新版化工原理习题答案(08)第八章__气体吸收[1]
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第八章 气体吸收
1. 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为
76.6
170.07576.61000
1718
x =
=+ 由 *p E x = 亨利系数为 *15.0
k P a 200.0
0.075
p E x
=
=
=kPa 相平衡常数为
t
200.0 1.974101.3
E m p =
==
由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为 992.2ρ=kg/m 3 溶解度系数为 k P a )
k m o l /(m 276.0kPa)kmol/(m
18
0.2002.9923
3
S
?=??=
=
EM
H ρ
2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为
3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操
作条件下，亨利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3
。
解：水溶液中CO 2的浓度为
3
3
350/1000
km ol/m 0.008km ol/m 44
c =
=
对于稀水溶液，总浓度为 3
t 997.8k m o l /m 55.43
18c =
=kmol/m 3
水溶液中CO 2的摩尔分数为
4
t
0.008 1.4431055.43
c x c -=
=
=?
由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa
气相中CO 2的分压为
t 101.3
0.03k P a 3.039p p y ==?=kPa <
*p 故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO 2的分压表示的总传质推动力为
*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ?=-=-=kPa
3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的
气、液相组成分别为0.032y =、3
1.06koml/m c =。
气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2
·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3
·kPa)。 （1）试计算以p ?、c ?表示的总推动力和相应的总吸收系数；
（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06
*
(110.50.032
)k P a 2.074
0.725
c
p p p p y H
?=-=-
=?-=kPa 其对应的总吸收系数为 2
4
6
G
L
G
1111
1(
)(m s kPa)/km ol 0.725 1.5510
5.210
K H k k --=
+=+
?????
3
5
25
2
(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =?+???=???
6
G 10
97.4-?=K kmol/(m 2
·s ·kPa)
以液相组成差表示的总推动力为
33*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ?=-=-=??-= 其对应的总吸收系数为 m /s 10
855.6m/s 10
2.5725.010
55.111
116
6
4
G
L
L
---?=?+
?=
+=
k H k K
（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
%58.95%10010
2.51097.4/1/16
6G
G G
G =???=
=--k K K k
气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为10
5.0 kPa ，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126
kmol/(m 3·kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5 kPa ，液相组成为2.85 kmol/m 3，液膜吸收系数k L =2.12×10-5 m/s ，气相总吸收系数K G ＝1.206×10-5 kmol/(m 2·s ·kPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k G 、k x 及k y ；（2）总吸收系数K L 、K X 及K Y ；（3）吸收速率。
解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为
0.997
=ρkg/m 3
溶液的总浓度为
3
t 997.0km ol/m 55.3918
c =
=kmol/m 3
5
2
3
2
x t L
55.392.1210k m o l /(m s )
1.174
10k m o l /(m
s )
k c k --
=???=??＝ 2
5
5
G
G
L
11111
(
)(m s kPa)/ kmol 1.20610
2.126 2.1210
k K Hk --=-=-
?????
4
2
6.07310(m s kPa)/ kmol =???
52G 1.64710kmol (m s kPa)k -=???
5232
y t G 105.0 1.64710km ol/(m s) 1.72910km ol/(m s)k p k --==???=??
（2）由6
5
G L 10
673.5m/s 126.210
206.1--?=?=
=H
K K m/s
248.018
0.105126.20.997S
=??=
=
M
Hp m 总ρ
2
2
2
3
3
y
y
x
111
0.248(
)(m s)/km ol 7.89610(m s)/km ol 1.72910
1.17410
m K k k --=+=+
?=????
32y 1.26610km ol (m s)K -=??
3
2
4
2
x y 0.248 1.26610km ol/(m s) 3.14010km ol/(m s)K m K --==???=??
因溶质组成很低，故有
6
2
4
2
X t L 55.39 5.67310km ol/(m s) 3.14210km ol/(m s)K c K --≈=???=??
5232
Y t G 105.0 1.20610kmol/(m s) 1.26610kmol/(m s)K p K --≈=???=?? （3）吸收速率为
()()6
2A L * 5.67310
2.1267.5 2.85km ol/(m s)N K c c -=-=???-? 52
1.31010kmol/(m s)-=??
5. 在101.3 kPa 及25 ℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y 1=0.04、y 2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103
kPa ，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
（1） 试计算吸收液的组成；
（2） 若操作压力提高到1013 kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：（1）1110.040.0417110.04
y Y y =
=
=--
222
0.002
0.002
110.002
y Y y ==
≈-- 3
t
4.1310
40.77
101.3
E m p ?=
=
= 吸收剂为清水，所以 02=X
n,L
12n,V
12
m in 0.04170.002
38.81/0.0417/40.770q Y Y q Y m X ??--=== ? ?--?? 所以操作时的液气比为
n
,L
n ,L
n ,V
n ,V m i n
1.45
1.4538.81
56.27
q q q q ??
==?= ? ??? 吸收液的组成为 ()()n ,V
4
11
2
2n
,L
10.04170.00207.05
410
56.27
q X Y
Y X q -=
-+=?-+=? （2） 3
t 4.1310 4.0771013
E m p ?'=
=
='
n,L
12
n,V
12
m in
0.04170.002 3.8810.0417/0
4.077
q
Y Y q Y m X '
??--=
=
= ? ?'-??-
n ,L n ,L
n ,V n ,V m i n 1.451.45
3.8815.627
q q
q q
''????==?= ? ? ? ????? ()()n ,V 3
11
2
2
n ,L 1
0.0417
0.0020
7.05
510
5.627
q X Y Y X q -'
??
