天津大学版-化工原理-吸收复习题

化工原理复习题 天大版 1 吸收试题 一 一 填空题 填空题 1 溶解平衡时液相中 溶质的浓度 称为气体在液体中的平衡溶解度 它是吸收过 程的 极限 并随温度的升高而 减小 随压力的升高而 增大 2 压力 增大 温度 降低 将有利于解吸的进行 3 由双膜理论可知 双膜 为吸收过程主要的传质阻力 吸收中 吸收质以 分 子扩散 的方式通过气膜 并在界面处 溶解 再以 分子扩散 的方式通过液 膜 4 填料塔中 填料层的压降与 液体喷淋量 及 空塔气速 有关 在填 料塔的 P Z 与 u 的关系曲线中 可分为 恒持液量区 载液区 及 液泛 区 三个区域 5 吸收操作的依据是 混合物中各组分在同一溶剂中有不同的溶解度 以达到 分离气体混合物的目的 6 亨利定律的表达式 若某气体在水中的亨利系数值很大 说明该气体Exp E 为 难溶 气体 7 对极稀溶液 吸收平衡线在坐标图上是一条通过 原 点的 直 线 8 对接近常压的低溶质浓度的气液平衡系统 当总压增大时 亨利系数 不变E 相平衡常数 减小 溶解度系数 不变 mH 9 由于吸收过程中 气相中的溶质组分分压总是 大于 溶质的平衡分压 因此 吸收操作线总是在平衡线的 上方 10 吸收过程中 是以 X X 为推动力的总吸收系数 它的单位是 X K kmol m2 s 11 若总吸收系数和分吸收系数间的关系可表示为 其中表示 GLL k H kK 11 L k 1 液膜阻力 当 H kG 项可忽略时 表示该吸收过程为液膜控制 12 在 1atm 20 下某低浓度气体混合物被清水吸收 若气膜吸收系数 kmol m2 h atm 液膜吸收系数 kmol m2 h atm 溶质的溶解度系数1 0 G k25 0 L k kmol m3 atm 则该溶质为易溶 气体 气相吸收总系数150 H 0 0997 kmol m2 h Y Y K 13 吸收操作中增加吸收剂用量 操作线的斜率 增大 吸收推动力 增大 14 当吸收剂用量为最小用量时 完成一定的吸收任务所需填料层高度将为 无限高 15 用吸收操作分离气体混合物应解决下列三方面问题 溶剂的选择 溶剂的再 生 与 吸收设备 16 在填料塔操作时 影响液泛气速的因素有 填料的特性 流体的物性 和 液气比 化工原理复习题 天大版 2 17 在填料塔设计中 空塔气速一般取 液泛 气速的 50 80 若填料层较 高 为了有效地润湿填料 塔内应设置 液体的再分布 装置 18 填料塔操作中 气液两相在塔内互成 逆 流接触 两相的传质通常在 填料表 面 的液体和气体间的界面上进行 19 吸收操作线是通过 物料衡算 得来的 在 Y X 图上吸收操作线通过 D X2 Y2 E X1 Y1 两点 20 在吸收操作中 气相 总量和 液相 总量将随吸收过程的进行而改 变 但 惰性气体 和 溶剂 的量则始终保持不变 二 选择题二 选择题 1 吸收操作的目的是分离 C A 液体均相混合物 B 气液混合物 C 气体混合物 D 部分互溶的液体混合物 2 难溶气体的吸收是受 B A 气膜控制 B 液膜控制 C 双膜控制 D 相界面 3 在吸收塔的计算中 通常不为生产任务所决定的是 D A 所处理的气体量 B 气体的初始和最终组成 C 吸收剂的初始浓度 D 吸收剂的用量和吸收液的浓度 4 在吸收塔设计中 当吸收剂用量趋于最小用量时 D A 吸收率趋向最高 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 5 设计中 最大吸收率 max 与 B 无关 A 液气比 B 吸收塔型式 C 相平衡常数 m D 液体入塔浓度 X2 6 亨利定律适用的条件是 C A 气相总压一定 稀溶液 B 常压下 稀溶液 C 气相总压不超过 506 5kpa 溶解后的溶液是稀溶液 D 气相总压不小于 506 5kpa 溶解后的溶液是稀溶液 7 吸收塔内 不同截面处吸收速率 A A 各不相同 B 基本相同 C 完全相同 D 均为 0 8 在一符合亨利定律的气液平衡系统中 溶质在气相中的摩尔浓度与其在液相中的 摩尔浓度的差值为 D A 正值 B 负值 C 零 D 不确定 9 只要组分在气相中心的分压 A 液相中该组分的平衡分压 吸收就 会继续进行 直至达到一个新的平衡为止 A 大于 B 小于 C 等于 D 不等于 10 对于低浓度溶质的气液传质系统 A B 在同样条件下 A 系统中的溶质的溶解 度较 B 系统的溶质的溶解度高 则它们的溶解度系数 H 之间的关系为 A A HA HB B HA HB C HA HB D 不确定 11 对于低浓度溶质的气液传质系统 A B 在同样条件下 A 系统中的溶质的溶解 化工原理复习题 天大版 3 度较 B 系统的溶质的溶解度高 则它们的相平衡常数 m 之间的关系为 B A mA mB B mA mB C mA mB D 不确定 12 下列不为双膜理论基本要点的是 D A 气 液两相有一稳定的相界面 两侧分别存在稳定的气膜和液膜 B 吸收质是以分子扩散的方式通过两膜层的 阻力集中在两膜层内 C 气 液两相主体内流体处于湍动状态 D 在气 液两相主体中 吸收质的组成处于平衡状态 13 下列叙述错误的是 D A 对给定物系 影响吸收操作的只有温度和压力 B 亨利系数 E 仅与物系及温度有关 与压力无关 C 吸收操作的推动力既可表示为 Y Y 也可表示为 