2026年吸收效果测试题及答案

2026年吸收效果测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在逆流吸收塔中，当操作线与平衡线相交时，表明（）A.吸收推动力为零B.吸收速率最大C.塔内发生液泛D.吸收剂用量最少答案：A2.对于低浓度气体吸收，若系统服从亨利定律，则全塔的平均推动力计算可采用（）A.算术平均法B.对数平均法C.几何平均法D.积分平均法答案：B3.下列哪项措施不能提高吸收速率（）A.提高吸收压力B.降低吸收温度C.增大气液接触面积D.使用溶解度更小的吸收剂答案：D4.在吸收操作中，最小液气比（L/V）min是指（）A.达到规定分离要求时，液气比的理论最小值B.操作费用最低时的液气比C.设备费用最低时的液气比D.塔径最小时的液气比答案：A5.双膜理论的基本要点不包括（）A.气液两相间存在稳定的相界面B.界面两侧分别存在滞流的气膜和液膜C.吸收质以分子扩散方式通过双膜D.在气液两相主体中，浓度梯度为零答案：D6.对于解吸操作，下列叙述正确的是（）A.解吸是吸收的逆过程B.解吸推动力是气相主体浓度与平衡浓度之差C.提高温度不利于解吸D.增加压力有利于解吸答案：A7.填料塔中，保证液体均匀分布的主要部件是（）A.填料支撑板B.液体分布器C.除沫器D.再分布器答案：B8.下列吸收过程属于化学吸收的是（）A.用水吸收氨气B.用洗油吸收芳烃C.用硫酸吸收三氧化硫D.用冷水吸收氯气答案：C9.吸收因子A的定义为（）A.A=L/(mG)B.A=mG/LC.A=L/GD.A=G/L答案：A10.在填料吸收塔的设计中，空塔气速一般取液泛气速的（）A.20%~40%B.50%~80%C.100%~120%D.150%~200%答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分。多选、少选、错选均不得分）1.影响吸收过程速率的因素包括（）A.气液两相的流动状态B.吸收质的溶解度C.操作温度和压力D.吸收塔的结构尺寸E.吸收剂的纯度答案：A,B,C,D,E2.下列属于物理吸收特点的是（）A.吸收速率仅由气膜控制B.吸收热效应较小C.吸收选择性一般较差D.吸收平衡关系一般服从亨利定律E.吸收过程通常可逆答案：B,C,D,E3.填料塔中常用的散装填料有（）A.拉西环B.鲍尔环C.阶梯环D.金属丝网波纹填料E.格栅填料答案：A,B,C4.关于传质单元高度（HTU）的叙述，正确的有（）A.反映了填料层的传质效能B.其值越小，表示填料的传质效能越高C.其值与物系性质、操作条件及填料特性有关D.对于给定的物系和填料，它是一个常数E.可通过实验测定答案：A,B,C,E5.在吸收操作中，可能出现的异常现象有（）A.液泛B.沟流C.壁流D.雾沫夹带E.气泡夹带答案：A,B,C,D,E三、填空题（每空1分，共15分）1.吸收操作是依据气体混合物中各组分在溶剂中______的不同而实现分离的单元操作。答案：溶解度2.亨利定律的表达式为p*=Ex，其中E称为______。答案：亨利系数3.吸收过程的总推动力可以用气相总推动力（y-y*）表示，也可以用液相总推动力（x*-x）表示，这取决于吸收过程的控制步骤是______控制还是______控制。答案：气膜，液膜4.在低浓度气体吸收计算中，常假设气液两相的流率为______。答案：常数5.吸收塔的操作线方程是通过对塔内进行______衡算得到的。答案：物料6.填料层的压降主要来源于______阻力和______阻力。答案：摩擦，局部7.解吸操作常用的方法有______、______和______。答案：升温，减压，气提（或通入惰性气体）8.评价吸收剂性能的主要指标包括______、______、______和粘度等。答案：溶解度，选择性，挥发性9.传质单元数（NTU）反映了______的难易程度。答案：分离任务四、简答题（共30分）1.