陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(气体吸收 名校考研真题详解)

8.3 名校考研真题详解
一、选择题
1．在吸收塔某处，气相浓度y ＝0.005，液相浓度x ＝0.015（均为摩尔分数），两侧体积传质分系数，在该操作温度下气、液平衡关系。

这时气体界面上气相浓度应等于（ ）。

[华南理工大学2012研]
A ．0.002
B ．0.0015
C ．0.0057
D ．0.009
【答案】C
【解析】()()A y i x i N k y y k x x =-=-。

在相界面处气液达到平衡，则0.4i i y x =，所以()(2.5)y i x i k y y k y x -=-， 2.5 3.50.020.0057i i i i y y y x y y x y -=-⇒=+=⇒=。

2．亨利定律适用于溶液中可溶解组分的（ ）范围，拉乌尔定律适用于理想溶液中每一种组分的（ ）范围。

[华南理工大学2011研]
A ．高浓度
B ．中等浓度
C ．低浓度
D ．全浓度
【答案】C；C
【解析】亨利定律和拉乌尔定律都是针对稀溶液即低浓度溶液而言的。

3．某吸收任务的操作液气比、吸收剂进口温度、气体进出口浓度、吸收剂入塔浓度、操作压力均已确定，假定吸收为低浓度混合气体吸收，若设计时选用性能更优良的填料，则（）。

[浙江大学2011研]
A．所需传质单元数不变，填料层高度降低
B．所需传质单元数不变，填料层高度不变
C．所需传质单元数减少，填料层高度降低
D．所需传质单元数减少，填料层高度不变
【答案】A
【解析】传质单元数只与物质的相平衡及进出口浓度条件有关，这些条件固定，则传质单元数不变，选用性能优良的填料，传质单元高度减小，又传质单元数不变，则填料层高度减小。

二、填空题
1．在填料塔中用清水吸收混合气中氨，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数将______。

[华南理工大学2012研]
【答案】增加
【解析】S＝mV/L，当L减小，则S增大，N OG增大。

参数S反映吸收推动力的大小，S增大，吸收推动力变小，N OG必然增大。

2．吸收操作能够进行的条件是Y_____Y*，脱吸操作能够进行的条件是Y____Y*。

[武汉理工大学2010研]
【答案】大于；小于
【解析】当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程；当气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相转移，即发生脱吸（解吸）。

3．气体吸收计算中，传质单元高度是表示______的一个参量，而传质单元数是表示______的参量。

[重庆大学2010研]
【答案】传质设备性能好坏（设备效率）；材料分离难易程度（吸收难易程度）
【解析】传质单元高度反映传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的好坏。

传质单元数反映的是吸收过程的难易程度。

三、计算题
1．在20℃和760mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨，混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到0.051mmHg，混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y=0.8x。

若吸收剂用量是最小用量的5倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。

（用吸收因数法计算的传质单元数公式：
）[中山大学2010研]
解：（1）因为吸收剂为清水，则20,x =吸收前后氨的含量为： 512100.0510.001315, 6.710760760y y -=
===⨯， 最小液气比为：1212min 12
10.76y y y y L m V x x y *--⎛⎫==⋅= ⎪-⎝⎭ 液气比为：min 550.76 3.8L L V V ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭ 又已知相对分子质量为28.8kg kmol ，气体处理量为1020kg h ，所以可知惰性气体的摩尔流率为()102010.00131535.3728.8
V kmol h =-=， 则吸收剂用量为 3.8 3.835.37134.4L V kmol h ==⨯=。

（2）气相总传质单元数
122251ln 1110.835.370.0013150.835.37ln 10.835.37134.6 6.710134.61134.6
3.5
OG y mx mV mV N mV L y mx L L
-⎡⎤⎛⎫-⎛⎫=-+⎢⎥ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎣⎦-⎡⨯⨯⎤⎛⎫⎛⎫=-+ ⎪⎪⎢⎥⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎣⎦-=
2．在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨-空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y 1＝0.01（摩尔分率），吸收率90%，操作压力为100kPa ，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为90kPa 。

试求：
（1）溶液最大出口浓度；
（2）最小液气比；
（3）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，传质单元数为多少？
（4）传质单元高度为0.5m 时，填料层高为多少米？[中南大学2012研] 解：（1）系统服从拉乌尔定律
0.9P Y x x P
==，所以m ＝0.9 *11/0.01/0.90.0111X Y m ===
即溶液的最大出口浓度为0.0111。

（2）12min 1
0.90.90.81/Y Y L m V Y m η-⎛⎫===⨯= ⎪⎝⎭ 当吸收剂用量为最小用量的2倍时
（3）min
220.81=1.62L L V V ⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭ S ＝mV/L ＝0.9/1.62＝0.556
()1222m 1=ln 11m OG Y X N S S S Y X ⎡⎤--+⎢⎥--⎣⎦ ()1=ln 10.556100.55610.556
-+⎡⎤⎣⎦- ＝3.62
（4）Z ＝H OG ·N OG ＝0.5×3.62＝1.81m
3．在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A 。

已知气体混合物中A 的初始组成为0.06（摩尔分率，下同）。

通过吸收后气体的出口组成为0.005，吸收后溶液的组成为0.095，操作条件下气液平衡关系为y ＝0.6x ，液相和气相分传质系数与液相流量和气相流量的关系为K ya ∝G 0.7、K xa ∝L 0.7，且此吸收过程为气模控制，H OG ＝1m ，试求：
（1）填料层高度及填料层高度一半时的塔截面上的气相组成；
（2）当液相流量增加时，保持气相流量和气液进口组成不变，则溶质A 被吸收的量如何变化？请说明理由。

[浙江大学2011研]
解：已知：Y 1＝0.06，Y 2＝0.005，X 1＝0.095，X 2＝0，m ＝0.6，H OG ＝1m ，0.7K G
y a ∝，
气膜控制。

（1）1212Y Y L G X X =--代入数据得 L 0.579G
=，S ＝mG/L ＝1.036 ()12OG 22Y X 1N ln 1S S 1S Y X m =
m ⎡⎤⎢⎥⎣⎦－－＋－－ ()10.05ln 1 1.036 1.0361 1.0360.006=⎡⎤⎢⎥⎣⎦
－＋－ ＝8.5
则填料层高度h ＝N OG ·H OG ＝8.5×1＝8.5m
当填料层高度一半时，N OG1＝4.25，S 不变，Y 2不变，代入上式得：Y 1’＝0.0536
（2）溶质A 被吸收的量增大,理由如下：
吸收过程是气膜控制，故L 增大，G 不变时，K y a 不变，OG G H K y a
=
不变，又h 不变，则N OG 不变，S ＝mG/L 变小，由 ()12OG 22Y X 1N ln 1S S 1S Y X m =m ⎡⎤--+⎢⎥--⎣⎦
得出Y 1/Y 2增大，又y 1不变，则y 2减小。

于是溶质A 被吸收的量G （y 1－y 2）增大。

4．因环保需要净化某气体混合物中的可溶组分A ，已知气体混合物中溶质A 的初始组成为0.045，现在填料塔中采用纯溶剂对其进行逆流吸收，气体出口组成为0.018，溶液出口组成为0.088（以上组成均为摩尔分率），操作条件下的气液平衡关系为y ＝0.5x ，已知此吸收过程为气膜控制，求：
（1）气相总传质单元数N OG ；。