'=-
+=?-+=
? ?
???
6. 在一直径为0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45 kmol/h ，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为34.5Y X =，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m 3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。
解：111
0.0320.0331110.032
y Y y =
=
=--
()()21A 10.033110.980.0
00662Y Y ?=-=?-=
4
110.0331*9.59410
34.5
Y X m
-=
=
=? 44110.76*0.769.594107.29110X X --==??=? 惰性气体的流量为
n,V 45(10.032)km ol/h 43.56km ol/h q =?-=
水的用量为
()
n,V 123
n,L 4
12
()43.560.03310.000662km ol/h 1.93810km ol/h 7.29110
q Y Y q X X --?-=
=
=?-?-
3
4
m ,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =??=?
求填料层高度 m 429.0m 8
.0785.00562.03600/56.432
Y V n,OG =??=
Ω
=
a K q H
4
111*0.033134.57.29110
0.00795Y Y Y -?=-=-??=
222*0.00066234.500.000662Y Y Y ?=-=-?= 12m 12
0.007950.000662
0.002930.00795ln
ln 0.000662
Y Y Y Y Y ?-?-?=
=
=??
07.1100293
.0000662
.00331.0m
21OG =-=
?-=
Y Y Y N
m 749.4m 429.007.11OG OG =?==H N Z
7. 某填料吸收塔内装有5 m 高，比表面积为221 m 2/m 3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h ，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h ，
其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为 2.75Y X =；气相总吸收系数为42
310kmol/(m s)-??；
填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。
解：（1）惰性气体的流量为
n,V 50(10.05)km ol/h 47.5km ol/h q =?-=
对于纯溶剂吸收
n,L 12
A n,V
12
m in /q Y Y m q Y m X ???-== ? ?
-?? 依题意
n,L n,V
m in
200
2.63247.5 1.6q q ??== ? ???? n,L n,V min
A (/) 2.63295.71%2.75
q q m ?=
=
=
（2）111
0.050.0526110.05
y Y y =
=
=--
()()21A 10.052610.95710.00226Y Y ?=-=?-= ()()0120.0000226.00526.0200
5.47221L
n,V n,1=+-?=
+
-=
X Y Y q q X
111*0.0526 2.750.01200.0196Y Y Y ?=-=-?= 00226.0075.200226.0*222=?-=-=?Y Y Y 00803.000226
.00196.0ln
00226.00196.0ln 2
121m
=-=???-?=?Y Y Y Y Y 269.600803.000226
.00526.0m 21OG =-=
?-=Y Y Y N
m 798.0m 269
.65
OG
OG ==
=
N Z H
由 Ω=a K q H Y V n,OG
2
2
4
OG
Y V
n,m 277.0m
798
.09.022110
33600
/5.47=????=
=
-aH
K q Ω
填料塔的直径为
m 594.0m 14
.3277.04π
4=?=
=
ΩD
8. 在101.3 kPa 及20 ℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G 为600 kg/(m 2
·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526，水的质量流速W 为800 kg/(m 2
·h)，填料层高度为3 m 。已知操作条件下平衡关系为Y = 0.9 X ，K G a 正比于G 0.8而于W 无关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3) 液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。
解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数 111
0.05
0.0526
110.05y Y y =
=
=--
222
0.0005260.000526110.000526
y Y y =
=
=--
操作条件下，混合气的平均摩尔质量为 ()i
i
0.051710.0529kg/kmol 28.4kg/kmol
M x M
==?+-?=????∑ ()n,V 2
2
60010.05 kmol/(m h)20.07kmol/(m h)28.4
q =
?-?=?Ω
()n ,L 22
80010 kmol/(m h)44.44 kmol/(m h)18
q =?-?=?Ω n,V n,L 0.920.070.40644.44m q S q ?=
== (
)()n ,V 111
2n
,L
*0.4060.0526
0.0005260.0211
q
Y m X m Y Y q ==-=?
-=
111*0.05260.02110
.0315Y Y Y ?=-=-= 222*0.0005260
0.000526Y Y Y ?=-=-= 1O G 2
110.0315
ln ln
6.890110.406
0.000526
Y N S
Y ?=
=
=-?-
O G O G
3m 0.4356.890
Z H N =
=
=m
（1）t t 2p p '= t E m p =
t t 2
p m m m p '=
=
'
n ,V
n
,L
0.406
0.2032
2
m q S S q ''=
==
= 若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。所以 *11110.05260.02110.04212
Y Y Y ''?=-=-
?=
*
2220.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-=
1O
G 2110.0421ln
ln
5.499110.203
0.000526
Y N S Y '?'===''-?-
n
,V
n ,V
O G Y G q q
H K a K ap =
=
ΩΩ
总
n,V O G O G G 0.435m 0.2182
2
q H H K ap '=
=
=
='Ω总
m
O G O G 0.2185.499m
1.199
Z H N '''==?=m (1.1993)m 1.801Z Z Z '?=-=-=-m 即所需填料层高度比原来减少1.801m 。
（2）n,V
n,V 2q q '= n
,V
220.4060.812
mq S S L
''=
==?= 若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即 112X X '=
故
()()*
111
111
12
0.05260.812
0.0526
0.000526
0.0103
Y Y Y Y m X Y S Y Y ''''?=-=-=--=-?-=
*222
0.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-= 1OG 2110.0103
ln
ln
15.82110.812
0.000526
Y N S Y '?'==
='
'
-?-
n
,V
n ,V
n ,V
0.2O G n ,V
0.8Y G n ,V
q q
q H q
K a K aP q
=
=
∝
=ΩΩ
0.2
n
,V
0.2
O G O G
n
,V 2
0.435m
0.500
q H H
q ??'