X X D 降低温度对吸收操作有利 吸收操作最好在低于常温下进行 14 吸收操作中 当 X X 时 C A 发生解吸过程 B 解吸推动力为零 C 发生吸收过程 D 吸收推动力为零 15 根据双膜理论 当溶质在液体中溶解度很小时 以液相表示的总传质系数将 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 16 根据双膜理论 当溶质在液体中溶解度很大时 以气相表示的总传质系数将 D 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 17 气相吸收总速率方程式中 下列叙述正确的是 C A 吸收总系数只与气膜有关 与液膜无关 B 气相吸收总系数的倒数为气膜阻力 C 推动力与界面浓度无关 D 推动力与液相浓度无关 18 操作中的吸收塔 当其他操作条件不变 仅降低吸收剂入塔浓度 则吸收率将 A A 增大 B 降低 C 不变 D 不确定 19 低浓度逆流吸收操作中 若其它操作条件不变 仅增加入塔气量 则气相总传质 单元数 NOG将 B A 增大 B 减小 C 不变 D 不确定 20 在吸收操作中 吸收塔某一截面上的总推动力 以液相组成差表示 为 A A X X B X X C Xi X D X Xi 21 在吸收操作中 吸收塔某一截面上的总推动力 以气相组成差表示 为 B A Y Y B Y Y C Yi Y D Y Yi 22 在逆流吸收塔中 用清水吸收混合气中溶质组分 其液气比 L V 为 2 7 平衡关 系可表示为 Y 1 5X Y X 为摩尔比 溶质的回收率为 90 则液气比与最小 液气比之比值为 C A 1 5 B 1 8 C 2 D 3 化工原理复习题 天大版 4 23 在吸收塔设计中 当吸收剂用量趋于最小用量时 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 24 吸收操作中 当物系的状态点处于平衡线的下方时 C A 发生吸收过程 B 吸收速率为零 C 发生解吸过程 D 其他条件相同时状态点距平衡线越远 吸收越易进行 25 吸收操作中 最小液气比 D A 在生产中可以达到 B 是操作线的斜率 C 均可用公式进行计算 D 可作为选择适宜液气比的依据 26 吸收操作中的最小液气比的求取 C A 只可用图解法 B 只可用公式计算 C 全可用图解法 D 全可用公式计算 27 吸收操作中 增大吸收剂用量使 B A 设备费用增大 操作费用减少 B 设备费用减少 操作费用增大 C 设备费用和操作费用均增大 D 设备费用和操作费用均减少 28 逆流吸收操作线 C A 表明塔内任一截面上气 液两相的平衡组成关系 B 在 X Y 图中是一条曲线 C 在 X Y 图中的位置一定位于平衡线的上方 D 在 X Y 图中的位置一定位于平衡线的下方 29 吸收操作中 完成指定的生产任务 采取的措施能使填料层高度降低的是 B A 用并流代替逆流操作 B 减少吸收剂中溶质的量 C 减少吸收剂用量 D 吸收剂循环使用 30 关于适宜液气化选择的叙述错误的是 A A 不受操作条件变化的影响 B 不能少于最小液气比 C 要保证填料层的充分湿润 D 应使设备费用和操作费用之和最小 31 吸收塔尾气超标 可能引起的原因是 D A 塔压增大 B 吸收剂降温 C 吸收剂用量增大 D 吸收剂纯度下降 32 吸收操作气速一般 D A 大于泛点气速 B 大于泛点气速而小于载点气速 C 小于载点气速 D 大于载点气速而小于泛点气速 33 在常压下 用水逆流吸收空气中的二氧化碳 若用水量增加 则出口液体中的二 氧化碳浓度将 B A 变大 B 变小 C 不变 D 不确定 34 吸收过程产生的液泛现象的主要原因是 C A 液体流速过大 B 液体加入量不当 C 气体速度过大 D 温度控制不当 35 吸收塔中进行吸收操作时 应 B A 先通入气体后进入喷淋液体 B 先进入喷淋液体后通入气体 C 先进气体或液体都可以 D 增大喷淋量总是有利于吸收操作的 36 对处理易溶气体的吸收 为较显著地提高吸收速率 应增大 A 的流速 化工原理复习题 天大版 5 A 气相 B 液相 C 气液两相 D 视具体情况而定 37 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 吸收液浓度趋于最低 D 吸收液浓度趋于最高 38 吸收在逆流操作中 其它条件不变 只减小吸收剂用量 能正常操作 将引起 C A 操作线斜率增大 B 塔底溶液出口浓度降低 C 吸收推动力减小 D 尾气浓度减小 39 吸收操作过程中 在塔的负荷范围内 当混合气处理量增大时 为保持回收率不变 可 采取的措施有 A A 降低操作温度 B 减少吸收剂用量 C 降低填料层高度 D 降低操作压力 40 其它条件不变 吸收剂用量增加 填料塔压强降 C A 减小 B 不变 C 增加 D 视具体情况而定 41 吸收时 气体进气管管端向下切成 45 度倾斜角 其目的是为了防止 B A 气体被液体夹带出塔 B 塔内向下流动液体进入管内 C 气液传质不充分 D 液泛 42 吸收塔底吸收液出料管采用 u 型管的目的是 A A 防止气相短路 B 保证液相组成符合要求 C 为了热膨胀 D 为了联接管道的需要 43 除沫装置在吸收填料塔中的位置通常为 A A 液体分布器上方 B 液体分布器下方 