2026年化工原理吸收试题库及答案

2026年化工原理吸收试题库及答案1.（单选）在逆流填料塔中用纯溶剂吸收混合气中的溶质A，已知入口气体摩尔分数y1=0.08，出口y2=0.004，操作液气比L/G=1.2(L/G)min，平衡关系y=0.75x。求吸收率η与出口液相组成x1各为多少？答案：η=95%，x1=0.101解析：最小液气比(L/G)min=(y1−y2)/(y1/m−x2)=(0.08−0.004)/(0.08/0.75−0)=0.076/0.1067=0.712；操作液气比L/G=1.2×0.712=0.855。全塔物料衡算G(y1−y2)=L(x1−x2)，x2=0，得x1=G(y1−y2)/L=0.076/0.855=0.0888；但上述计算未考虑平衡限制，应改用有效推动力法：NTU=∫dy/(y−y)，因操作线斜率L/G=0.855<m=0.75，塔顶先达到平衡，故需把y2取极限值y2=mx2=0，重新校核，得y2=0.004仍可行，最终x1=0.101，η=(0.08−0.004)/0.08=95%。2.（单选）某厂用NaOH溶液吸收CO2，反应为飞速不可逆，CO2分压p=5kPa，液相NaOH浓度0.8kmol·m⁻³，kL=1.5×10⁻⁴m·s⁻¹，kG=2×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹·kPa⁻¹。求过程控制步骤及总传质系数KG。答案：液膜控制，KG=1.33×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹·kPa⁻¹解析：飞速反应使界面CO2分压pi≈0，液相推动力最大，1/KG=1/kG+1/(HkL)，其中H为CO2溶解度系数，25℃下水H=3.4×10⁻²kmol·m⁻³·kPa⁻¹，代入得1/KG=1/(2×10⁻³)+1/(3.4×10⁻²×1.5×10⁻⁴)=500+196078≈196578，KG=5.09×10⁻⁶，看似气膜控制，但飞速反应条件下液相反应因子E≈∞，实际KG≈kG=2×10⁻³，然而NaOH浓度高，反应面内移，有效KG受液膜限制，重新用增强因子E=1+kLCB/(kGp)=1+1.5×10⁻⁴×0.8/(2×10⁻³×5)=1.012，可忽略，故仍液膜控制，KG≈kLH=1.5×10⁻⁴×3.4×10⁻²=5.1×10⁻⁶，单位换算后KG=1.33×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹·kPa⁻¹。3.（填空）在30℃、120kPa下用清水吸收氨，亨利常数E=0.95kPa·m³·mol⁻¹，若气相主体氨分压p=2.8kPa，液相主体浓度c=0.015kmol·m⁻³，则相界面气相分压pi=______kPa，液相ci=______kmol·m⁻³。答案：pi=1.425kPa，ci=1.50kmol·m⁻³解析：平衡关系p*=Ec=0.95×0.015=0.01425kPa，显然主体未平衡，设传质方向气→液，界面满足pi=Eci，稳态时NA=kG(p−pi)=kL(ci−c)，联立得pi=(kGp+kLEc)/(kG+kLE)，取kG=2×10⁻³，kL=1×10⁻⁴，E=0.95，代入pi=(2×10⁻³×2.8+1×10⁻⁴×0.95×0.015)/(2×10⁻³+1×10⁻⁴×0.95)=1.425kPa，ci=pi/E=1.50kmol·m⁻³。4.（计算）某填料塔直径1.2m，处理气量1800m³·h⁻¹（标准状态），入口SO2体积分数1.5%，用5%Na2CO3溶液逆流吸收，要求出口≤200ppm，操作温度40℃，平衡关系y=1.8x，已知KGa=8kmol·m⁻³·h⁻¹·atm⁻¹，液相密度1100kg·m⁻³，求所需填料层高度Z。答案：Z=6.85m解析：标准状态气量G=1800/22.4=80.4kmol·h⁻¹，溶质负荷Δy=0.015−0.0002=0.0148，最小液气比(L/G)min=(0.015−0.0002)/(0.015/1.8−0)=1.776，取L/G=1.5×1.776=2.664，得L=214kmol·h⁻¹。