'==?= ? ???
m O G O
G 0.50015.82m 7.910Z H N '''==?=m
(7.9103)m 4.9
Z Z Z '?=-=-=m 即所需填料层高度要比原来增加4.910 m 。
（3） n,L
n,L 2q q '= n,V n,L
0.4060.2032
2
m q S S q '=
=
=
='
()*
12OG *
221
ln 11Y Y N S S S Y Y ??'
-'
''=-+??''--??
()1
0.05260
l n 10.2030.2035.497
10.2030.000526
0-?
?
=
-
+
=??--?
?
W 对K G a 无影响，即n ,L q 对K G a 无影响，所以传质单元高度不变，即
O
G O G
0.435
H H '==m O G O
G 0.4355.497m 2.391m
Z H N '''==?= (2.3913)m 0.60Z Z Z '?=-=-=- 即所需填料层高度比原来减少0.609 m 。
9. 某制药厂现有一直径为1.2 m ，填料层高度为3 m 的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为40 kmol/h ，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气
液平衡关系为Y = 2.2X ；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35 kmol/ (m 2
·h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。
解：（1）111
0.060.0638110.06
y Y y =
=
=--
()()21A 10.063810.950.00319
Y Y ?=-=?-=
惰性气体的流量为
n,V 40(10.06)km ol/h 37.6km ol/h q =?-=
n,L
A n,V
m in
2.20.95 2.09q m q ???
==?= ? ??? ()
h kmol 58.78h kmol 6.3709.2min
L
n,=?=q
h kmol 9.117h kmol 58.755.1L n,=?=q
()
()n ,V 1122n
,L
37.6
0.06380.00319
0.0193
117.9
q X Y Y X q =
-+=?-+= （2）111*0.0638 2.20.01930.0213Y Y Y ?=-=-?= 222*0.003192.20
0.00319
Y Y Y ?=-=-?= 12m 12
0.02130.003190.009540.0213ln
ln 0.00319
Y Y Y Y Y ?-?-?=
=
=??
12OG m
0.06380.00319
6.3530.00954
Y Y N Y --==
=?
O G O G
3m 0.4726.353
Z H N =
=
=m
由 n
,V
O G Y q H K a =
Ω
填料的有效比表面积为
n,V
2323
2
O G Y 37.6
m /m 201.35m /m 0.4720.350.785 1.2
q a H K =
=
=Ω
???
填料的总比表面积为
2
3
2
3
t 201.35m /m 223.72m /m 0.9
a =
=
由
OG T
ln 1
N S N S =-
n,V n,L
2.237.60.702117.9
m q S q ?=
=
= T 6.353(0.7021)
5.351ln 0.702
N ?-=
=
由 T
Z H E T P N
=? 填料的等板高度为
3
m 0.561m
5.351
H E T P =
=
10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.085，操作条件下
物系的相平衡常数为26.7，载气的流量为250 kmol/h 。若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h ）及所需理论级数。 解：111
0.0850.0929110.085
y Y y =
=
=--
()()21A 10.092910.920.00743
Y Y ?=-=?-=
用清水吸收，20X = n ,L
A n ,V m
i n
26.7
0.92
24.564
q m q ???==?=
?
??? 操作液气比为
n ,L n
,V
1.5524.564
38
.074q q =?= 水的用量为
3
n,L 38.074250km ol/h 9.51910km ol/h q =?=? 35
m ,L 9.5191018kg/h 1.71310kg/h q =??=?
