第八章 气体吸收
1. 在温度为40 ℃、压力为 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为 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 Ex = 亨利系数为 *15.0kPa 200.00.075
p E x =
==kPa 相平衡常数为
t 200.0 1.974101.3
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 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 18
0.2002
.99233S
?=??=
=
EM H ρ
2. 在温度为25 ℃及总压为 kPa 的条件下，使含二氧化碳为%（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5
1066.1?=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
33350/1000
kmol/m 0.008kmol/m 44
c =
= 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318
c =
=kmol/m 3
水溶液中CO 2的摩尔分数为
4t 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
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 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 =、31.06koml/m c =。气膜吸收系数k G =×10-6
kmol/(m 2
·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =×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 ＝ 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)kPa 2.0740.725
c p p p p y H ?=-=-=?-=kPa 其对应的总吸收系数为 246
G L G 11111
()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210
K Hk k --=+=+?????
35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =?+???=???
6G 1097.4-?=K kmol/(m 2
·s ·kPa)
以液相组成差表示的总推动力为
3
3
*(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 10855.6m/s 102.5725
.01055.111
1166
4G
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%100102.51097.4/1/16
6
G 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 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
kmol/(m 3
·kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 kPa ，液相组成为 kmol/m 3
，液膜吸收系数k L =×10-5
m/s ，气相总吸收系数K G ＝×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
3t 997.0
kmol/m 55.3918
c =
=kmol/m 3 5232
x t L 55.39 2.1210kmol/(m s) 1.17410kmol/(m s)k c k --=???=??＝
255G G L 11111()(m s kPa)/ kmol 1.20610 2.126 2.1210
k K Hk --=-=-????? 426.07310(m s kPa)/ kmol =???
52G 1.64710kmol s kPa)k -=???
5232y t G 105.0 1.64710kmol/(m s) 1.72910kmol/(m s)k p k --==???=??
（2）由65
G L 10673.5m /s 126
.210206.1--?=?==H K K m/s
248.018
0.105126.20
.997S
=??=
=
M Hp m 总ρ
22233
y y x 1110.248()(m s)/kmol 7.89610(m s)/kmol 1.72910 1.17410m K k k --=+=+?=???? 32y 1.26610kmol (m s)K -=??
3242x y 0.248 1.26610kmol/(m s) 3.14010kmol/(m s)K mK --==???=??
因溶质组成很低，故有
6242X t L 55.39 5.67310kmol/(m s) 3.14210kmol/(m s)K c K --≈=???=??
5232Y t G 105.0 1.20610kmol/(m s) 1.26610kmol/(m s)K p K --≈=???=?? （3）吸收速率为
()()62A L * 5.67310 2.1267.5 2.85kmol/(m s)N K c c -=-=???-? 52
1.31010kmol/(m s)-=??
5. 在 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=、y 2=。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为×103
kPa ，吸收剂用量为最小用量的倍。
（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）11
10.04
0.0417110.04
y Y y =
==-- 2220.002
0.002110.002
y Y y =
=≈-- 3
t 4.131040.77101.3
E m p ?===
吸收剂为清水，所以 02=X
n,L
12n,V
12min 0.04170.002
38.81/0.0417/40.770
q Y Y q Y m X ??--=== ? ?
--?? 所以操作时的液气比为
n,L n,L
n,V
n,V
min
1.45 1.4538.8156.27
q q q q
??
==?= ? ??? 吸收液的组成为 ()()n,V 411
2
2
n,L
1
0.04170.00207.0541056.27
q X Y Y X
q -=
-+=
?-+=? （2） 3
t 4.1310 4.0771013
E m p ?'==='
n,L
12n,V
12min 0.04170.002
3.8810.0417/0
4.077
q
Y Y q Y m X '??--=== ? ?'-??- n,L n,L n,V n,V min 1.45 1.45 3.881 5.627q q q q ''????
==?= ? ? ? ?????
()()n,V 3
1122n,L 10.04170.00207.055105.627q 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。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 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：1110.032
0.0331110.032
y Y y =
==-- ()()21A 10.033110.980.000662Y Y ?=-=?-=
4110.0331*9.5941034.5
Y X m -===? 44110.76*0.769.594107.29110X X --==??=?