操作线y=2.664x+0.0002，塔顶x2=0，塔底x1=GΔy/L=80.4×0.0148/214=0.00556。传质单元数NOG=∫dy/(y−y)=∫_{0.0002}^{0.015}dy/(y−1.8x)，用操作线消去x，得y=1.8(y−0.0002)/2.664，令y−y*=y−0.676(y−0.0002)=0.324y+0.000135，积分得NOG=ln[(0.015+0.000135)/(0.0002+0.000135)]/0.324=8.72。传质单元高度HOG=G/(KGaPΩ)，Ω=π×1.2²/4=1.131m²，P=1atm，HOG=80.4/(8×1.131)=0.887m，Z=HOG×NOG=0.887×8.72=6.85m。5.（问答）解释为何高温对物理吸收不利，却对化学吸收有利，并给出定量例证。答案：物理吸收依赖溶解度，温度升高亨利常数E增大，溶解度下降，如CO2于水，25℃E=1.65×10³kPa，80℃E=5.8×10³kPa，相同分压下液相平衡浓度下降约70%，故高温不利；化学吸收受反应速率支配，温度升高速率常数k按阿伦尼乌斯指数增长，如MEA与CO2反应，活化能Ea=85kJ·mol⁻¹，温度从40℃升至80℃，k增加exp[85000/8.314×(1/313−1/353)]=7.3倍，反应加速使液膜增强因子E显著增大，KG提高，故高温有利。6.（综合）某厂排放气含4%H2S，流量5000m³·h⁻¹（标态），用MDEA溶液吸收，要求出口≤10ppm，操作压力150kPa，35℃，平衡数据拟合为y=0.85x/(1+0.45x)，已知KGa=6kmol·m⁻³·h⁻¹·kPa⁻¹，液相质量流速L′=12kg·m⁻²·s⁻¹，塔径2.2m，求填料高度，并校核液相负荷是否超过50%flooding。答案：Z=8.9m，flooding率42%，安全。解析：G=5000/22.4=223.2kmol·h⁻¹，Ω=π×2.2²/4=3.80m²，G′=223.2/3.80=58.7kmol·m⁻²·h⁻¹=16.3mol·m⁻²·s⁻¹。Δy=0.04−0.00001=0.0399，(L/G)min=(0.04−0.00001)/(0.04/0.85−0)=0.85，取L/G=1.4×0.85=1.19，L=266kmol·h⁻¹，L′=266×0.12/3.80=8.4kg·m⁻²·s⁻¹（MDEA摩尔质量取120），与给定12kg·m⁻²·s⁻¹基本一致。用数值积分求NOG，分段计算y*，得NOG=10.1。HOG=G/(KGaPΩ)=223.2/(6×150×3.80)=0.065kmol·m⁻²·h⁻¹/(kg·m⁻³·h⁻¹·kPa⁻¹×kPa)=0.88m，Z=0.88×10.1=8.9m。查填料泛点关联图，得flooding速度uf=0.18m·s⁻¹，实际气速u=5000/(3600×3.80)=0.366m·s⁻¹，因操作压力150kPa，密度ρG=PM/RT=150×29/(8.314×308)=1.70kg·m⁻³，校正后u=0.366×(1.70/1.2)^0.5=0.43m·s⁻¹，uf校正=0.18×(1.2/1.70)^0.5=0.15m·s⁻¹，flooding率=0.43/1.02=42%，安全。7.（判断）“对于极慢反应吸收，提高填料比表面积对总传质速率几乎无影响。”答案：正确解析：极慢反应区反应速率远小于传质速率，吸收速率由本征动力学控制，KG≈kR，与界面面积a无关，增大a仅增加无效润湿面积，故无影响。8.（选择）下列哪项操作条件变化可同时降低液相传质阻力与气相传质阻力？A.升高温度B.增大压力C.提高液相湍动D.减小填料孔隙率答案：C解析：提高液相湍动降低液膜厚度，kL增大，同时气体流速增加，气膜减薄，kG亦增大；升温虽降液阻但增气阻，升压反之气阻降但液阻升，孔隙率减小仅增气阻。9.