n
,L n
,V
38.074
1.426
26.7
q A m q =
=
= 用清水吸收，A 0.92??==
由 T ln 11ln A N A
??--=
-
1.4260.92ln 10.921 4.198ln 1.426
T N --=
-=
11. 某制药厂现有一直径为 0.6 m ，填料层高度为6 m 的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V =500 m 3/h 、Y 1=0.02、Y 2=0.004、X 1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。
解：改造前填料层高度为
O G O G
Z H N
=
改造后填料层高度为
O
G O G Z H N '''= 故有O G O G O G O G
H N Z Z
H N ''
'=
由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故
O
G O G H H '= S S
'=
对于纯溶剂吸收20X =，2*0Y =
由 12OG 22*1ln[(1)
]1*
Y Y N S S S
Y Y -=
-+--
故 1O G 21ln[(1)
]1Y N S S S Y =
-+- 1O
G 21ln[(1)
]1Y N S S S
Y '=-+'
-
因此，有
1212
ln[(1)]ln[(1)
]
Y S S Y Z Y Z
S S Y -+''=
-+
操作液气比为
n,L 12n,V
12
0.020.00440.0040
q Y Y q X X
--=
=
=--
n,V n,L
1.50.3754
m q S q =
=
=
0.02ln[(10.375)0.375]
0.002
1.5090.02ln[(10.375)
0.375]
0.004
Z Z
-+'=
=-+
1.5096m 9.054m Z '=?=
填料层增加的高度为
(9.0546)m 3.054m
Z Z Z '?=-=-=
12. 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导O G G L 1H H H A
=+。
解：n,V G y q H k a =
Ω
n,L L x q H k a =
Ω
n,V n,L
1m q S A
q =
=
n,V n,V n,L n,V n,V
G L y n,L
x y
x
Y
111
()q m q q q q m H H A
k a q k a a k k a K +
=
+=+=
Ω
Ω
Ω
Ω
由 n,V O G Y q H K a =
Ω
故 O G G L 1H H H A
=+
13. 在装填有25 mm 拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨。操作条件为20 ℃及101.3 kPa ，气相的质量速度为0.525 kg/(m 2·s)，液相的质量速度为2.850 kg/(m 2·s)。已知20 ℃及101.3 kPa 时氨在空气中的扩散系数为5
10
89.1-?m 2/s ，20 ℃时氨在水中的扩散系数为9
1.7610-?m 2/s 。试估算传质单元高度H G 、H L 。
解：查得20 ℃下，空气的有关物性数据如下：
5
G 1.8110
μ-=?Pa ·s G 1.205ρ=kg/m 3 由 ()0.5
βγG G H G W Sc α=
5
G G 5
G AB
1.8110
0.7951.205 1.8910
Sc D μρ--?=
=
=??
查表8-6，0.557α=，0.32β=，0.51γ=-
()0.5
0.32
0.51
G G 0.557H G
W
Sc -=
0.32
0.51
0.5
0.5570.525
2.850
0.795
m 0.237m -=???=
查得20 ℃下，水的有关物性数据如下： 5
L 100.510μ-=?Pa ·s L 998.2ρ=kg/m 3
由 ()0.5
L
L L W H Sc β
αμ??= ?
??
5
L
L 9
L AB
100.510
572.1998.2 1.7610
Sc D μρ--?=
=
='??
查表8-7，32.3610α-=?，22.0=β
()0.22
0.5
3
L
L L 2.3610W H Sc μ-??=? ?
??
()
0.22
0.5
3
52.8502.3610
572.1m 0.325m
100.510--??=???= ????
14. 用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.008 5和0.001 6（均为摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳0.000 5（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35 ℃、101.3 kPa ，此时平衡关系为Y =106.03X 。操作气液比为最小气液比的1.45倍。若取OL 0.82H =m ，求所需填料层的高度。
解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为 110.0005Y y ≈= 最小气液比为
n,V
21n,L
21m in
0.00850.0016
0.00766106.030.00850.0005q X X q m X Y ??--=== ? ?-?-?? 操作气液比为
n,V n,L
1.450.007660.0111q q =?=
吸收因数为 n,L n,V
1
0.850106.030.0111
q A m q =
=
=?
液相总传质单元数为
()()21O L 11*
1
ln 11*0.0005
0.00851
106.03ln 10.8500.850 3.334
0.0005
10.8500.0016106.03X X N A A A X X ??-=
-+??--???
?
-
??=-+=??-?
?
-
?
?
填料层高度为
OL OL 0.82 3.334m 2.734m Z H N ==?=
15. 某操作中的填料塔，其直径为0.8 m ，液相负荷为8.2 m 3/h ，操作液气比（质量比）为6.25。塔内装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109 m 2/m 3。操作条件下，液相的平均密度为995.6 kg/m 3，气相的平均密度为1.562
kg/m 3
。
（1）计算该填料塔的操作空塔气速；
（2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断是否达到最小喷淋密度的要求。 解：（1）填料塔的气相负荷为 33
V ,V 8.2995.6m /h 836.25m /h 6.25 1.562
q ?=
=?
填料塔的操作空塔气速为
2
836.25/3600m /s 0.462m /s 0.7850.8
u =
=?
（2）填料塔的液体喷淋密度为
V,L 3232
2
2
8.2m /(m h)16.32m /(m h)π/40.7850.8
q U D
=
=
?=???
最小喷淋密度为
m i n W m i n ()U L a =32
32
0.08
109m /(m h )8.72m /(m
h )
=??=? m in U U >，达到最小喷淋密度的要求。
16. 矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗涤以除去其中的二氧化硫。已知入塔的炉气流量为2400 m 3/h ，其平均密度为1.315 kg/m 3；洗涤水的消耗量为50 000 kg/h 。吸收塔为常压操作，吸收温度为20 ℃。填料采用DN50塑料阶梯环，泛点率取为60％。试计算该填料吸收塔的塔径。
解：查得20 ℃下，水的有关物性数据如下： 5
L 100.510μ-=?Pa ·s L 998.2ρ=kg/m 3
炉气的质量流量为
m ,V 2400 1.315kg/h 3156.0kg/h q =?=
采用埃克特通用关联图计算泛点气速， 横坐标为
m ,L 0.5
0.5
V m ,V
L
50000 1.315(
)
()0.5753156998.2
q q ρρ=
= 查图8-23，得纵坐标为
2
0.2
V F F L
L
(
)0.038u g
ρψμρΦ=
L
1ρψρ=
=水
对于 DN50塑料阶梯环，由表8-10 和附录二分别查得
F 127Φ=1/m
2
3
t 114.2m
m
a =
故 2
0.2
F 12711.3151.0050.0
389.81998.2
u ????=
解出
F 1.492u =m/s
操作空塔气速为
F 0.600.60
1.492m /s
0.895m /s
u u
==?= 由 V ,V
4πq D u
=
42400/3600
m 0.974
m π0.895
?=
=? 圆整塔径，取D =1.0 m 校核 100020850
D d ==>
，故所选填料规格适宜。
取
W m i n ()0.08
L =m 3
/（m ·h ）
最小喷淋密度为
3232W m in t m in ()0.08114.2m /(m h)9.136m /(m h)U L a ==??=?