惰性气体的流量为
n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h q =?-=
水的用量为
()
n,V 123n,L 4
12
()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h 7.291100
q Y Y q X X --?-=
=
=?-?- 34m,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*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -?=-=-??=
222*0.00066234.500.000662Y Y Y ?=-=-?= 12m 12
0.007950.000662
0.002930.00795
ln ln
0.000662Y 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4
2
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)kmol/h 47.5kmol/h q =?-=
对于纯溶剂吸收
n,L
12
A n,V 12min
/q Y Y m q Y m X ???-== ? ?-??
依题意
n,L n,V min 200
2.63247.5 1.6
q q ??== ? ?
??? n,L n,V min A (/) 2.632
95.71%2.75q q m ?=
==
（2）1110.05
0.0526110.05
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 21
21m
=-=???-?=?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
224
OG
Y V
n,m 277.0m 798
.09.022********
/5.47=????=
=
-aH K q Ω 填料塔的直径为
m 594.0m 14
.3277
.04π4=?==
ΩD 8. 在 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、，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 = X ，K G a 正比于G 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 1110.050.0526110.05
y Y y =
==-- 2220.000526
0.000526110.000526
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 22600
10.05 kmol/(m h)20.07kmol/(m h)28.4
q =?-?=?Ω
()n,L 22800
10 kmol/(m h)44.44 kmol/(m h)18q =
?-?=?Ω
n,V n,L 0.920.070.40644.44
mq S q ?=== ()()n,V 1112n,L
*0.4060.05260.0005260.0211q Y mX m
Y Y q ==-=?-=
111*0.05260.02110.0315Y Y Y ?=-=-= 222*0.00052600.000526Y Y Y ?=-=-= 1OG 2110.0315
ln ln 6.890110.4060.000526
Y N S Y ?=
==-?- OG OG 3
m 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
0.20322
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 *1111
0.05260.02110.04212
Y Y Y ''?=-=-?= *2220.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-=
1OG
2110.0421
ln ln 5.499110.2030.000526
Y N S Y '?'===''-?- n,V n,V OG Y G q q H K a K ap ==
Ω
Ω
总
n,V OG OG G 0.435
m 0.21822
q H H K ap '=
==='Ω总m OG
OG 0.218 5.499m 1.199Z 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 220.4060.812mq 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
1
12X X '= 故
()
()*111111120.05260.8120.05260.0005260.0103
Y Y Y Y mX Y S Y Y ''''?=-=-=--=-?-=
*
2220.00052600.000526Y Y Y ''?=-=-=
1OG
2110.0103
ln ln 15.82110.8120.000526
Y N S Y '?'===''-?- n,V n,V n,V 0.2OG n,V 0.8
Y G n,V
q q q H q K a K aP q =
=
∝
=Ω
Ω
0.2
n,V 0.2OG OG n,V
20.435m 0.500q H H q ??
'
'==?=
? ???
m
OG
OG 0.50015.82m 7.910Z H N '''==?=m (7.9103)m 4.910Z 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 0.406
0.20322
mq S S q '=
===' ()*12OG *221
ln 11Y Y N S S S Y Y ??'-'''=-+??''--??
()10.05260ln 10.2030.203 5.49710.2030.0005260-??
=
-+=??--??
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
OG
OG 0.435H H '==m OG
OG 0.435 5.497m 2.391m Z H N '''==?= (2.3913)m 0.609m Z 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（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 = ；溶剂用量为最小用量的倍；气相总吸收系数为 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）1110.06
0.0638110.06
y Y y =
==-- ()()21A 10.063810.950.00319Y Y ?=-=?-= 惰性气体的流量为
n,V 40(10.06)kmol/h 37.6kmol/h q =?-=
n,L A n,V min
2.20.95 2.09
q 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
0.06380.0031900.0193117.9
q X Y Y X q =
-+=
?-+= （2）111*0.0638 2.20.01930.0213Y Y Y ?=-=-?= 222*0.00319 2.200.00319Y Y Y ?=-=-?= 12m 12
0.02130.00319
0.009540.0213
ln ln
0.00319Y Y Y Y Y ?-?-?=
==?? 12OG m 0.06380.00319
6.3530.00954
Y Y N Y --===? OG OG 3
m 0.4726.353
Z H N =
==m 由 n,V OG Y q H K a =
Ω
填料的有效比表面积为
n,V
23232
OG 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
23
23t 201.35m /m 223.72m /m 0.9
a =
= 由 OG T
ln 1
N S N S =-
n,V n,L
2.237.6
0.702117.9
mq S q ?=
=
=
T 6.353(0.7021)
5.351ln 0.702
N ?-=
=
由 T Z HETP N =?
