
A. 增加、 B. 减少、 C. 不变
12、为使脱吸操作易于进行，通常可采用_____或_____。A、 C
A. 升温； B. 加压； C. 减压； D. 降温；
三、计算题
1、某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。已知塔底气体进气浓度为 0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2m，塔内径为0.2m，吸收过程中亨利系数为0.5 atm，操作压力0.95 atm，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表示）均为直线关系。水用量为0.1m3.h-1，混合气中空气量为100m3.h-1（标准状态下）。试求此条件下，吸收塔的气相总体积传质系数。
解：方法1：
Y1 = 0.026, Y2 = 0.0026，m = E/P = 0.5/0.95 = 0.526
Ls /GB = 0.1×1000/18/(100/22.4) = 1.244
GB /A = (100/22.4)/(π/4×0.22) = 142.1 kmol.m-2.h-1
X1 = ( Y1 - Y2)/(Ls / GB) = (0.026-0.0026)/1.244
= 0.0188
ΔY1 = Y1 –Y1e = 0.026-0.526×0.0188 = 0.0161
ΔY2 = Y2 – Y2e = 0.0026
ΔYm = (ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2) = 0.00741
NOG = (Y1-Y2)/ΔYm = 3.16
∴ ＫYａ＝ （（GB/A）/Z）×NOG = 142.1/1.2×3.16
= 37.42 kmol.m-3.h-1
方法2：
A = （Ls /GB）/m = 1.244/0.526 = 2.365
NOG = A/(A-1)×ln[(1-1/A)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+1/A]
= 2.365/1.365×ln[(1-1/2.365)(0.026/0.0026) +1/2.365] = 3.16
∴ ＫYａ＝ 37.42 kmol.m-3.h-1
2、在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分A 。入塔气体中A 的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。 已知操作条件下的解吸因数为0.8 ，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03（摩尔分率）。 试计算：
(1) 操作液气比为最小液气比的倍数； (2) 出塔液体的浓度；
(3) 完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NOG。
解：
① y1 = 0.03 , x1e = 0.03 ，所以m = 1
(L/G)min = (y1-y2)/(y1/m) = mη = 0.95
S = m/(L/G)， L/G = m/S = 1/0.8 = 1.25
∴ (L/G)/(L/G)min = 1.25/0.95 = 1.316
② x1 = (y1-y2)/(L/G) = (0.03-0.03(1-0.95))/1.25 = 0.0228
③ NOG = 1/(1-S)ln[(1-S)Y1/Y2+S] = 7.843。
3、常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物中吸收苯，吸收率为99％。混合气量为53kmol.h-1。入塔气中含苯2％（体积），入塔煤油中含苯0.02％（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍。在操作温度50℃下，相平衡关系为y = 0.36x，总传质系数Kya ＝ 0.015kmol.m-3.s-1。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。

解：
y1 = 0.02，y2 = 0.02×1%=0.0002
x1e = y1e/m = 0.02/0.36 = 0.0556，x2 = 0.0002
(L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2)
= (0.02-0.0002)/(0.0556-0.0002) = 0.3574
L/G = 1.5(L/G)min = 1.5×0.3574 = 0.536
x1 = x2 + (y1- y2)/(L/G)
=0.0002+(0.02-0.0002)/0.536 = 0.0371
Δy1 = y1 –mx1 = 0.02-0.36×0.0371 = 0.00664
Δy2 = y2 –mx2 = 0.0002-0.36×0.0002 = 0.000128
Δym = (0.00664-0.000128)/ln(0.00664/0.000128)
= 0.00165
NOG = (y1-y2)/Δym = (0.02-0.0002)/0.00165 = 12
HOG = G/(Ｋyａ) = 53/3600/(π/4×1.12 )/0.015 = 1.033 m
Z = HOG×NOG = 1.033×12 = 12.4 m
4、有一逆流填料吸收塔, 塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔气体量为100kmol.h-1，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90%，液气比为1.5 ，平衡关系y = x。试求：
(1) 液体出塔浓度；(2) 测得气相总体积传质系数Kya = 0.10 kmol.m-3.s-1，问该塔填料层高度为 多少？提示：NOG = 1/(1-S)ln[(1-S)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S]
解：
① y1 = 0.01
y2 = y1(1-η) = 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
② HOG = G/Kya = （100/(0.785×0.52×3600)）/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
Z = HOG×NOG = 1.415×4.16 = 5.88 m。
5、用清水吸收氨－空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度y1 ＝ 0.01（摩尔分率），吸收率90％，气－液平衡关系y = 0.9x。试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小液气比；（3）取吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为几米？
解：
已知
y1 ＝ 0.01，η=90%，y2 = y1(1-η) = 0.01(1-0.9) = 0.001
x2 = 0，x1 = y1/0.9 = 0.01/0.9 = 0.0111
(L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2)
= (0.01-0.001)/（0.01/0.9）= 0.811
L/G = 2 (L/G)min = 2×0.811 = 1.62
x1 = (y1-y2)/(L/G)+x2 = (0.01-0.001)/1.62 = 0.00556
y1e = 0.9×0.00556=0.005
Δym =（(0.01-0.005)-(0.001-0)）/ln(0.01-0.005)/0.001
= 0.0025
NOG = (y1-y2)/Δym = (0.01-0.001)/0.0025 = 3.6
Z ＝ 0.5×3.6 = 1.8m
6、在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨－空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y1 = 0.01(摩尔分率) ，吸收率90%，操作压力为760 mmHg，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为684 mmHg试求：
（1）溶液最大出口浓度；（2）最小单位吸收剂用量；（3）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为多少米?
解：
系统服从拉乌尔定律
(1) y = (P°/P)x = 685/760X = 0.9X
x1e = y1/m = 0.01/0.9 = 0.011
(2) (L /G )min = (y1-y2)/x1e = (y1-y2)/(y1/m)
= mη = 0.9×0.9=0.81
(3) (L /G ) = 2(Ls /G )min = 2×0.81 = 1.62
S = mG/L =0.9/1.62=0.556
y1/ y2 = 1/(1-η) = 10
NOG = 1/(1-S)×ln[(1-S) y1/ y2+S]
= 1/(1-0.556)×ln[(1-0.556)×10+0.556] = 3.62
(4) Z = HOG×NOG = 0.5 ×3.62 = 1.81 m