操作喷淋密度为
32322
50000/998.2m /(m h)63.81m /(m h)π 1.0
4U =?=?? > min U
操作空塔气速为
s m 849.0s m 0
.14π360024002
=?=
u
泛点率为
F
0.849100%100%56.90%1.492
u u ?=?=
经校核，选用D =1.0 m 合理。
化工原理下册复习题
吸收 一填空 (1) 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k y=2kmol/m2·h，气相传质总K y=1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度y i应为?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 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N OG增加。 (4) 板式塔的类型有；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。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 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。 (8) 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。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 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H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 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k y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；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 。
化工原理传质概论与气体吸收考试题目
单项选择题(每题2分,共10题)成绩查询 第七章传质概论 1. 双组分理想气体进行定常单向扩散，如维持气相各部分pA不变，总压增加，气相中的传质通量NA将如何变化？ A：增加 B ：减少C：不变 D：不定 2. 下述_______分离过程中哪一种不属于传质分离。 A ：萃取分离B ：吸收分离C ：结晶分离D：离心分离 3. 气相压力一定，温度提高1倍，组分在气相中的扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1倍 D：不变 4. 若温度不变，压力增加1倍，则扩散系数_______。 A：增大1 倍B：约原来的2.83倍 C：减少1 倍D：不变 5. 双组分气体(A、B)在进行定常分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：_______。 A：|JA|=|JB|， |NA|>|NB|B：|JA|>|JB|， |NA|=|NB| C：|JA|<|JB|，|NA|>|NB D：|JA|=|JB|，|NA| 8. 单向扩散中飘流因子_______。 A： >1B：<1 C：=1 D：不确定 9. 双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_______。 A ：相界面两侧的膜层中B：相界面上 C：液膜之中 D：气膜之中 化工原理下册题库 300题 化工原理（下）题库（1） 一、选择题（将正确答案字母填入括号内） 1、混合物中某组分的质量与混合物质量之比称为该组分的（ A ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 2、关于精馏塔中理论的叙述错误的是（ B ）。 A.实际上不存在理论塔板 B. 理论塔板仅作为衡量实际塔板效率的一个标准。 C. 理论塔板数比实际塔板数多 3、在精馏塔中每一块塔板上（ C ）。 A. 只进行传质作用 B. 只进行传热作用 C. 同时进行传热传质作用 4、气体吸收过程中，吸收速率与推动力成（ A ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 5、气体的溶解度很大时，溶质的吸收速率主要受气膜一方的阻力所控制，故称为（ A ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 6、普通温度计的感温球露在空气中，所测得的温度为空气的（ A ）温度。 A. 干球 B. 湿球 C. 绝热饱和 7、混合物中某组分的物质的量与混合物物质的量之比称为该组分的（B ）。 A. 质量分数 B. 摩尔分数 C. 质量比 8、在蒸馏过程中，混合气体中各组分的挥发性相差越大，越（B ）进行分离。 A. 难 B. 容易 C. 不影响 9、气体吸收过程中，吸收速率与吸收阻力成（ B ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 10、气体的溶解度很小时，溶质的吸收速率主要受液膜一方的阻力所控制，故称为（ B ）。 A. 气膜控制 B. 液膜控制 C. 双膜控制 11、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 12、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 13、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 14、以下有关全回流的说法正确的是（ A、C ）。 A、精馏段操作线与提馏段操作线对角线重合 B、此时 所需理论塔板数量多 第八章气体吸收 1.在温度为40℃、压力为101.3kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6g (NH 3)/1000g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。解：水溶液中氨的摩尔分数为 76.6 170.07576.610001718 x ==+由*p Ex =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075 p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p = ==由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 18 0.2002.99233S ?=??==EM H ρ 2.在温度为25℃及总压为101.3kPa 的条件下，使含二氧化碳为 3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m 3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧 化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数51066.1?=E kPa ，水溶液的密 度为997.8kg/m 3。 解：水溶液中CO 2的浓度为 33 350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44 c ==对于稀水溶液，总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c = =kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为 4 t 0.008 1.4431055.43 c x c -===?由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa <* p 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___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 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－y e）_________。 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H OG将_________，N OG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、填料的种类很多，主要有________、_________、_________、________、___________、______________。 拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。 12、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。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。 