填料的等板高度为
3
m 0.561m 5.351
HETP =
=
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，操作条件下物系
的相平衡常数为，载气的流量为250 kmol/h 。若吸收剂用量为最小用量的倍，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：1110.085
0.0929110.085
y Y y =
==-- ()()21A 10.092910.920.00743Y Y ?=-=?-= 用清水吸收，20X =
n,L
A n,V min
26.70.9224.564q
m q ???
==?= ? ??? 操作液气比为
n,L n,V
1.5524.56438.074q q =?=
水的用量为
3n,L 38.074250kmol/h 9.51910kmol/h q =?=? 35
m,L 9.5191018kg/h 1.71310kg/h q =??=?
n,L n,V
38.074
1.42626.7
q A mq =
=
= 用清水吸收，A 0.92??==
由 T ln
11ln A N A
??
--=
-
1.4260.92
ln 10.921 4.198ln1.426
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=、Y 2=、X 1=。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于（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
OG OG Z H N =
改造后填料层高度为
OG
OG Z H N '''= 故有OG OG OG OG
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
OG
OG 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 1OG 21
ln[(1)]1Y N S S S Y =
-+- 1OG
21
ln[(1)]1Y N S S S Y '=-+'
- 因此，有
1
212
ln[(1)
]ln[(1)]
Y S S Y Z Y Z S S Y -+''=
-+
操作液气比为
n,L 12n,V
120.020.004
40.0040
q Y Y q X X --=
==--
n,V n,L
1.5
0.3754
mq S q =
=
= 0.02
ln[(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OG 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
1mq S A q =
= n,V n,V n,L n,V n,V
G L y n,L x y x Y
111
()q mq q q q m H H A k a q k a a k k a K +
=+=+=ΩΩΩΩ 由 n,V OG Y q H K a =Ω
故 OG
G L 1
H 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 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 kPa 时氨在空气中的扩散系数为
51089.1-?m 2/s ，20 ℃时氨在水中的扩散系数为91.7610-?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： 5G 1.8110μ-=?Pa ·s G 1.205ρ=kg/m 3
由 ()0.5
βγG G H G W Sc α=
5
G G 5G AB
1.81100.7951.205 1.8910
Sc D μρ--?=
==?? 查表8-6，0.557α=，0.32β=，0.51γ=-
()0.5
0.320.51G G 0.557H G W Sc -=
0.320.510.50.5570.525 2.8500.795m 0.237m -=???=
查得20 ℃下，水的有关物性数据如下： 5L 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 100.510572.1998.2 1.7610
Sc D μρ--?==='?? 查表8-7，32.3610α-=?，22.0=β
()
0.22
0.5
3L L L 2.3610W H Sc μ-??
=? ?
??
()0.22
0.53
52.8502.3610572.1m 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 5和 6（均为
摩尔比）。解吸所用载气为含二氧化碳 5（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35 ℃、 kPa ，此时平衡关系为Y =。操作气液比为最小气液比的倍。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 21min 0.00850.0016
0.00766106.030.00850.0005
q X X q mX 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 mq =
=
=?
