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第六章吸收补充习题 合工大 化工原理

第六章吸收

填空题

(1)操作中的吸收塔,当生产任务一定,若吸收剂用量小于最小用量,则吸收效果________。

答案:达不到要求

分析:所谓最小液气比及最小吸收剂用量是针对一定的分离任务而言的,当实际液气比或吸收剂用量小于最小值时,则吸收效果达不到给定的分离要求。(2)脱吸因数S的表达式为______, 其几何意义是_____。答案:S=m/(L/G);平衡线斜率与操作线率之比。

(3)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,则操作线将_______平衡线,传质推动力将_____,若吸收剂用量减至最小吸收剂用量时,设备费用将____。

答案:靠近;减小;无穷大

(4)根据双膜理论,两相间的传质阻力主要集中在______,增加气液两相主体的湍动程度,传质速率将______ 。答案:相界面两侧的液膜和气膜中;增大(5)压力____,温度_____,将有利于吸收的进行。答案:增大;下降

分析:由m=E/P,说明m是温度和压力的函数。一般情况下,温度下降,则E 值下降,故温度下降,压力增大,导致m值下降,溶解度增大,有利吸收。(6)难溶气体属______控制,主要传质阻力集中于_______側。答案:液膜;液膜

(7)双膜理论的基本假设是:

(1)______;

(2)_________;

(3)_________。

答案:气液界面两侧各存在一层静止的气膜和液膜;全部阻力集中于该两层静止膜中,膜中的传质是定态分子扩散;在相界面处,两相达平衡。

(8)等分子反向扩散适合于描述_____ 过程中的传质速率关系。一组分通过另

一停滞组分的扩散适合于描述_____ 过程中的传质速率关系。答案:精馏,吸收和脱吸。

(9)物质在静止流体中的传递,主要是依靠流体_______的无规则运动。物质在湍流的传递,主要是依据靠流体_______的无规则运动。

答案:分子;质点

(10)吸收操作时,塔内任一横截面上,溶质在气相中的实际分压总是_____与其接触的液相平衡分压,所以吸收操作线总是位于平衡线的______。反之,如果操作线位于平衡线______,则应进行脱吸过程。 答案:高于;上方,下方。

(11)当气体处理量及初、终浓度已被确定,若减少吸收剂用量,操作线的斜率将______,其结果是使出塔吸收液的浓度______,而吸收推动力相应_______。 答案:变小;变大;变小

分析:由题意知G 、y 1、y 2已经确定,减少L 用量意味着液气比减小,因低浓度端已固定,故操作线斜率变小且向平衡线靠近,使传质推动力变小。又由物料衡算:

1212()()G y y L x x -=-=

常数 可知当x 2一定时,L 减小,x 1必增大。

(12)传质单元数N OG 及N OL 反映 ________。H OG 及H OL 则与设备的型式、设备中的操作条件有关,表示______,是吸收设备性能高低的反映。 答案:分离任务的难易;完成一个传质元所需的填料层高度 (13)生产中常见的脱吸方法有______,________和__________。 答案:通入惰性气体;通入水蒸气;降压

(14)低浓度难溶气体的逆流吸收操作系统,若仅增加液体量,而不改变其他条件,则此塔的气相总传质单元数N OG 将_____, 气体出口浓度y 2将_____。 答案:增大;下降

分析:难浓气体的吸收过程为液膜阻力控制,主要阻力在液相,即

11y

y

x

x

m m K k k k =+≈

当增加液体量,可增大液膜传质系数,有效降低液膜阻力m/k x ,故总阻力1/k y 下降。

所以O G y G H K a

=

将变小 而Z 不变,故OG N 将增大。因(

)

m S L G =

随L 的增加而

下降。由S , O G N ,

1222

y m x y m x --关系可知

1222

y m x y m x --

将增加,故2y 必下降。

选择题

(1)对常压下操作的低浓度吸收系统,系统总压在较小范围增加时,享利系数E 将____,相平衡常数m 将____,溶解度系数H 将___.

A. 增加; C. 不变;

B. 降低; D. 不确定 答案:C ;B ;C

分析:因为低压下E 仅是温度的涵数,及 m=p

E ,H EMs

s

ρ≈

。可是总压增加

E 、H 不变,m 下降。

(2)双组分气体(A 、B )进行稳定分子扩散,A J 及A N 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,当系统的漂流因数大于1时,

A

J

____ B J ;A N ____B N

A.大于;

B.小于;

C.等于;

D.不确定

答案: C ;A

分析:因为是双组分气体,所以系统中A 和B 的浓度梯度大小相等方向相反。由费克定律可知A 和B 的分子扩散速率也将大小相等方向相反。然而因漂流因数大于1,说明产出了主体流动,结果增大了A 的传递速率。这里按习惯B 为惰性组分。

(3)下述说法中错误的是_____.