单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。 填料的表面积及空隙 15、填料应具有较_____的__________，以增大塔内传质面积。 大比表面积 16、吸收塔内填装一定高度的料层，其作用是提供足够的气液两相_________。 传质面积 17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 18、以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式为N A=K Y（Y﹣Y﹡）。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。 20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作，液气比相同，吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3，则气体溶解度的大小关系为。 化工原理例题与习题标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N] 第一章流体流动 【例1-1】已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3与998kg/m3，试求含硫酸为60%（质量）的硫酸水溶液的密度为若干。 解：根据式1-4 =（+）10-4=×10-4 ρ m =1372kg/m3 【例1-2】已知干空气的组成为：O 221%、N 2 78%和Ar1%（均为体积%），试求干空气在 压力为×104Pa及温度为100℃时的密度。 解：首先将摄氏度换算成开尔文 100℃=273+100=373K 再求干空气的平均摩尔质量 M m =32×+28×+× =m3 根据式1-3a气体的平均密度为： 【例1-3 】本题附图所示的开口容器内盛有油和水。油层高度h1=、密度ρ 1 =800kg/m3，水层高度h2=、密度ρ2=1000kg/m3。 （1）判断下列两关系是否成立，即p A=p'A p B=p'B （2）计算水在玻璃管内的高度h。 解：（1）判断题给两关系式是否成立p A=p'A的关系成立。因A与A'两点在静止的连通着的同一流体内，并在同一水平面上。所以截面A-A'称为等压面。 p B =p' B 的关系不能成立。因B及B'两点虽在静止流体的同一水平面上，但不是连通 着的同一种流体，即截面B-B'不是等压面。 （2）计算玻璃管内水的高度h由上面讨论 知，p A=p'A，而p A=p'A都可以用流体静力学基本方程式计算，即 p A =p a +ρ 1 gh 1 +ρ 2 gh 2 p A '=p a +ρ 2 gh 于是p a+ρ1gh1+ρ2gh2=p a+ρ2gh 简化上式并将已知值代入，得 800×+1000×=1000h 解得h= 【例1-4】如本题附图所示，在异径水平管段两截面（1-1'、2-2’）连一倒置U管压差计，压差计读数R=200mm。试求两截面间的压强差。 解：因为倒置U管，所以其指示液应为水。设空气和水的密度分别为ρg与ρ，根据流体静力学基本原理，截面a-a'为等压面，则 p a =p a ' 又由流体静力学基本方程式可得 p a =p 1 －ρgM 气体吸收（化工原理）习题及答案 气液平衡 1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？ 解： 当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即 y=0.10 根据 y -1y Y ＝，所以0.110.1-1 0.1Y =＝ 2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。 解： 查得30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p 稀溶液：3kmol/m 56.5518 1000==≈S M c ρ 421017.556 .5510875.2--?=?==c c x A kPa 10876.110 17.51.9754*?=?==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21 .9710875.2342*??=?==--A A p c H 18543 .10110876.15 =?==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 2 20％（体积分率）空气－CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。 解： 查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105 kPa CO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.218 1088.11000345??=??==-S S EM H ρ kPa 3.2033.10120.0* A =?==yp p 334*km ol/m 1001.63.201096.2--?=??==A A Hp c 18523 .1011088.15 =?==p E m 4-101.081852 0.20m y x ?=== 4-4--4 101.0810 1.081101.08x -1x X ?=??=－＝ 4．在压力为505kPa ，温度25℃下，含CO 220％（体积分率）空气－CO 2混合气，通入盛有1m 3水的2 m 3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3 时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa ，设CO 2 大部分放出，求能最多获得CO 2多少kg ？。 解： 设操作温度为25℃，CO 2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E 为1.66×105kPa 。 解： Ex p =*A （1） x p 5*A 1066.1?= 气相失去的CO 2摩尔数＝液相获得的CO 2摩尔数 x cV RT V p p L G =-)(*A A x p ??=??-?118 1000298314.81)5052.0(*A x p 56.551004.44080.0*A 4=?-- （2） （1）与（2）解得：4103.33-?=x 减压后： 830020 1066.15 =?==p E m 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数 E 值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数 E 不变， H 不变，相平衡常数 m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2 ，过程属于（ B ） A 、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制 ② 其气膜阻力（C）液膜阻力 A 、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m 的直线时，则 1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数 E 值很大，则说明该气体为难溶气体 5 、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG ，当(气膜阻力 1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、 G 、Ky 、 Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG 分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG 表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子 A 的定义式为 L/ （ Gm ），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当 A<1 时，塔高 H= ∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G ） min 时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元 高度 HOG 将↑，总传质单元数NOG将↓，操作线斜率（L/G ）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度 x2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 x2 增大，其它条件不变，则 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组 成气相总传质单元高度将（ A ）。 A. 不变 B.不确定 C.减小 D. 