液相总传质单元数为
()()21OL 11*1
ln 11*0.00050.00851106.03ln 10.8500.850 3.3340.000510.8500.0016106.03X 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。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 3
3V,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
836.25/3600
m/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
min W min t ()U L a =32320.08109m /(m h)8.72m /(m h)=??=?
min 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： 5L 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 0.50.5
V m,V L 50000 1.315()()0.5753156998.2
q q ρρ== 查图8-23，得纵坐标为
20.2V
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 23
t 114.2m m a =
故 20.2F 1271 1.315
1.0050.0389.81998.2
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
D
0.974m =
=
圆整塔径，取D =1.0 m
校核 100020850D d ==> ，故所选填料规格适宜。
取 W min ()0.08L =m 3
/（m ·h ） 最小喷淋密度为
3232W min t min ()0.08114.2m /(m h)9.136m /(m h)U L a ==??=?
操作喷淋密度为
32
32250000/998.2m /(m h)63.81m /(m h)π
1.04U =
?=?? > min U
操作空塔气速为
s m 849.0m 0.14
3600
24002=?=
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。
化工原理第八章吸收 8.1 概述 一、吸收的目的和依据 目的： （1）回收有用物质； （2）脱除有害物质组分； （3）制备溶液。 依据：混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异。 二、吸收的流程 溶质——A；惰性组分——B；溶剂——S。 吸收过程的主要能耗在解吸上。 三、溶剂的选择： 技术方面：溶解度要高，选择性要强，对温度要敏感，容易解吸。 经济及安全方面：不易挥发，较好的化学稳定性；价廉、易得；无毒、不易爆易燃。 四、吸收的分类： 物理吸收与化学吸收 等温吸收与非等温吸收 单组份吸收与多组分吸收 低浓度吸收（直线）与高浓度吸收（曲线）
8.2 相际传质过程 8.2.1 单相传质速率方程 ()() A G A Ai G i K P P K P y y →=-=-气相主体界面： N ()A y i K P y y =-N y G K PK =，G K ——气相传质分系数，P ——总压。 ()() A L Ai A L i k C C k C x x →=-=-总界面液相主体：N ()A x i k x x =-N x L k C k =总，L k ——液相传质分系数，C 总——总浓度。 8.2.2 界面浓度 亨利定律适用时，有解析法： ()();A y i x i i i i i k y y k x x y x y mx =-=-??=? N 联立求解得、 图解法： 画图 8.2.3 相际传质速率方程 假设亨利定律适用， 1、以气相分压(*)A A P P -表示总推动力 ()()A G A Ai L Ai A K P P k C C =-=-N
111=+G G L K k Hk 2(*)/()A G A A G K P P K kmol m s Pa =-??N ，——气相总传质系数 2、以液相浓度(*)A A C C -表示总推动力 (*)A G A A K C C =-N 11=+L L G H K k k /L K m s ——液相总传质系数 比较之，有=G L K HK 3、以气相摩尔分率(*)y y -表示总推动力 2(*)/(A y y K y y K kmol m s =-?N ——气相总传质系数，） 11=+y y x m K k k =P y G K K 4、以液相摩尔分率(*)x x -表示总推动力 2 (*)/(A x x K x x K kmol m s =-?N ——液相总传质系数，） 111=+x x y K k mk =m ,=C x y x M L K K K K
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 中南大学考试试卷(A) 2013 ~ 2014 学年2 学期时间110分钟化工原理课程48 学时 3 学分考试形式: 闭卷 专业年级:化工?制药?应化11级总分100分，占总评成绩70 % 一、选择填空(35分) 1?(2分) 某离心泵入口处真空表的读数为 200mmHg ，当地大气压为101kPa，则泵入口处的绝对压强为( )? A. 74.3kPa; B. 101kPa; C. 127.6kPa? 2?(2分) 水在圆形直管中作滞流流动，流速不变，若管子直径增大一倍，则阻力损失为原来的( )? A. 1/4; B. 1/2; C. 2倍? 3?(4分) 当地大气压为750mmHg时，测得某体系的表压为100mmHg，则该体系的绝对压强为Pa，真空度为Pa? 4?(2分) 一球形石英颗粒，分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降，若系统温度升高，则其在水中的沉降速度将，在空气中的沉降速度将? 5?(5分) 套管由Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则环隙的流通截面积等于，润湿周边等于，当量直径等于? 6?(2分) 板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的( )? A.