A. 溶解度系数H 值很大,为易溶气体; C. 享利系数E 值很大,为难溶气体;

B. 亨利系数E 值很大,为易溶气体; D. 平衡常数m 值很大,为难溶气体;

答案:B

(4)下述说法中错误的是_____。

A .液体中的扩散系数与压力成正比,与粘度成反比;

B . 气体中的扩散系数与压力成反比,与温度的23

次方成正比;

C . 液体中的扩散系数与温度成正比,与粘度成反比;

D .发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散 答案:A

(5)下述说法中错误的是______。

A. 板式塔内气液逐级接触,填料塔内气液连续接触;

B. 精馏用板式塔,吸收用填料塔;

C. 精馏既可以用板式塔,也可以用填料塔;

D. 吸收既可以用板式塔,也可以用填料塔。 答案:B

(6)低浓度难溶气体的逆流吸收过程,若其他操作条件不变,仅入塔气量有所下降,则:液相总传质单元数OL N 将_____; 液相总传质单元高度OL H 将______; 气相总传质单元数OG N 将_______;气相总传质单元高度OG H 将______;

操作线斜将_____. A. 增加;B. 减小;C. 基本不变;D. 不确定; 答案:C ;C ;A ;B ;B

分析:因液膜控制,故≈OL H L H ,可以为基本不受气 量的影响,所以OL H 及.OL N 基本不变. 由 OG H =S OL H , S =m G L

,可知当G 减小进,OG H 将减小.

由OL OG AN N =,=A L m G

,可知当G 减小时,OG N 将增加.

显然,G 减小使L G

下降.

计算题

(1)在一逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某组分A ,已知操作条件下平衡关系为x y 2.2=,入塔气体中A 的含量为6%(体),吸收率为96%,取吸

收剂用量为最小用量的1.2倍,试求: (1)出塔水溶液的浓度;

(2)若气相总传质单元高度为0.8m ,现有一填料层高为8m 的塔,问是否能用?

解:对低浓度系统,计算时可用摩尔分数代替摩尔比,用混合气体量代替惰性气体量,用溶液量代替溶剂量。

(1)

1212

m

i

n

*

1

2

11212

m

i n

12

1

12

1

1

121121

1m in

() (1)

1.2(

) (2)

,(1),0.060.0227

1.2 1.2

2.2

1.2(

)y y y y L m G x x y m

y y y y L L G

G x x

x

y y y y y y y y y y x L m G ηηηηηη

--==

=---===

--=

=--=-=

=

=

=???2由:得:y 又由(1)和(2)式:

(2) 10.8681.2 1.20.96

mG m S L

m η

=

=

=

=?

*12

*

22

1ln[(1)

]

111ln[

]

11O G y y N S S S y y S S S

η

-=

-+---=

+--

81.108680960186801ln 868.011

=?????

?+---=???

0.810.8o O G O G

h H N

==?m

m 865.8>= 故此塔不能用。

(2)在塔径为0.5m 、填料层高为4m 的吸收塔内,用清水吸收空气中的氨,常压逆流操作。混和气含氨5%(体积百分数,下同),吸收因数为1,实验侧得吸收率为90%,且侧得操作条件下与含氨2%的混合气充分接触后的水中氨的浓

度为21.42g (氨)/1000g (水)。已知水的流为30kmol/h ,操作范围内:

0.15

O G y G H G

K a

=

∞,而受液体的影响可忽略。

试问:(1) 气相总体积传质系数K y a; (2) 若该塔操作中将气量增加,而维持液气比和操作条件等不变,则其平均推动力和传质单元高度将如何变化,试定性说明其理由。

解:(1) 02=X 111

0.05

0.052

6110.05

y Y y =

=

=-- 21(1)0.0526(10.9)0.00526A Y Y η=-=-= 将题给数据带入可求得平衡常数 0.02/(1

0.02)

0.9

21.42

1000

/1718

Y m X

-=

=

≈ 因为 1m G S L

== 故

0.93033.33/0.9

L

m G

L G km ol h

m ===

==

因操作线与平衡线相互平行,故两线之间的垂直距离亦即推动力处处相等。

所以

222

21200.00526

0.05260.00526

90.0052640.4449

m O G m O G O G

Y Y Y m X Y Y Y N Y h H m

N ?=?=-==--=

==?=

=

=

2

2

33.33382.5()

0.4440.5

4

y O G G K a km ol m h

H π

=

=

=?Ω

??

(2)本题属气膜控制,由题意知OG H 仅受气量影响,且填料层高度不变,由

0O G O G

h H N = 及 0.15

O G y G H G

K a

=

可知气量增加,OG H 将增大,导致OG N 下降。又因为L G

及m 均不变,操作

线仍平行于平衡线。故由 12

12

2

12

1-=

-=

?-=Y Y Y Y Y Y Y Y N m

OG ,可见2Y 必增大,即

平均推动力增大。

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