C 填料压板上方 D 任一装置均可 44 某低浓度气体溶质被吸收时的平衡关系服从亨利定律 且 kY 3 10 5kmol m2 s kx 8 10 5kmol m2 s m 0 36 则该过程是 A A 气膜阻力控制 B 液膜阻力控制 C 气 液两膜阻力均不可忽略 D 无法判断 45 下列叙述正确的是 D A 液相吸收总系数的倒数是液膜阻力 B 增大难溶气体的流速 可有效的提高吸收速率 C 在吸收操作中 往往通过提高吸收质在气相中的分压来提高吸收速率 D 增大气液接触面积不能提高吸收速率 46 某吸收过程 已知气膜吸收系数 kY为 4 10 4kmol m2 S 液膜吸收系数 kX为 8 10 4 kmol m2 S 由此可判断该过程 D A 气膜控制 B 液膜控制 C 双膜控制 D 判断依据不足 47 下列说法错误的是 C A 溶解度系数 H 值很大 为易溶气体 B 相平衡常数 m 值很大 为难溶气体 C 亨利系数 E 值很大 为易溶气体 D 亨利系数 E 值很大 为难溶气体 48 能改善液体壁流现象的装置是 C 化工原理复习题 天大版 6 A 填料支承 B 液体分布 C 液体再分布 D 除沫 49 低浓度逆流吸收操作中 若其它入塔条件不变 仅增加入塔气体浓度 Y1 则 出 塔气体浓度 Y2将 A A 增加 B 减小 C 不变 D 不确定 50 某合成氨厂变换气中含 CO2 27 体积 其余为 N2 H2 CO 可视作惰性气体 含量分别为 18 52 4 2 6 CO2对惰性气体的比摩尔分数为 比质量分数为 0 37 1 74 1 74 0 37 1 37 0 74 0 74 1 37 51 由手册中查得稀氨水的密度为 0 9939 若 100g 水中含氨 1g 其浓度为 3 kmol m 0 99 0 85 0 58 0 29 52 根据双膜理论 在气液接触界面处 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平衡 53 当 X X 时 A A 发生吸收过程 B 发生解吸过程 C 吸收推动力为零 D 解吸推动力为零 54 200C 时与 2 5 SO2水溶液成平衡时气相中 SO2的分压为 Pa 已知 E 0 245 Pa 7 10 1 013 1 65 16 54 101 3 5 10 55 常压下 200C 下稀氨水的相平衡方程为 y 0 94x 今使含氨 5 摩尔 的含氨混合 气体和 x 0 1 的氨水接触 则发生 吸收过程 脱吸过程 平衡过程 无法判断 56 常压 200C 下稀氨水的相平衡方程为 y 0 94x 今使含氨 10 摩尔 的混合气体 和 x 0 05 的氨水接触 则发生 脱吸过程 吸收过程 平衡状态 无法判断 57 总压 1200kPa 温度 303K 下 含5 0 体积 的气体与含1 0g L 的水溶液 2 co 2 co 相遇 则会发生 以分压差表示的推动力为 kPa 解吸 117 3kPa 吸收 117 3kPa 平衡状态 0 kPa 无法判断 58 吸收过程避免液泛的主要操作要点是 C A 控制液体流速 B 控制温度 C 控制气体速度 D 控制压力 59 在填料吸收塔中 为了保证吸收剂液体的均匀分布 塔顶需设置 A A 液体喷淋装置 B 再分布器 C 冷凝器 D 塔釜 60 某吸收过程 已知气膜吸收系数为 液膜吸收系数为 Y k hm Kmol 2 2X k 由此可判断该过程为 D hm Kmol 4 2 A 气膜控制 B 液膜控制 化工原理复习题 天大版 7 C 双膜控制 D 不能确定 61 选择吸收剂时不需要考虑的是 D A 对溶质的溶解度 B 对溶质的选择性 C 操作条件下的挥发度 D 操作温度下的密度 62 对气体吸收有利的操作条件应是 A A 低温 高压 B 高温 高压 C 低温 低压 D 高温 低压 63 选择吸收剂时应重点考虑的是 性能 D A 挥发度 再生性 B 选择性 再生性 C 挥发度 选择性 D 溶解度 选择性 64 利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操作称 为 C A 蒸馏 B 萃取 C 吸收 D 解吸 65 温度 将有利于解吸的进行 B A 降低 B 升高 C 变化 D 不变 三 判断题 三 判断题 1 用水吸收二氧化碳属于化学吸收 2 吸收操作中 所选用的吸收剂的粘度要低 3 在吸收操作中 不被吸收的气体称为惰性组分 即吸收尾气 4 吸收操作是双向传质过程 5 吸收操作线总是在平衡线的下方 解吸的操作线总是在平衡线的上方 6 吸收操作中 操作气速应高于载点气速 低于泛点气速 7 液膜控制吸收时 若要提高吸收率 应提高气相流速 8 一般情况下 吸收塔应保持液体的喷淋密度在 5 12 m3 h 以上 9 气体的溶解度随温度的升高而增大 随压力减小而增大 10 亨利系数小的气体溶解度大 溶解度系数小的气体溶解度也大 11 亨利定律与拉乌尔定律都是关于理想溶液的气液平衡定律 12 亨利定律与拉乌尔定律都是适用于稀溶液的气液平衡 13 吸收操作线总是位于平衡线的上方是由于气相中的温度高于液相中的温度 14 对于易溶气体为气膜控制 对于难溶气体为液膜控制 15 双膜理论将吸收过程简化为通过气液两膜的分子扩散过程 16 吸收操作是双向传质过程 17 吸收操作的依据是根据混合物的挥发度的不同而达到分离的目的 