一倍 B.一半 C.四倍 D.四分之一 7?(4分) 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90o C，出口温度为50o C，冷水进口温度为15o C，出口温度为53o C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的( )? A?5%; B?6%; C?7%; D?8%; 8?(2分) 为了减少室外设备的热损失，保温层外所包的一层金属皮应该是( ) A?表面光滑，颜色较浅; B?表面粗糙，颜色较深; C?表面粗糙，颜色较浅; D?表面光滑，颜色较深; 9?(4分) 黑体的表面温度从300℃升至600℃，其辐射能力增大到原来的倍?10?(1分) 采用多效蒸发的目的是为了提高( )? A. 完成液的浓度; B. 加热蒸汽经济程度; C. 生产能力 11、(1分) 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是通过增加( )而换取的? A. 传热面积; B. 加热蒸汽压力; C. 传热系数 12?(1分) ( )加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热系数降低? A. 并流; B. 逆流; C. 平流 13?(1分) 离心泵的调节阀( ) ， A.只能安在进口管路; B.只能安在出口管路上; C.安装在进口管路和出口管路上均可; D.只能安在旁路上 14?(1分) 泵的工作点( )? A 由泵铭牌上的流量和扬程所决定; B 即泵的最大效率所对应的点; C 由泵的特性曲线所决定; D 是泵的特性曲线与管路特性曲线的交点?15?(3分) 在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m，切向速度为15 m/s ?当颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数K c为? 六吸收 浓度换算 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在水中的最大浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表示）及溶解度系数。以[g/m3·atm]及 [kmol/m3·Pa]表示。 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。 25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少? (2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少？气液达到平衡时的总传质推动力又为多少？ 化工原理试卷及答案 1填空题（每空 1 分，共 20 分） 1．某容器内的绝对压强为200 kPa ，当地大气压为101.3 kPa ，则表压为______。 2．在重力沉降操作中，影响沉降速度的因素主要有 、 和 。 3．热量传递的基本方式有 、 和 。 4．吸收因子A 可表示为 ，它是 与 的比值。 5．空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点温度为t d ，当空气的相对湿度等于1时，则t 、 t w 和t d 的大小关系为 。 6．吸收操作一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分 差异来达到分离的目的；精馏操作则一般用于分离 混合物，其原理是利用原料中各组分的 差异来达到分离的目的。 7．恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括 阶段和 阶段。 8．全回流（R = ∞）时，精馏段操作线的斜率为 ，提馏段操作线的斜率为 ，对相同的x D 和x W ，部分回流比全回流所需的理论板数 。 一、 选择题（每小题 2 分，共 20 分） 1．不可压缩流体在圆管内作稳定流动，流动速度与管径的关系是 （ ） A . 21221()u d u d = B ．2112 2 ()u d u d = C ． 11 22 u d u d = D ． 12 21 u d u d = 2．离心泵的特性曲线是在哪种情况下测定 （ ） A ．效率一定 B ．功率一定 C ．转速一定 D ．管路（l +∑l e ）一定 3． 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝11600 W?m -2?K -1 ，α2＝116 W?m -2?K -1，要提高总传热系数K ，最简单有效的途径是 （ ） A ．设法增大α1 B ．设法增大α2 C ．同时增大α1和α2 D ．不确定 4．在降尘室内，要使微粒从气流中除去的条件是 （ ） 第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中3的量为 /3 11017n kmol -=? 溶液的体积 /.3 3101109982 V m -=? 溶液中 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ 3 与水的摩尔比的计算 //117 0010610018 X = =． 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 12 2 11 1Y Y Y Y Y η-= ==-被吸收的溶质量原料气中溶质量 解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11) 101 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2) 1 1109011100111Y Y η=-=-?=（） 摩尔分数 (22) 200111 =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3 NH 的平衡 分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3 kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。 总压为100kPa 。 