（封闭型，6分）简述双膜理论的基本假设，并指出其局限性。答案：双膜理论的基本假设包括：（1）相互接触的气液两相间存在一个稳定的相界面，界面两侧分别存在一层停滞的气膜和液膜；（2）吸收质以分子扩散方式通过这两层膜；（3）在相界面处，气液两相达到平衡；（4）在气液两相主体中，由于流体的充分湍动，吸收质浓度均匀，无浓度梯度，即无传质阻力。其局限性在于：该理论将复杂的传质过程简化为通过两层静止膜的分子扩散，实际上相界面通常是不稳定的，膜内也可能存在一定程度的湍动，且并非所有吸收过程都符合双膜理论描述的传质机理。2.（开放型，8分）在吸收塔设计中，如何确定适宜的操作液气比？请从技术和经济角度进行分析。答案：从技术角度，操作液气比（L/V）必须大于由平衡关系和分离要求决定的最小液气比（L/V）min，以确保吸收任务能够完成。通常取经验值为（L/V）=(1.1~2.0)(L/V)min。若液气比过小，则推动力小，所需塔高急剧增加；若液气比过大，则推动力增加有限，但吸收剂循环量增大，导致操作费用（泵的能耗、吸收剂再生费用等）增加，同时可能使塔内液泛风险增大，需要更大的塔径来维持正常操作。从经济角度，需进行总费用（设备折旧费与操作费之和）优化。设备费随塔高和塔径变化，操作费主要随吸收剂用量变化。存在一个使总费用最低的适宜液气比，需要通过详细的优化计算确定。在实际设计中，还需考虑吸收剂的供应、再生系统的能力、操作弹性等因素。3.（封闭型，6分）什么是化学吸收？与物理吸收相比，化学吸收有哪些主要特点？答案：化学吸收是指吸收过程中，吸收质与吸收剂中的活性组分发生化学反应的吸收过程。与物理吸收相比，其主要特点包括：（1）吸收推动力增大，因为化学反应消耗了溶解的吸收质，使得液相中游离的吸收质浓度降低，从而增大了气相传质推动力；（2）吸收容量显著提高，单位体积吸收剂能吸收更多的气体；（3）吸收选择性往往更好，因为化学反应具有专一性；（4）吸收速率可能受化学反应速率和扩散速率共同控制，情况更为复杂；（5）通常伴有较大的热效应，需要及时移走反应热；（6）解吸（再生）通常更困难，能耗可能更高。4.（封闭型，5分）写出以气相摩尔分数差为推动力的总传质速率方程，并解释其中各符号的物理意义。答案：总传质速率方程为：NA=KYa(y-y*)。其中，NA—单位时间内单位相界面上传递的吸收质的量，即传质速率，kmol/(m²·s)；KY—以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数，kmol/(m²·s)；a—单位体积填料层提供的有效传质面积，m²/m³；y—气相主体中吸收质的摩尔分数；y*—与液相主体浓度x相平衡的气相摩尔分数。(y-y*)—以气相浓度差表示的总传质推动力。5.（开放型，5分）在填料吸收塔中，液体分布器的作用是什么？如果液体初始分布不良，会对吸收操作产生哪些不利影响？答案：液体分布器的主要作用是将液体均匀地分布在填料层的顶部起始截面，为填料层内良好的气液分布奠定基础。如果液体初始分布不良，会导致以下不利影响：（1）填料表面不能充分润湿，有效传质面积减小，塔的传质效率下降；（2）在塔内产生严重的沟流和壁流现象，即液体优先沿某些路径或塔壁向下流动，使得部分填料区域几乎没有液体通过，气液接触不充分，进一步降低传质效率；（3）可能造成局部液泛，使塔的操作不稳定，处理能力下降；（4）为达到相同的分离要求，需要更高的填料层高度或更大的塔径，增加了设备投资。五、计算题（共40分）1.（计算类，10分）在常压、20℃下的填料吸收塔中，用清水逆流吸收空气-氨混合气中的氨。已知混合气入塔流量为1000m³/h（标准状况），氨的摩尔分数为0.05，要求回收率为95%。操作条件下平衡关系为Y*=1.2X（Y,X为摩尔比）。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总传质单元高度HOG为0.8m。