化工原理复习题 天大版 8 18 吸收操作中吸收剂用量越多越有利 19 吸收既可以用板式塔 也可以用填料塔 20 吸收过程一般只能在填料塔中进行 21 根据双膜理论 吸收过程的主要阻力集中在两流体的双膜内 22 填料吸收塔正常操作时的气速必须小于载点气速 23 吸收操作中 增大液气比有利于增加传质推动力 提高吸收速率 24 增大难溶气体的流速 可有效地提高吸收速率 25 根据双膜理论 在气液两相界面处传质阻力最大 26 亨利系数随温度的升高而减小 由亨利定律可知 当温度升高时 表明气体的溶 解度增大 27 吸收操作线方程是由物料衡算得出的 因而它与吸收相平衡 吸收温度 两相接 触状况 塔的结构等都没有关系 28 当吸收剂的喷淋密度过小时 可以适当增加填料层高度来补偿 29 在吸收操作中 若吸收剂用量趋于最小值时 吸收推动力趋于最大 30 正常操作的逆流吸收塔 因故吸收剂入塔量减少 以致使液气比小于原定的最小液 气比 则吸收过程无法进行 四 简答题 四 简答题 1 吸收分离的依据是什么 如何分类 答 依据是组分在溶剂中的溶解度差异 1 按过程有无化学反应 分为物理吸收 化学吸收 2 按被吸收组分数 分为单组分吸收 多组分吸收 3 按过程有无温度变化 分为等温吸收 非等温吸收 4 按溶质组成高低 分为低组成吸收 高组成吸收 2 吸收操作在化工生产中有何应用 答 吸收是分离气体混合物的重要方法 它在化工生产中有以下应用 分离混合气体以回收所需组分 如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等 净化或精制气体 如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳等 化工原理复习题 天大版 9 制备液相产品 如用水吸收氯化氢以制备盐酸等 工业废气的治理 如工业生产中排放废气中含有 NO SO 等有毒气体 则需用吸收方法 除去 以保护大气环境 3 吸收与蒸馏操作有何区别 答 吸收和蒸馏都是分离均相物系的气 液传质操作 但是 两者有以下主要差别 蒸馏是通过加热或冷却的办法 使混合物系产生第二个物相 吸收则是从外界引入另 一相物质 吸收剂 形成两相系统 因此 通过蒸馏操作可以获得较纯的组分 而在 吸收操作中因溶质进入溶剂 故不能得到纯净组分 传质机理不同 蒸馏液相部分气化和其相部分冷凝同时发生 即易挥发组分和难挥发 组分同时向着彼此相反方向传递 吸收进行的是单向扩散过程 也就是说只有溶质组 分由气相进入液相的单向传递 依据不同 4 实现吸收分离气相混合物必须解决的问题 答 1 选择合适的溶剂 2 选择适当的传质设备 3 溶剂的再生 5 简述吸收操作线方程的推导 物理意义 应用条件和操作线的图示方法 答 对塔顶或塔底与塔中任意截面间列溶质的物料衡算 可整理得 V L Y 22 X V L YX 11 X V L YX V L Y 或 上式皆为逆流吸收塔的操作线方程 该式表示塔内任一截面上的气液相组成之间的关系 式中 L V 为液气比 其值反映单位气体处理量的吸收剂用量 是吸收塔重要的操作参数 上述讨论的操作线方程和操作线 仅适用于气液逆流操作 在并流操作时 可用相似方 法求得操作线方程和操作线 应予指出 无论是逆流还是并流操作 其操作线方程和操作线都是通过物料衡算得到的 它们与物系的平衡关系 操作温度与压强及塔的结构等因素无关 6 亨利定律有哪些表达式 应用条件是什么 答 亨利定律表达气液平衡时两相组成间的关系 由于相组成由多种有多种表示方法 因 此亨利定律有多种表达式 可据使用情况予以选择 气相组成用分压 液相组成用摩尔分数表示时 亨利定律表达式为 PE x 式中 E 称为亨利系数 单位为 kPa 亨利系数由试验测定 其值随物系特性和温度而变 在同一种溶剂中 难溶气体 的 E 值很大 易溶的则很小 对一定的气体和溶剂 一般温度愈高 E 值愈大 表明气 体的溶解度随温度升高而降低 应予指出 亨利定律适用于总压不太高时的稀溶液 以分压和物质的量浓度表示气 液相组成 亨利定律表达式为 化工原理复习题 天大版 10 H c P 式中 H 称为溶解度系数 单位为 kmol 3 mkPa 溶解度系数 H 随物系而变 也是温度的函数 易溶气体 H 值很大 而难溶气体 H 值 很小 对一定的物系 H 值随温度升高而减小 以摩尔分数或摩尔比表示气 液相组成 亨利定律表达式为 mxP 和 mX Xm mx Y 1 1 式中 m 称为相平衡常数 无因次 与亨利系数 E 相似 相平衡常数 m 愈大 表示溶解度愈低 即易溶气体的 m 值很小 对一定的物系 m 是温度和压强的函数 温变升高 压强降低 则 m 变大 各种亨利常数换算关系 P E m 式中 P 为总压 或 k PaPa s s p H EM 7 相平衡在吸收过程中有何应用 答 相平衡在吸收过程中主要有以下应用 1 判断过程方向 当不平衡的气液里两相接触时 溶质是被吸收 还是被脱吸 取决于相平衡关系 Y 吸收过程 Y 平衡状态 Y前提下 min L 若 L 愈大 塔高可降低 设备费用 较底 但操作费用较高 反之 若 L 愈小 则操作费 用减低 而设备费用增高 故应选择适宜的吸收剂用量 使两者之和最底 为此需通过经 济衡算确定适宜吸收剂用量和适宜液气比 但是一般计算中可取经验值 即 min 0 2 1 1 V L V L min 0 