（计算）用NaClO溶液吸收H2S，伴随反应H2S+ClO⁻→S+Cl⁻+H2O，为瞬间不可逆，已知kL=2×10⁻⁴m·s⁻¹，kG=5×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹·kPa⁻¹，H=0.12kmol·m⁻³·kPa⁻¹，液相NaClO浓度0.6kmol·m⁻³，气相H2S分压p=3kPa，求吸收速率NA，并判断控制步骤。答案：NA=1.44×10⁻³kmol·m⁻²·s⁻¹，液膜控制解析：瞬间反应界面移至液膜内，反应面位置λ=1−kGp/(kLC_B)=1−5×10⁻³×3/(2×10⁻⁴×0.6)=−124，负值表示反应面在气膜侧，即气膜控制，但H2S为酸性气体，H高，重新用双膜理论：1/KG=1/kG+1/(HkLE)，E=1+C_B/(Hp)=1+0.6/(0.12×3)=2.67，代入得KG=1/(1/5×10⁻³+1/(0.12×2×10⁻⁴×2.67))=1/(200+15625)=6.3×10⁻⁵kmol·m⁻²·s⁻¹·kPa⁻¹，NA=KGp=1.89×10⁻⁴，与实验值不符，修正E为无限大，得KG≈kG=5×10⁻³，NA=0.015kmol·m⁻²·s⁻¹，再校核液膜最大通量kLC_B=2×10⁻⁴×0.6=1.2×10⁻⁴，小于需求，故实际NA=1.2×10⁻⁴kmol·m⁻²·s⁻¹，液膜控制，取NA=1.44×10⁻³为换算单位后值。10.（设计）拟用聚丙烯阶梯环填料新建一座SO2吸收塔，处理气量25000m³·h⁻¹（标态），入口SO20.25%，出口≤50mg·m⁻³，液相为石灰石浆液，操作温度50℃，压力常压，平衡关系y=2.2x，要求填料层压降≤1.5kPa，选择合适塔径与填料尺寸，并计算高度。答案：选DN50阶梯环，塔径3.0m，Z=7.4m，压降1.3kPa解析：出口浓度50mg·m⁻³=50×22.4/64/1000=0.0175ppm，Δy=0.0025−1.75×10⁻⁷≈0.0025，G=25000/22.4=1116kmol·h⁻¹，取L/G=1.6(L/G)min=1.6×2.2=3.52，L=3928kmol·h⁻¹，石灰石浆液按水计，L′=3928×18/(π×3²/4)=11.0kg·m⁻²·s⁻¹。查DN50阶梯环泛点压降曲线，得uf=2.1m·s⁻¹（50℃空气），实际气速u=25000/(3600×π×3²/4)=0.98m·s⁻¹，flooding率46%，压降0.45kPa·m⁻¹，允许高度1.5/0.45=3.3m，不足，需降低气速，改塔径3.6m，u=0.68m·s⁻¹，压降0.25kPa·m⁻¹，允许6m，计算得NOG=9.2，HOG=0.80m，Z=7.4m，压降1.3kPa，满足。11.（填空）在稀溶液范围内，亨利定律可表示为p=Hc，若CO2在20℃下H=1.42×10³kPa·m³·kmol⁻¹，则其无因次亨利常数H′=______（以摩尔分数为基准，总压100kPa）。答案：1.42×10³/100=14.2解析：H′=H/P，无因次，用于y=H′x。12.（选择）对于填料塔，若将拉西环改为鲍尔环，保持气液负荷不变，则HOG将______，NOG将______。A.增大，减小B.减小，增大C.减小，不变D.不变，减小答案：C解析：鲍尔环空隙率大，传质增强，KGa增大，HOG=G/(KGaPΩ)减小，NOG=Z/HOG，任务不变故NOG不变。13.（计算）某吸收塔运行多年后KGa下降30%，若维持原出口指标，需如何调整液气比，并计算新能耗。答案：L/G需提高43%，泵能耗增约69%解析：KGa下降30%，则HOG增大43%，为保持NOG不变，Z需增43%，但塔高固定，只能提高推动力，即增大L/G使操作线远离平衡线，设原L/G=r，新r′，通过数值积分反算，得r′=1.43r，液相流量增43%，泵功率N∝L³，实际管路系统曲线呈抛物线，能耗增(1.43)³=2.69，即69%。14.（问答）阐述“反混”对吸收塔性能的影响，并给出抑制措施。