试求：（1）出塔液相浓度X1（摩尔比）；（2）所需填料层高度Z。解：（1）首先进行单位换算和基本数据计算。进塔气体总量G=1000/22.4=44.64kmol/h（标准状况下1kmol气体体积为22.4m³）进塔惰性气体流量V=G×(1-0.05)=44.64×0.95=42.41kmol/h进塔气体组成Y1=y1/(1-y1)=0.05/(1-0.05)=0.05263出塔气体组成Y2=Y1(1-η)=0.05263×(1-0.95)=0.002632进塔吸收剂为清水，X2=0。最小液气比(L/V)min=(Y1-Y2)/(Y1/m-X2)，其中m=1.2。因为X2=0，所以(L/V)min=(Y1-Y2)/(Y1/m)=(0.05263-0.002632)/(0.05263/1.2)=0.05/0.04386=1.140实际液气比L/V=1.5×(L/V)min=1.5×1.140=1.710由全塔物料衡算：V(Y1-Y2)=L(X1-X2)得：X1=X2+(V/L)(Y1-Y2)=0+(1/1.710)×(0.05263-0.002632)=0.05/1.710=0.02924（2）计算气相总传质单元数NOG。脱吸因子S=mV/L=1.2/1.710=0.7018吸收因子A=1/S=1.425NOG=[1/(1-S)]ln[(1-S)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+S]因为X2=0，所以NOG=[1/(1-0.7018)]ln[(1-0.7018)(0.05263/0.002632)+0.7018]=(1/0.2982)ln[0.2982×20+0.7018]=3.353×ln[5.964+0.7018]=3.353×ln(6.6658)=3.353×1.897=6.36所需填料层高度Z=HOG×NOG=0.8×6.36=5.09m答案：（1）出塔液相浓度X1为0.02924；（2）所需填料层高度Z为5.09m。2.（分析类，15分）某填料吸收塔在一定的操作条件下，用纯溶剂逆流吸收某低浓度气体混合物中的溶质A。现因生产要求，需将溶质A的回收率从原来的90%提高到95%。试分析，在塔结构（塔径、填料层高度、填料类型）不变的前提下，可以通过调整哪些操作条件来实现这一要求？并分别讨论这些调整措施可能带来的其他影响及限制。解：在塔结构不变的前提下，即传质单元高度HOG和传质单元数NOG对应的填料层高度Z固定。回收率η提高，意味着出塔气体浓度Y2降低（Y1不变）。由物料衡算可知，出塔液体浓度X1将升高。为在固定高度的塔内达到更高的分离要求（更低的Y2），需要增大传质推动力或传质系数，即需要增大NOG值。可调整的操作条件及分析如下：（1）增加吸收剂用量L。影响：L增加，操作线斜率L/V增大，操作线向远离平衡线的方向移动，全塔平均推动力增大，从而在相同HOG下，能达到更大的NOG，满足提高回收率的要求。同时，由S=mV/L知，脱吸因子S减小，也有利于NOG增加。限制与副作用：a.吸收剂循环量增大，导致泵的能耗增加，操作费用上升。b.若塔内液体负荷原来已较高，增加L可能使塔内压降增大，甚至诱发液泛，破坏正常操作。c.出塔液浓度X1降低（若V、Y1、Y2不变，由物料衡算V(Y1-Y2)=L(X1-X2)，L增大则X1减小），这对后续解吸工序不利，可能增加解吸能耗。d.存在一个上限：液泛极限。（2）降低操作温度。影响：对于物理吸收，降低温度通常使气体溶解度增大，即亨利系数E或相平衡常数m减小。m减小，平衡线下移，传质推动力增大，NOG增加。同时S=mV/L也减小，进一步增加NOG。限制与副作用：a.需要额外的冷却设施来降低吸收剂温度，增加了设备投资和制冷能耗。b.温度过低可能导致吸收剂粘度显著增加，扩散系数减小，可能使传质系数降低，部分抵消推动力增大的好处，甚至使HOG增大。