2 1 1 LL 11 吸收操作的全塔物料衡算有何应用 何谓回收率 答 对逆流操作的填料吸收塔 作全塔溶质组成的物料衡算 可得 X L X Y V Y 2121 吸收塔的分离效果通常用溶质的回收率来衡量 回收率 又称吸收率 定义为 100 1 21 A Y YY 混合气中溶质总量 被吸收的溶质量 化工原理复习题 天大版 12 通常 进塔混合气流量和组成是吸收任务规定的 若吸收剂的流量和组成被选定 则 V L 均为已知 又根据吸收任务规定的溶质回收率 可求得出塔气体的组成 11 YX A 然后求得出塔的吸收液组成 2 Y 1 X 12 何谓传质单元高度和传质单元数 它们的物理意义如何 答 通常将填料层高度基本计算式的右端分为两部分来处理 该式右端的数组 V 是 Y K a 由过程条件所决定的 具有高度的单位 以表示 称为气相总传质单元高度 式中积 OG H 分项内的分子与分母具有相同的单位 整个积分为一个无因次的数值 以表示 称为 OG N 气相总传质单元数 于是填料层高度基本计算式可以表示为 OGOG ZHN 同理 有 OLOL ZHN 其中 0G X L H K a 1 2 OG dX x N x XX 由此可见 计算填料层高度的通式为 填料层高度 传质单元高度 传质单元数 传质单元高度反映传质阻力及填料性能 若吸收阻力愈大 填料的有效表面积愈小 则每 个传质单元所相当的填料层高度愈高 传质单元数反映吸收过程的难易程度 若任务所要求的气体浓度变化愈大 过程的推动力 愈小 则吸收过程愈难 所需的传质单元数愈大 若等于 1 即气体经一段填料层高度的组成变化 恰等于此段填料层内推 OG N 12 YY 动力的平均值 那么这段填料高度就是一个气相传质单元高度 mYY OG ZH 13 如何用平均推动力法计算传质单元数 使用条件是什么 答 在吸收过程中 若平衡线和操作线均为直线时 则可仿照传热中对数平均温度差推导 方法 根据吸收塔塔顶基塔底两个端面上的吸收推动力来计算全塔的平均推动力 以 为例 即 NOG Y Y YY YY YY YYYY Ym 2 1 21 22 11 2211 ln ln 故 式中称为全塔气相对数平均推动力 12 OG m YY N Y m Y 化工原理复习题 天大版 13 若 则相应的对数平均推动力可用算数平均推动力进行计算 2 2 1 2 2 1 2 1 2 1 X X Y Y 或 即 2 21 YY Ym 14 试述填料塔的结构 答 填料塔为连续接触式的气液传质设备 可应用于吸收 蒸馏等分离过程 塔体为圆筒 形 两端装有封头 并有气 液体进 出口接管 塔下部装有支撑板 板上充填一定高度 的填料 操作时液体自塔顶经分布器均匀喷洒至塔截面上 沿填料表面下流经塔底出口管 排出 气体从支撑板下方入口管进入塔内 在压强差的作用下自下而是地通过填料层的空 隙而由塔的顶部气体出口管排出 填料层内气液两相呈逆流流动 在填料表面的气液界面 上进行传质 或传热 因此两相组成沿塔高连续变化 由于液体在填料中有倾向于塔壁流 动 故当填料层较高时 常将其分成若干段 在两段之间设置液体再分布装置 以有利于 流体的重新均匀分布 填料塔结构简单 且有阻力小用便于用耐腐蚀材料制造等优点 对于直径较小的塔 处 理有腐蚀性的物料或要求压强降较小的真空蒸馏系统 更宜采用填料 15 填料有哪些主要特性 如何选择 答 填料是填料塔的核心 填料性能的优劣是填料塔能否正常操作的关键 表示填料特性的参数主要有以下几项 1 比表面积a 2 空隙率 3 填料因子 湿填料因子 以表示a 3 在选择填料时 一般要求填料的比表面积大 空隙率大 填料润湿性好 单位体积 填料的质量轻 造价低及具有足够的力学强度和化学稳定性 16 填料塔有哪些附件 各自有何作用 答 填料塔的附件主要有填料支承装置 液体分布装置 液体再分布装置和除沫装置等 合理选择和设计填料塔的附件 可保证填料塔的正常操作和良好的性能 1 填料支承装置 填料支承装置的作用是支承填料及其所持有液体的质量 帮支承装置应有足够的力学 强度 同时 应使气体和液体可顺利通过 避免在支承装置处发生液泛现象 保证填料塔 的正常操作 2 液体分布装置 若液体分布不匀 填料表面不能被液体润湿 塔的传质效率就会降低 因此要求塔顶 填料层上应有良好的液体初始分布 保证有足够数目且分布均匀的喷淋点 以防止塔内的 壁流和沟流现象发生 3 流体再分布装置 当液体在乱堆填料层内向下流动时 有偏向塔壁流动的倾向 为将流到塔壁处的液体 重新汇集并引入塔中央区域 应在填料层中每隔一段高度设置液体再分布装置 化工原理复习题 天大版 14 4 除沫装置 除沫装置安装在塔顶液体分布器上方 用于除去出口气体中夹带的液滴 常用的除沫装 置有丝网除沫器 折流板除沫器及旋流板除尘器等 此外 在填料层顶部应设置填料压板或挡网 以免因气速波动而将填料吹出或损坏 17 吸收过程的相组成用什么来表示 为什么 答 在吸收过程中 随着吸收过程的不断进行 吸收中气相和液相的总的质量和总的摩尔数不 断地发生着变化 惰形气体和吸收剂不变 为此 为了计算上的方便 分别以惰形气体和吸收 剂为基准的质量比和摩尔比来表示吸收过程的相组成 18 吸收剂 吸收质 惰性气体和吸收液 答 吸收质 混合气体中能够溶解的组份 用 A 来表示 惰性气体 不能被吸收 溶解 的组份 用 B 来表示 吸收液 吸收操作所得到的溶液 吸收剂 吸收过程中所用的溶剂 