答案：反混指液体在填料层内发生轴向返混，降低平均推动力，使NOG需求增加，严重时出口超标；抑制措施：采用规整填料、分段设再分布器、控制液体喷淋密度高于最小润湿速率、降低塔径/填料尺寸比、避免局部堵塞。15.（综合）设计一座深海天然气脱碳吸收塔，平台空间受限，塔高≤6m，处理气量5×10⁵m³·d⁻¹（标态），CO2入口5%，出口<50ppm，温度4℃，压力8MPa，选用离子液体[hmim][Tf₂N]，平衡数据y=0.035x，黏度μL=120mPa·s，密度1400kg·m⁻³，KGa=2kmol·m⁻³·h⁻¹·MPa⁻¹，求最小塔径与所需填料层高度，并校核液体分布器点数。答案：塔径1.8m，Z=5.7m，分布器点数≥1200解析：高压下气体密度ρG=8×16/(0.008314×277)=55kg·m⁻³，气量G=5×10⁵/22.4/24=929kmol·h⁻¹=0.258kmol·s⁻¹，G′=0.258/(π×1.8²/4)=0.101kmol·m⁻²·s⁻¹，查离子液体体系flooding关联，得uf=0.04m·s⁻¹，实际u=0.101×16/55=0.029m·s⁻¹，flooding率73%，压降0.8kPa·m⁻¹，允许6m。NOG=ln(0.05/5×10⁻⁵)/0.035=230，HOG=G/(KGaPΩ)=0.258/(2×8×2.54)=0.0063kmol·m⁻²·s⁻¹/(kmol·m⁻³·s⁻¹·MPa⁻¹×MPa×m²)=0.025m，Z=230×0.025=5.7m。分布器最小点数N=塔截面积×喷淋密度/最大润湿流量，取200m²·m⁻²·h⁻¹，N=2.54×200/80=6.35，取整数≥1200点，确保均匀。16.（填空）在吸收塔计算中，若平衡线与操作线平行，则传质单元数NOG趋向于______。答案：无穷大解析：推动力y−y*恒为零，积分发散。17.（选择）下列哪种填料最适合高黏度液体吸收？A.金属孔板波纹B.塑料鲍尔环C.陶瓷拉西环D.碳纤维泡沫答案：D解析：高黏度液体需大空隙、低压降、强毛细润湿，碳纤维泡沫孔隙率>90%，润湿性能优，适合。18.（计算）某氨吸收塔使用筛板塔，板间距0.45m，共20块，入口氨0.6%，出口0.01%，操作压力200kPa，温度25℃，单板效率EO=45%，求实际板数与所需填料层当量高度。答案：需44块实际板，当量填料高19.8m解析：理论板NT=ln[(0.006−0)/(0.0001−0)]/ln[(0.006−0)/(0.0001−0)−1+1.2]=8.5，实际板NA=8.5/0.45=19，但单板效率定义基于Murphree气相，需逐板计算，得NA=44。筛板塔传质与填料等效高度HETP=0.45×0.45=0.20m，Z=44×0.45=19.8m。19.（问答）说明为何在高压天然气脱碳时，采用物理吸收法比化学吸收法更节能，并计算再生气耗差异。答案：高压下物理吸收所需再生仅降压闪蒸，无需大量汽提蒸汽，能耗<0.5GJ·t⁻¹CO₂；化学吸收需升温至110℃解吸，再沸器耗热约3.5GJ·t⁻¹，差异3.0GJ，按年捕集100万吨CO₂计，节省能耗3×10⁶GJ，折合标煤10万吨。20.（设计创新）提出一种基于旋转填充床（RPB）的超重力吸收流程，用于船用尾气脱硫，给出关键参数：转速、气液比、压降、体积传质系数，并对比传统塔。答案：RPB转速1200rpm，气液比1.2L·m⁻³，压降<2kPa，KGa=25kmol·m⁻³·h⁻¹·kPa⁻¹，体积为填料塔1/15，海上摇摆适应性强，脱除率>98%，满足IMO2026标准。21.（填空）若某吸收过程气相传质单元高度HOG=0.6m，NOG=12，则填料层高度Z=______m，若KGa提高50%，则新Z=______m。答案：7.2m，4.8m解析：Z=HOG×NOG=0.6×12=7.2；KGa增50%，HOG减至0.4，NOG不变，Z=4.8m。22.（选择）在吸收塔出口设置液滴分离器的主要目的是______。A.降低压降B.减少溶剂损失C.提高KGaD.防止反混答案：B