c.需考虑工艺物料对温度的要求，避免某些组分冷凝或发生副反应。（3）提高操作总压力。影响：提高总压p，对于遵循分压定律的系统，气相溶质分压pA=p·y随之提高。根据亨利定律pA*=Ex，在液相浓度x相同的情况下，气相平衡浓度y*=pA*/p=Ex/p，因此提高总压p会使y*降低，平衡线下移，推动力增大，NOG增加。限制与副作用：a.提高压力需要压缩机，能耗和设备投资巨大。b.塔体及附属设备需按更高压力设计，增加设备制造成本。c.对操作安全的要求更高。d.压力提高可能影响其他物性参数，需综合评估。（4）降低入塔气体流量V（处理量）。影响：V降低，气相传质系数kYa可能略有变化，但通常HOG变化不大。由S=mV/L知，V降低使S减小，有利于NOG增加。同时，在相同L下，液气比L/V增大，操作线斜率增大，推动力增加。限制与副作用：a.降低了装置的生产能力，这不是通常希望看到的。b.若为连续生产过程，降低V可能需要调整上游工序。需要注意的是，这些措施往往是相互关联的。在实际操作中，需要综合考虑能耗、设备能力、生产负荷、上下游工艺匹配以及经济性等因素，选择最适宜的调整方案。有时单一措施可能不足以达到要求，需要联合调整。3.（综合类，15分）某厂采用填料塔，用清水逆流吸收含有可溶组分A的空气混合气。已知塔径为1.2m，填料层高度为8m。在操作条件下，测得以下数据：入塔混合气流量为2000kmol/h（以惰性气体计），其中A的摩尔比为Y1=0.1；清水流量为3000kmol/h；出塔气体中A的摩尔比为Y2=0.02；平衡关系可近似表示为Y*=0.8X。现因工艺改造，入塔气体中A的浓度升高至Y1‘=0.15，气体流量和液体流量均保持不变。要求出塔气体浓度Y2’不得高于0.025。请问现有的吸收塔能否满足新的工艺要求？请通过详细计算说明理由。若不能满足，有何建议措施？（假设在操作范围内，HOG不变，且仍适用低浓度吸收计算方法）解：首先，根据原工况数据，计算原工况下的HOG和NOG，以验证HOG是否可求。原工况：V=2000kmol/h,L=3000kmol/h,Y1=0.1,Y2=0.02,X2=0,m=0.8。（1）原工况计算：由物料衡算求X1：V(Y1-Y2)=L(X1-X2)2000×(0.1-0.02)=3000×(X1-0)X1=(2000×0.08)/3000=0.05333脱吸因子S=mV/L=0.8×2000/3000=0.5333吸收因子A=L/(mV)=1/S=1.875气相总传质单元数NOG：NOG=[1/(1-S)]ln[(1-S)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+S]=[1/(1-0.5333)]ln[(1-0.5333)(0.1/0.02)+0.5333]=(1/0.4667)ln[0.4667×5+0.5333]=2.143×ln[2.3335+0.5333]=2.143×ln(2.8668)=2.143×1.053=2.256已知填料层高度Z=8m，则气相总传质单元高度HOG为：HOG=Z/NOG=8/2.256=3.546m（2）新工况校核：新工况：V‘=2000kmol/h(不变),L’=3000kmol/h(不变),Y1‘=0.15,Y2’=0.025(要求值),X2‘=0,m=0.8(假设不变)。首先，由物料衡算求达到Y2‘=0.025时所需的出塔液相浓度X1’：V‘(Y1’-Y2‘)=L’(X1‘-X2’)2000×(0.15-0.025)=3000×(X1‘-0)X1’=(2000×0.125)/3000=0.08333新工况下的脱吸因子S‘=mV’/L‘=0.8×2000/3000=0.5333(不变)新工况下，为达到Y2’=0.025所需的理论传质单元数NOG‘为：NOG‘=[1/(1-S‘)]ln[(1-S’)(Y1‘-mX2’