用 S 来表示 19 吸收过程为什么常常采用逆流操作 答 降至塔底的液体恰与刚刚进塔的气体相接触 有利于提高出塔吸收液的浓度从而减少 吸收剂的消耗量 升至塔顶的气体恰与刚刚进塔的吸收剂相接触 有利于降低出塔气体的 浓度 从而提高溶质的吸收率 20 何谓吸收速率 写出任意一个气膜 液膜及总的吸收速率方程式 标出其吸收 系数的单位 答 单位时间内单位相际传质面积上吸收的溶质量 气膜吸收糸数 iGA PPkN G k atmsm Kmol 2 液膜吸收糸数 CCkN iLA L k s m 吸收总糸数 PPKN GA G K 2 2 m KN sm Kmol 21 填料可分哪几类 对填料有何要求 答 填料可分为 实体填料和网体填料 填料的要求 要有较大的比表面积 要有较高的空隙率 要求单位体积填料的重量轻 造价低 坚固耐用 不易堵塞 有足够的机械强度和良好的化学稳定性 22 什么是享利定律 其数学表达式怎样 答 当总压不太高时 在一定的温度下 稀溶液上方的气体溶质组份的平衡分压与该溶质 在液相中的浓度之间的关系 亨利定律的其实表达形式 xEP H C P ymx YmX 23 H E m 分别表示什么 随温度的变化情况如何 化工原理复习题 天大版 15 答 H 指溶解度系数 E 指享利系数 m 指相平衡常数 H 随着温度的升高而减少 E 和 m 随着温度的升高而增加 24 什么是气膜控制 什么是液膜控制 答 对于易溶气体 液膜阻力可以忽略不计 气膜阻力控制着整个吸收过程的速率 吸收 总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力 称为 气膜控制 对于难溶气体 气膜阻力可以忽略不计 液膜阻力控制着整个吸收过程的速率 吸收 总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力 称为 液膜控制 25 何谓溶解度 溶解度与哪些因素有关 溶解度曲线有何规律 答 平衡时 气体在液相中的饱和浓度即为气体在液体中的溶解度 气体溶质在一定溶剂中的溶解度与物系的压强 温度及该溶质在气相中的组成相关 由溶解度曲线可知 同一溶剂中 相同的条件下不同气体的溶解度差别很大 同一溶质 在相同的气相分压下 溶解度随温度降低而增大 同一溶质 在相同温度下 溶解度随气相分压增高而增大 五 计算题五 计算题 1 二氧化碳的体积分数为 30 的某种混合气体与水充分接触 系统温度为 30 总 压为 101 33 k 试求液相中二氧化碳的平衡组成 分别以摩尔分数和物质的量浓度表Pa 示 在操作范围内亨利定律可使用 解 混合气体按理想气体处理 则由分压定律可知 二氧化碳在气相中的分压为 k101 33 0 330 4pP y Pa 在 30 时二氧化碳以摩尔分数在水中的亨利系数 E 为 k 5 1 88 10 Pa 液相中二氧化碳以摩尔分数表示的平衡组成为 4 5 30 4 1 617 10 188 10 P E x 以物质的量浓度表示的平衡组成为 H p c 其中 s s H EM 则 33 5 1000 30 4 8 98 10 1 88 1018 s s pkmol m EM c 化工原理复习题 天大版 16 2 在总压为 101 33 k和温度为 20 下 测得氨在水中的溶解度数据为 溶液上Pa 方氨平衡分压为 0 8 k时 气体在液体中的溶解度为 1g 100g 试求亨Pa NH3 o H2 利系数 E 溶解度系数 H 和平衡常数 m 假设该溶液遵守亨利定律 解 亨利常数 E 可由下式计算 Epx 其中 01048 0 18 1007 1 0 1 7 1 0 1 x 则 k 3 76 01048 0 8 0 EPa 溶解度系数 H 可由下式计算 1000 0 728 76 3 18 s s Hkmol EM 3 m kPa 相平衡常数 m 可由下式求得 y m x 其中 0 8 0 0079 101 33 p y p 则 754 0 01048 0 0079 0 m m 也可由下式求得 753 0 33 101 3 76 P E m 3 在常压 101 33kPa 温度 下 溶质组成为 0 05 摩尔分数 的 空气混合物 2 CO 与浓度为的 25 水溶液接触 试判断传质过程方向 33 101 1mkmol 已知常压 下在水中的亨利系数 E 为 25 2 COkPa 5 10660 1 解 将亨利系数 E 换算为相平衡常数 m 即 638 1 100133 1 101066 1 P E m 5 35 将实际溶液的物质的量浓度换算为摩尔分数 即 5 3 s s 1098 1 18 1000 101 1 M c x 化工原理复习题 天大版 17 判断过程方向时 由液相分析 55 1098 1 1005 3 638 1 05 0 m y x x 故由气相传递到液相 进行吸收 2 CO 由气相分析 05 0 0324 01098 1638 1 y 5 ymx 结论同上 该过程为吸收 4 在压强为 101 33kPa 下 用清水吸收含溶质 A 的混合气体 平衡关系服从亨利定 律 在吸收塔某截面上 气相主体溶质 A 的分压为 4 0kPa 液相中溶质 A 的摩尔分数为 0 01 相平衡常数 m 为 0 84 气膜吸收系数 液膜吸收系 52 Y K2 776 10 kmolms 为 数 试求 32 Kx3 