解 液相中3 NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333 11017 0581 101109982 n c kmol m V --?===?／ 溶解度系数 /*./../()3 058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117 0010511710018 x = =+．／ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (0798) 07610000105 y m x == =? 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，3 1m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的 姓名：；学号：；班级： 第8章吸收（吸收塔的计算） 一、填空题: 1. 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：＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿。 2. 吸收过程物料衡算时的基本假定是： (1)＿＿＿＿＿＿＿＿__＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 (2)＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 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）＿＿＿＿＿。 4. 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。 5. 一般吸收塔中常采用逆流操作，其目的是 ____________________________________________________________。 5. 某吸收塔中,物系的平衡线方程为y=2.0x,操作线方程为y=3.5x+0.001,当 y1=0.06,y2=0.0030时,x1=_______,x2=_____________,L/V=______,气相传质单元数 N=_______. OG 6. 某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔Y1=8％（体积），平衡关系Y=2X。试问: ⑴.若液气比（摩尔比，下同）为2.5时，吸收率= ______％ ⑵.若液气比为1.5 时，吸收率=________％ H将＿＿＿＿＿，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 OG N将＿＿＿＿＿(增加，减少，不变)。 OG 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。 化工原理试题及答案(绝密请勿到处宣扬) 12月25日 一、填空题（共15空，每空2分，共30分） 1. 一容器真空表读数为10 kpa，当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强和表压强（以kpa计）分别为：（90kpa）和（ -10kpa）。 2. 热传导只发生在固体和（静止）的或（滞）流动的流体中。 3. 物体的吸收率越（大），其辐射能力越（大）。（填大或小） 4. 蒸发中以（二次蒸汽）是否再利用而分为单效或多效蒸发。 5. 蒸发中的温度差损失主要由溶液中的（不挥发溶质）、液柱的（静压头）和管路（阻力）所引起的沸点升高三部分组成。 6. 一容器压力表读数为10 kpa，当地大气压强为100 kpa，则此容器的绝对压强（以kpa计）为：（90kpa）。 7. 对于同种流体，自然对流时的对流传热系数比时的（小）。（填大或小） 8. 物体的吸收率越大，其辐射能力越（大），所以黑体的辐射能力比灰体的（大）。（填大或小） 9. 蒸发操作所用的设备称为（蒸发器）。 10. 按二次蒸汽是否被利用，蒸发分为（单效蒸发）和（多效蒸发）。 二、选择题（共5题，每题2分，共10分） 1. 对吸收操作有利的条件是：（D） A. 操作温度高、压强高； B. 操作温度高、压强低； C. 操作温度低、压强低； D. 操作温度低、压强高 2. 精馏塔内上层塔板液相轻组分浓度较下层塔板（A ），液相温度较下层塔板（） A. 高，低； B. 低，高； C. 高，高； D. 低，低 3. （D ）是塔内气液两相总体上呈逆流流动，而在每块塔板上呈均匀的错流流动。 A. 板式塔的传质意图； B. 板式塔的设计过程； C. 板式塔的恒摩尔流要求； D. 板式塔的设计意图 4. 恒定干燥条件是指湿空气在干燥器内的（C）及与物料的接触方式都不变。 A. 温度、焓值、湿度； B. 流速、压强、湿度； C. 流速、温度、湿度； D. 温度、湿度、压强 5. 对于湿物料的湿含量，下面哪种说法是正确的？（B） A. 平衡水一定是自由水； B. 平衡水一定是结合水； C. 自由水一定是结合水； D. 自由水一定是非结合水 6. 当二组分液体混合物的相对挥发度为（ C）时，不能用普通精馏方法分离。当相对挥发度为（ A ）时，可以采用精馏方法 模拟试题一 1当地大气压为745mmHg测得一容器内的绝对压强为350mmHg，则真空度为395 mmHg。测得另一容器内的 表压强为1360 mmHg，则其绝对压强为2105mmHg ____ 。 2、流体在管内作湍流流动时，在管壁处速度为0 ，临近管壁处存在层流底层，若Re值越大，则该层厚 度越薄 3、离心泵开始工作之前要先灌满输送液体，目的是为了防止气缚现象发生：而且离心泵的安装高度也不能 够太高，目的是避免汽蚀现象发生。4、离心泵的气蚀余量越小，则其抗气蚀性能越强。 5、在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于空气侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽侧流体的温度值。 6、热传导的基本定律是傅立叶定律。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻_大（大、小）一侧的：?值。间壁换热器管壁温度t w接近于：?值大（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈大（大、小），其两侧的温差愈大（大、小）。 