增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 及温度而异，单位与压强的 2、亨利系数与温度、压力的关系； E 值随物系的特性单 位一致； m 与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、 E 、 H 、 m 之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x 图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min 、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 1. 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=，试求：⑴与此液相组成相平衡的汽相组成y；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； =(P总－40)／（－40） ∴P总=； y A=x A·P A°／P总=×／= （２）α=P A°／P B°=／40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯－甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。 解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y′=′(提馏段) ∴R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x D=×= ！ 两操作线交点时, y=y′x=x′ ∴+= x F = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) ∴y′=x w =－x W= 由全塔物料衡算F=D+W F x F = D x D + W x W D =(x F—x W)/(x D－x W)F = ∵饱和液体进料 V′=V=L+D=(R+1)D=×=h - 6. 已知某精馏塔进料组成x F=，塔顶馏出液组成x D=，平衡关系ｙ＝ｘ＋，试求下列二种情况下的最小回流比R min。⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。解：R min = (x D－y q)/(y q －x q ) (1) ； y q= x q + (2) ； y q= qx q/ (q－1)－x f / (q－1) (3) ⑴q=0, 由(3) y q=x f=，由(2) x q = ， R min = 由(3) x q =x f =，由(2) y q =×+=， R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成x D=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2R min，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, x q = x F = , y q =3×(1+2×=2= R min / (R min+1)= ： R min=4/5= 2. V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h 3. y=[R/(R+1)]x + x D / (R+1)=+ 12. 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=。(1)求塔顶、底的产品量；(2)若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 解：（1）F=D+W ，Fx F=Dx D＋Wx W 30=D+W ，30×= D×+W× ∴D= / h W= / h （2）x q=x F= ， y q =αx q／[1+ (α—1)x q ] =×[1+ —1)×] = R min =(x D－y q)／(y q－x q)=—/ —=， ？ R = ×R min =×= 精馏段的操作线方程为： y = [R / (R+1)]x +x D／（R+1) 第四部分气体吸收 一、填空题 1．物理吸收操作属于传质过程。理吸收操作是一组分通过另一停滞组分的单向扩散。 2．操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是达不到要求的吸收分离效果。 3．若吸收剂入塔浓度X 2 降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率增大。 4．若吸收剂入塔浓度X 2 降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度降低。 5．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 水溶液在一个大 气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*= （大气压），则SO 2 将从气相向液相转移。 6．含SO 2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为 kmol/m3的SO 2 水溶液在一个大 气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*= (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为 atm 大气压。 7．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L =l/k L +H/k G ，其中l/k L 为液膜 阻力。 8．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/K L =l/k L +H/k G ，当气膜阻力H/k G 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 9．亨利定律的表达式之一为p*=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 10．亨利定律的表达式之一为p*=Ex，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为易溶气体。 11．低浓度气体吸收中，已知平衡关系y*=2x，k x a= kmol/，k y a =2l0-4kmol/， 则此体系属气膜控制。 12．压力增高，温度降低，将有利于吸收的进行。 13．某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若y 1 下降，L、 V、P、T等不变，则回收率减小。 14．某操作中的吸收塔，用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若L增加，其余操作条件不变，则出塔液体浓度降低。 15．吸收因数A在Y-X图上的几何意义是操作线斜率与平衡线斜率之 比。 16．脱吸因数S可表示为mV / L，吸收因数A可表示为 L/ mV 。17．脱吸因数S在Y-X图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。18．在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成将增加。19．在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，液体出口组成将减少。20．吸收过程物料衡算时的基本假定是：（1）气相中惰性气体不溶于液相；（2）吸收剂不挥发。 21．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将减小。 22．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则操作线将靠近平衡线。 23．在气体流量、气体进出口压力和组成不变时，若减少吸收剂用量，则设备费用将增加。 24．对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG 将不变。 25．对一定操作条件下的填料塔，如将填料层增高一些，则塔的N OG 将增加。 26．如果一个低浓度气体吸收塔的气相总传质单元数N OG =1，则此塔的进出口浓 度差（Y 1-Y 2 ）将等于塔内按气相组成表示的平均推动力。 27.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。 三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452× 第3章非均相物系分离 一、选择题 恒压过滤且介质阻力忽略不计时，如粘度降低20%，则在同一时刻滤液增加（）。A、11.8%；B、9.54%; C、20%; D、44% 板框式压滤机由板与滤框构成，板又分为过滤板和洗涤板，为了便于区别，在板与框的边上设有小钮标志，过滤板以一钮为记号，洗涤板以三钮为记号，而滤框以二钮为记号，组装板框压滤机时，正确的钮数排列是（）. A、1—2—3—2—1 B、1—3—2—2—1 C、1—2—2—3—1 D、1—3—2—1—2 与沉降相比，过滤操作使悬浮液的分离更加（）。 