86 10 kmolms 为 1 气相总吸收系数 并分析该吸收过程控制因素 Y K 2 吸收塔截面上的吸收速率 A N 解 1 气相总吸收系数 Y K 由下式求得 424 53 52 4 1110 84 3 602 102 76 103 629 10 2 776 103 86 10 1 2 756 10 3 629 10 YYX Y m KKK Kkmolms 故 由计算结果可知 气膜阻力液膜阻力 42 Y 1 K3 602 10 mskmol 为 液膜阻力约占总阻力的 0 7 故该吸收过程为气膜 22 m Kx2 716 10 mskmol 为 阻力控制 2 吸收速率 A N 0411 0 0 433 101 0 4 p P p Y 0101 0 01 0 1 01 0 x 1 x X 00848 00101 0 84 0 Y mX 化工原理复习题 天大版 18 则 562 2 756 10 0 0411 0 00848 0 899 10 AY NKYYkmolms 5 在常压逆流操作的吸收塔中 用清水吸收混合气中溶质组成 A 已知操作温度为 27 混合气体处理量为 若进塔气体中组分 A 的体hkgh 2160 1100m3清水用量为 积分数为 0 05 吸收率为 90 试求塔底吸收液的组成 以摩尔比表示 解 吸收塔吸收液组成可由全塔物料蘅算求得 即 hkmoly t V V hkmol M L L AYY y y Y X XYY L V 45 42 05 0 1 27273 273 4 22 1100 1 273 273 4 22 120 18 2160 00526 0 90 0 1 0526 0 1 0526 0 05 0 1 05 0 1 0 X 1 12 1 1 1 2 2211 其中 故0168 0 00526 00526 0 120 45 42 X1 6 在逆流吸收塔中 用清水吸收混合气体溶质组分 A 吸收塔内操作压强为 106kPa 温度为 30 混合气流量为 组成为 0 03 摩尔分数 吸收率为 95 h 1300m3 若吸收剂用量为最小用量的 1 5 倍 试求进入塔顶的清水用量 L 及吸收液的组成 操作条 件下平衡关系为 Y 0 65X 解 1 清水用量 进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为 00155 0 95 0 1 03093 0 1 03093 0 03 0 1 03 0 1 06 53 03 01 33 101 106 30273 273 4 22 1300 1 33 101273 273 22 4 V V 12 1 1 1 1 A YY y y Y hkmoly P t 0X2 0 65m 最小吸收剂用量为 则清水用量为hkmol X m Y YY V 8 32 65 0 03093 0 00155 0 03093 0 06 53 L 2 1 21 min 化工原理复习题 天大版 19 hkmol 2 49 8 325 11 5LL min 2 吸收液组成 根据全塔物料衡算可得 0317 0 0 2 49 00155 0 03093 0 06 53 X 2 21 1 X L YYV 7 在常压逆流吸收塔中 用纯吸收剂吸收混合气中的溶质组分 进塔气体组成为 4 5 体积 吸收率为 90 出塔液相组成为 0 02 摩尔分数 操作条件下相平衡关系 为 Y 1 5X Y X 为摩尔比 试求塔顶 塔底及全塔平均推动力 以摩尔比表示 解 理想气体的体积分数等于摩尔分数 故进塔气相组成为 047 0 045 0 1 045 0 1 1 1 1 y y Y 出塔气相组成为 0047 0 9 01 047 0 1 12 A YY 进塔液相组成为 0 2 X 出塔液相组成为 0204 0 02 0 1 02 0 1 1 1 1 x x X 塔顶气相推动力为 0047 0 00047 0 22222 mXYYYY 塔底气相推动力为 0164 0 0204 0 5 10047 0 11111 mXYYYY 全塔气相平均推动力为 0094 0 0047 0 0164 0 ln 0047 0 0164 0 ln 2 1 21 Y Y YY Ym 8 在逆流操作的填料吸收塔中 用清水吸收混合气中溶质组分 A 进塔气体组成为 0 03 摩尔比 吸收率为 99 出塔液相组成为 0 013 摩尔比 操作压强为 101 33kPa h 气相体积吸收总系数为 0 95kmol 试求所需的填料层高度 3 mh kPa 解 填料层高度用下式计算 mY OGOG Y YY aK V NHZ 21 化工原理复习题 天大版 20 其中 03 0 1 Y0003 0 99 0 1 03 0 1 12 AYY 03 0 1 X0 2 X 00143 0 0003 0 013 0 203 0 ln 00003 0 013 0 203 0 ln 22 11 2211 mXY mXY mXYmXY Ym 3 2 0 95 101 3396 26 54 54 0 030 0003 11 7 96 260 00143 YG K aK aPkmolmh V kmolmh Zm 则 9 填料吸收塔某截面上气 液相组成分别为 Y 0 05 X 0 01 皆为摩尔比 气液平 衡关系为 Y 2 0X 若气膜吸收系数为 0 03 液膜吸收系数为 0 