7、Z=（V/K Y a. Q.（y i —Y2）/ △ Y m,式中：△ Y m称气相传质平均推动力,单位是kmol吸收质/kmol惰气;（Y i—丫2） /△ Y m称气相总传质单元数。 8、吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于气相主体摩尔浓度和同液相主体浓度相平衡的气相浓度之 差。 9、按照溶液在加热室中运动的情况，可将蒸发器分为循环型和非循环型两大类。 10、______________________________________________________________________________________ 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：溶液蒸汽压下降、加热管内液柱静压强、管路阻力。____________________________ 11、工业上精馏装置，由精馏塔塔、冷凝器、再沸器等构成。 12、分配系数k A是指』A/X A—，其值愈大，萃取效果越好。 13、萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中溶解度的差异而达到混合液中组分分离的操作。 14、在实际的干燥操作中，常用干湿球温度计来测量空气的湿度。 15、对流干燥操作的必要条件是湿物料表面的水汽分压大于干燥介质中的水分分压;干燥过程是热量传递和质 量传递相结合的过程。 1、气体在直径不变的圆形管道内作等温定态流动，则各截面上的（ D ） A.速度不等 B.体积流量相等 C.速度逐渐减小 D.质量流速相等 2、装在某设备进口处的真空表读数为-50kPa，出口压力表的读数为100kPa，此设备进出口之间的绝对压强差为 （A A. 50 B. 150 C. 75 D .无法确定 3、离心泵的阀门开大时，则（ B ）。A ?吸入管路的阻力损失减小 C .泵入口处真空度减小 D .泵工作点的扬程升高 4、下列（A ）不能实现对往复泵流量的调节。 A .调节泵出口阀的开度 C .改变活塞冲程D.改变活塞往复频率 5、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度（ B .泵出口的压力减小 B ?旁路调节装置 D ）耐火砖的黑度。 ，使空气温度由20 C升至80 C, 第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..02 0251102 y Y y = ==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数//117 =0．010*******／18 x = + 浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /3 11017n k m o l -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中NH 3的浓度//.333 11017==0．581／101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105 x X x = ==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。 解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 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 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。 ·流体 流动部分 1．某储油罐中盛有密度为960 kg/m 3 的重油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m ，油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm 的孔，其中心距罐底1000 mm ，孔盖用14 mm 的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5×106 Pa ，问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3×103 Pa ）？ 解：由流体静力学方程，距罐底1000 mm 处的流体压力为 作用在孔盖上的总力为 每个螺钉所受力为 因此 2．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右 侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 习题2附图 习题1附图 解：（1）A点的压力 （2）B点的压力 3、如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U管压差计，指示液为水银，读数R=100毫米，h=800mm。为防止水银扩散至空气中，在水银液面上方充入少量水，其高度可忽略不计。已知当地大气压为101.3KPa试求管路中心处流体的压力。 解：设管路中心处流体的压力为p P A =P A P + ρ 水gh + ρ 汞 gR = P P=p 0- ρ 水 gh - ρ 汞 gR =（101.3×103-1000×9.8x0.8 - 13600×9.8×0.1） P=80.132kpa 4、如本题附图所示，高位槽内的水位高于地面7 m，水从φ108 mm×4 mm的管道中流出，管路出口高于地面1.5 m。已知水流经系统的能量损失可按∑h f=5.5u2计算，其中u为水在管内的平均流速（m/s）。设流动为稳态，试计算（1）A-A'截面处水的平均流速；（2）水的流量（m3/h）。 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。 一、名词解释（每题2分） 1. 非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式 3. 球形度s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4. 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5?