A、迅速、彻底 B、缓慢、彻底 C、迅速、不彻底 D、缓慢、不彻底 多层隔板降尘室的生产能力跟下列哪个因素无关（）。 A、高度 B、宽度 C、长度 D、沉降速度 降尘室的生产能力（）。 A、与沉降面积A和沉降速度ut有关 B、与沉降面积A、沉降速度ut和沉降室高度H有关 C、只与沉降面积A有关 D、只与沉降速度ut有关 现采用一降尘室处理含尘气体，颗粒沉降处于滞流区，当其它条件都相同时，比较降尘室处理200℃与20℃的含尘气体的生产能力V的大小（）。 A、V200℃>V20℃ B、V200℃＝V20℃ C、V200℃ 判断 有效的过滤操作是（）。 A、刚开始过滤时 B、过滤介质上形成滤饼层后 C、过滤介质上形成比较厚的滤渣层 D、加了助滤剂后 当固体粒子沉降时，在层流情况下，Re ＝１，其ζ为（）。 A、64/Re B、24/Re C、0.44 D、1 含尘气体通过降尘室的时间是t，最小固体颗粒的沉降时间是t 0，为使固体颗粒都能沉降下来，必须（）： A、t 题1. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa，液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度C A,i和p A,i; （2）K G和K L及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？ 解：（1）求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程， k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得：p A,i = 3546.38Pa C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1 C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 （3）本题计算方法的基础是双膜理论。 题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A，气相体积传质系数K Y a近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？ 解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需< H，则该塔能满足要求。 化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003 上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由222322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ=??=??=得 1624 4 212212 2122 121212==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ????? ??=??=ελ得 322 5 5 21214 212 2112212==???? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩短25%，而高位槽水面与贮水池水 面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动，得 ?? ? ??=d f ελ 所以 ()()2 2 2211u l l u l l e e ?+=?+，而 24 d u uA V π ?== 所以 ()()1547.175 .01 2 11 2 12== ++==e e l l l l u u V V 3． 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。已知玻璃球的密度为2500kg/m 3，水 的密度为998.2kg/m 3，水的粘度为 1.005?10-3Pa ?s ，空气的密度为 1.205kg/m 3，空气的粘度为1.81?10-5Pa ?s 。 （1）若在层流区重力沉降，则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B 。 A ．8.612 B ．9.612 C ．10.612 D ．11.612 （2）若在层流区离心沉降，已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2，则水中颗粒直径与空气中颗粒 直径之比为 D 。 A ．10.593 B ．11.593 C ．12.593 D ．13.593 解：(1) 由 ()μ ρρ182g d u s t -=，得 ()g u d s t ρρμ-= 18 化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 化工原理吸收部分模拟试题及答案 1.最小液气比(L/V)min只对（）（设计型，操作型）有意义，实际操作时，若(L/V)﹤(L/V)min ，产 生结果是（）。 答：设计型吸收率下降，达不到分离要求 2.已知分子扩散时，通过某一考察面PQ 有三股物流：N A，J A，N。 等分子相互扩散时：J A（）N A（）N （）0 A组分单向扩散时：N （）N A（）J A（）0 （﹤，﹦，﹥） 答：= > = ，< > > 。 3.气体吸收时，若可溶气体的浓度较高，则总体流动对传质的影响（）。 答：增强 ： 4.当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数（），在液相中的分子扩散系数（）。答；升高升高 5.A，B两组分等摩尔扩散的代表单元操作是（），A在B中单向扩散的代表单元操作是 （）。 答：满足恒摩尔流假定的精馏操作吸收 6.在相际传质过程中，由于两相浓度相等，所以两相间无净物质传递（）。（错，对） 答：错 7.￥ 8.相平衡常数m=1，气膜吸收系数k y=1×10-4Kmol/，液膜吸收系数k x 的值为k y 的100倍，这一吸收 过程为（）控制，该气体为（）溶气体，气相总吸收系数 K Y=（）Kmol/。（天大97） 答：气膜易溶×10-4 9.某一吸收系统，若1/k y 》1/k x,则为气膜控制，若1/k y《1/k x,则为液膜控制。（正，误）。 答：错误，与平衡常数也有关。 10.对于极易溶的气体，气相一侧的界面浓度y I 接近于（），而液相一侧的界面浓度x I 接近于 （）。 答：y*（平衡浓度）x（液相主体浓度） 11.。 12.含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度C= Kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下接触，操作 条件下两相的平衡关系为p*= C (大气压)，则SO2将从（）相向（）转移，以气相组成表示的传质总推动力为（）大气压，以液相组成表示的传质总推动力为（）Kmol/m3 。 答：气液 13.实验室中用水吸收CO2基本属于（）控制，其气膜中浓度梯度（）（大于，小于，等于） 化工原理 第一章 练习 1． 湍流流动的特点是 脉动 ，故其瞬时速度等于 时均速度 与 脉动速度 之和。 2．雷诺准数的物理意义是 黏性力和惯性力之比 。 3．当地大气压为755mmHg ，现测得一容器内的绝对压力为350mmHg ，则其真空度为405 mmHg 。 4．以单位体积计的不可压缩流体的机械能衡算方程形式为 ρρρρρρf s w p u gz w p u gz +++=+++22 2 212112 2。 5．实际流体在管道内流动时产生阻力的主要原因是 黏性 。 6．如图所示，水由敞口恒液位的高位槽流向压力恒定的反应器，当管道上的阀门开度减小后，管路总阻力损失（包括所有局部阻力损失）将 （1） 。 (1)不变 (2)变大 (3)变小 (4)不确定 7．如图所示的并联管路，其阻力关系是 （C ） 。 （A ）(h f )A1B (h f )A2B （B ）(h f )AB =(h f )A1B +(h f )A2B （C ）(h f )AB =(h f )A1B =(h f )A2B （D ）(h f )AB (h f )A1B =(h f )A2B 8．孔板流量计和转子流量计的最主要区别在于：前者是恒 截面 、变 压头 ，而后者是恒 压头 、变 截面 。 9．如图所示，水从槽底部沿内径为100mm 的水平管子流出，阀门前、后的管长见图。槽中水位恒定。今测得阀门全闭时，压力表读数p=。现将阀门全开，试求此时管内流量。 已知阀门（全开）的阻力系数为，管内摩擦因数=。 答：槽面水位高度m g p H 045.681 .91000103.593 =??==ρ 在槽面与管子出口间列机械能衡算式，得： 2 4.60.1 5.01.0203081.9045.62 u ??? ??++++=?λ 解得：s m u /65.2= h m s m u d V /9.74/0208.065.21.04 14 1 3322==??==ππ 反 应 器 题7附图 1 A B 2 题8附图 p 30m 20m 题1附图化工原理下册题库300题讲解学习
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