02 KY 3 kmolms KX 试求两相间吸收总推动力 总阻力 吸收速率及各相阻力的分布 3 kmolms 解 吸收推动力为 以气相组成表示 03 0 01 0 225 0 mXYY 以液相组成表示 015 0 01 0 2 05 0 X m Y X 吸收总阻力为 2 1112 133 3 0 030 02 YYX m mskmol kkK 吸收速率为 4 0 03 2 25 10 133 3 YA Y NKY 2 kmolms 气膜阻力占总阻力的分数为 25 100 3 133 03 0 1 1 1 K k Y Y 计算结果表明 当相平衡常数 m 为 2 0 时 气膜阻力占总阻力的 1 4 即相应的总推动力 的 1 4 用于气相传质 克服气膜阻力 10 在逆流操作的填料吸收塔中 用循环溶剂吸收混合气中的溶质 进塔气相组成为 0 091 摩尔分数 入塔液相组成为 21 74g 溶质 kg 溶液 操作条件下气液平衡关系为 y x 为摩尔分数 若液气比 L V 为 0 9 试求最大吸收率和吸收液的组成 x y 86 0 已知溶质摩尔质量为 40kg mol 溶剂摩尔质量为 18kg kmol 解 先将已知的气液相组成换算为摩尔比 即 化工原理复习题 天大版 21 1001 0 091 0 1 091 0 1 1 1 1 y y Y 0099 0 18 74 211000 40 74 21 40 74 21 2 x 01 0 0099 0 1 0099 0 1 2 2 2 x x X 当逆流操作时 因 L V m 平衡线和操作线交点的位置在塔顶 即 008514 0 0099 0 86 0 86 0 2 2 x y 008587 0 008514 0 1 008514 0 2 y 最大吸收率为 4 91914 0 1001 0 008587 0 1001 0 1 21 max Y YY 吸收液组成为 112 0 01 0 008587 0 1001 0 9 0 1 2211 XYYX L V 11 在逆流操作的填料塔中 用清水吸收焦炉气中氨 氨的浓度为 8g 标准 混合气处 3 m 理量为 4500 标准 h 氨的回收率为 95 吸收剂用量为最小用量的 1 5 倍 操作压强 3 m 为 101 33kPa 温度为 30 气液平衡关系可表示为 Y 1 2X Y X 为摩尔比 气相总体 积吸收系数为 0 06 空塔气速为 1 2m s 试求 Y K a 2 kmolmh 1 用水量 kg h L 2 塔径和塔高 m 解 1 用水量L 先求最小用水量 即 XX YY L V 21 21 min 其中 0105 0 4 22 1 100017 8 1 y 0106 0 0105 0 1 0105 0 1 1 1 1 y y Y 化工原理复习题 天大版 22 00053 0 95 0 1 0106 0 1 12 A YY 00883 0 2 1 0106 0 1 1 m Y X 0 2 X skmolV 0552 0 0105 0 1 4 22 1 3600 4500 故 kmol L 063 0 00883 0 00053 0 0106 0 0552 0 min 1 5 0 063 0 0945kmol s 6120kg h5 1 L Lmin 2 塔径和塔高 塔径 D 可用下式计算 D 4 s V u 其中 3 450027330 1 387 3600273 s Vms 故 D 1 21m 2 1 387 1 4 填料层高度 Z 用下式计算 12 Ym V Z a YY KY 其中 222 1 211 149 44 Dm 0 0552 0 8 0 06 1 149 OG Y V Hm K a XY XY XYXY Y m m mm m 22 11 2211 ln 而 00588 0 0 00053 0 0106 0 0945 0 0552 0 2211 XYYX L V 11 0 0106 1 2 0 005880 00354YmX 222 0 00053YmXY 化工原理复习题 天大版 23 0 003540 00053 0 00159 0 00354 ln 0 00053 m Y 则 0 01060 00053 0 85 07 0 00159 zm 12 某吸收塔的操作压强为 110kPa 温度为 25 处理焦炉气 1800 h 焦炉气中 3 m 含苯 156kg h 其他为惰性组分 试求焦炉气中苯的摩尔分数和摩尔比 解 苯的摩尔质量为 78kg kmol 处理焦炉气中苯的物质的量为 156 2 78 A A m nkmol h M 苯的分压为 2 8 314 25273 2 75 1800 A A n RT PkPa V 苯的摩尔分数为 2 75 0 025 100 A A P y P 苯的摩尔比为 0 025 0 0256 11 0 025 A A A y Y y 有计算可知 当混合物中某组分的摩尔分数很小时 摩尔分数和摩尔比近似相等 13 在 293K 和 101 3Kpa 下 用清水分离氨和空气的混合物 混合物中氨的分压为 15 2Kpa 处理后分压降至 0 0056Kpa 混合气处理量为 已知 Y 0 5X 1500Kmol h 试计算 1 最小吸收剂耗用量 2 若适宜吸收剂用量为最小用量的 3 倍 求实际耗 用量 3 若塔径为 1 2m 吸收总系数为 求所需填料层高度 3