临界直径de 离心分离器分离颗粒最小直径 6. 过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 9. 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二、单选择题（每题2分） 1、自由沉降的意思是______ 。 A颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计E颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度C颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 D颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______ 。 A等速运动段的颗粒降落的速度 E加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 C加速运动段结束时颗粒的降落速度 D净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B 3、对于恒压过滤______ 。 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的？2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D 当介质阻力不计时，滤液体积增大一倍，则过滤时间增大至原来的4倍D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量 __ 。 A增大至原来的2倍E增大至原来的4倍 C增大至原来的2倍D增大至原来的倍 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） 一、二章复习题 第一章 一、填空题 1．一个生产工艺是由若干个__________ 和___________构成的。 2．各单元操作的操作原理及设备计算都是以__________、___________、___________、和___________四个概念为依据的。 3．常见的单位制有____________、_____________和_______________。 4．由于在计量各个物理量时采用了不同的__________，因而产生了不同的单位制。 5．一个过程在一定条件下能否进行，以及进行到什么程度，只有通过__________来判断。6．单位时间内过程的变化率称为___________。 二、问答题 7．什么是单元操作主要包括哪些基本操作 8.提高过程速率的途径是什么 第二章流体力学及流体输送机械 流体力学 一、填空题 1．单位体积流体的质量称为____密度___，它与__比容_____互为倒数。 2．流体垂直作用于单位面积上的力，称为__流体的压强__________。 3．单位时间内流经管道任一截面的流体量称为___流量_____，其表示方法有__质量流量______和____体积流量____两种。 4．当管中流体形成稳定流动时，管中必定充满流体，即流体必定是__连续流动的_______的。5．产生流体阻力的根本原因是_内摩擦力_______；而___流体的运动状态________是产生流体阻力的第二位原因。另外，管壁粗糙度和管子的长度、直径均对流体阻力_的大小与影响______________。 6．流体在管道中的流动状态可分为_____滞流_ 和____湍流______两种类型，二者在内部质点运动方式上的区别是_____湍流的质点有脉动滞流没有________________________________。 7．判断液体内处于同一水平面上的各点压强是否相等的依据是_静止的________、___连通的________、__连接的是同一种液体______________。 8．流体若由低压头处流向高压头处时，所加入外加功的作用是. 分别或同时提高流体的位压头；动压头；静压头以及弥补损失能量______________________________。 第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和 CO 2 的混合气体中， CO 2的体积分数为 20%，求其摩尔分数 y 和摩尔比 Y 各为多少？ 解 因摩尔分数 =体积分数， y 0.2 摩尔分数 y 0 2 摩尔比 Y . 025． 1 y 1 0 2 . 【5-2】 20℃的 l00g 水中溶解 lgNH 3, NH 3 在溶液中的组成用摩尔分数 x 、浓度 c 及摩尔 比 X 表示时，各为多少？ 解 摩尔分数 x 1 / 17 =0．0105 1 / 17 100／18 浓度 c 的计算 20℃，溶液的密度用水的密度 s 998 .2kg / m 3 代替。 3 n 1 10 3 / 17kmol 溶液中 NH 的量为 溶液的体积 V 101 10 3 / 998.2 m 3 溶液中 NH 3 的浓度 n 1 10 3 /17 3 c = =0．581 ／ m V 101 10 3 998 2 kmol /. s 998 2 3 或 c x . 0 0105 0 582 M s 18 ． ． kmol ／m NH 3 与水的摩尔比的计算 1 /17 X 0．0106 100 / 18 x 0 0105 或 X . 0．0106 1 x 1 0 0105 . 【 5-3 】进入吸收器的混合气体中， NH 3 的体积分数为 10%，吸收率为 90%，求离开吸收器 时 NH 3 的组成，以摩尔比 Y 和摩尔分数 y 表示。 吸收率的定义为 被吸收的溶质量 Y 1 Y 2 1 Y 2 原料气中溶质量 1 1 Y Y 解 原料气中 NH 3 的摩尔分数 y 0.1 1 0 1 摩尔比 1 y . 0 111 1 1 0 1 Y 1 y . 吸收器出口混合气中 NH 3 的摩尔比为 Y 1 Y （1 09）0111 0 0111 2 ( ) 1 .. . 摩尔分数 Y 2 = 0 0111 0 01098 y 2 1 1 . Y 2 0 0111 . . 气液相平衡 【 5-4 】 l00g 水中溶解 lg NH 3 ，查得 20℃时溶液上方 NH 3 的平衡分压为 798Pa 。此稀化工原理试题及答案
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