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1、化工原理第九章吸取复习题及参考答案一、填空题1. （3分）20时,CO,气体溶解于水的溶解度为0.878（标m3）m3（HQ）,此时液相浓度C=kmolm3.液相摩尔分率=.比摩尔分率X=.*答案*0.03920.0007050.0007062. （2分）在常压下,20C时氨在空气中的分压为69.6mmHg,此时氨在混合气中的摩尔分率y=,比摩尔分率Y=.*答案*0.0916;0.1013. （2分）用相平衡常数m表达的亨利定律表达式为.在常压下,20时,氨在空气中的分压为50mmHg,与之平衡的氨水浓度为7.5（kgNH/100kgH0）.此时m=.32*答案*y=mx;0.8944. （3
2、分）用亨利系数E表达的亨利定律表达式为.在常压下,2（C时，氨在空气中的分压为50mmHg,与之平衡的氨水浓度为7.5（kgNH/100kgH0）.此时亨利系数E=,32相平衡常数m=.*答案*p=Ex;680mmHg;0.8945. （2分）用气相浓度Ap为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的传质速率方程为以总传质系数表达的传质速率方程为.6. 12分）用液相浓以U为A动力的传质城率方程若两种,以传质分系数表达的速率方程为一以传质总系数表达的速率方程为*答案*N=k（C-C）N=K（C*-C）7. 12分）用气相浓度4y为雇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
3、质总系数表达的速率方程为*答案*N=k（y-y）;N=K（y-y*）AyiAy8. （2分）用液相浓度Ax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*答案*N=k（x-x）N=K（x*-x）9. 12分）用气相浓度;Y为推动力的传质速率1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*答案*N=k（Y-Y）;N=K（Y-Y*）AYiAY10. （2分）用Ay,x为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时传质总系数K、与分系数k、k的关系式为,与k、k的关系式为丫.*答嚷*1/K=lk+mk;1/K=l（m.k）+fkXyyXXyX
4、11. （2分）用AX为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时,传质总系数KY与分系数1丫、，k的关系式为N与k，&的关系式为.*答案*=lk+m/k;lK=l（m.k）+lkYYXXX12. （2分）J1Jp,C为推动力的传质速率方程中,当平衡线为直线时,传质总系数K与分系数k、k的关系式为,K与k、k的关系式为.*晟答必*1/K=lk+lH.k;1/K=Hk+lk、13. （2分）用清水吸取空气与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y,=0.008,则最小液气比为3*答案*共1.73314. （4分）某吸取塔中，物索的平衡线方程为y=2
5、.0x,操作线方程为y=3.5x+0001,当y=0.06,y=0.0015时,x=,x=,LZG=,气相传质单元数N=.1212OG*答案*0.01685;0.0001429;3.5;7.1215. （3分）吸取过程主要用于三个方面:.*答案*制备产品；分别气体混合物；除去气体中的有害组分16. （3分）填料的种类很多，主要有.*答案*拉西环；鲍尔环；矩鞍环；阶梯环;波浪填料;丝网填料.17. （2分）质量传递包括有等过程。*答案*吸取、蒸馆、萃取、吸附、枯燥。18. （3分）吸取是指的过程，解吸是指的过程。*答案*用液体吸取剂吸取气体，液相中的吸取质向气相集中。19. （3分）指出以下组分
6、，哪个是吸取质，哪个是吸取剂.（1）用水吸取Hcl生产盐酸,HO是，HC1是（2）用98.3%HSO吸取SO生产HSO,SO,是；HSO是。（3）用水吸取甲盛东1产福尔马东,H,O_L：甲醛是一l_o*答案*（1）吸取剂，吸取质。（2）吸取质，吸取剂。（3）吸取剂，吸取质。20. （2分）吸取一般按有无化学反响分为,其吸取方法分为0*答案*物理吸取和化学吸取；喷淋吸取、鼓泡吸取、膜式吸取。21. （2分）气液两相平衡关系将取决于以下两种状况：（1）假设P*或C，C则属于一过程P（2）假设3PL或3*则属于_过程PLGLG*答案*（1解吸；（2）吸取。22. （2分）集中速率的费克定律公式是,式
7、中每项的物理意义0*答案*J=-Ddcdz,J组分A的集中通量kmol（m2s）；D集中系数Ms,dedz组分的浓度瑞度kmol/iEA23. （2分）吸取速度取决于,因此，要提高气一液两流体相对运动速率，可以来增大吸取速率。*答案*双膜的集中速率，削减气膜、液膜厚度。24. （2分）影响集中系数D值的大小的因素有。*答案*集中组分的性质及介质、温度、压力、浓度。25（2分）总吸取速率方程式中KY是以为气相摩尔比差为传质推动力的气相总传质系数；而KX是以为液相摩尔比差为传质推动力的液相总传质系数。*答案*Y*X*X26. （2分）填料选择的原则是.*答案*外表积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨
8、并耐温。27. （5分）气相中：温度上升则物质的集中系数压强上升则物质的集中系数.在液相中：液相粘度增加则物质的集中系数o易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上方的分压,只要组分在气相中的分压液相中该组分的平衡分压,吸取就会连续进展，直至到达一个的为止。*答案*;1;1;小；大；大于；平衡28. 14分）由于吸取过程气相中的溶质分压总液相中溶质的平衡分压，所以吸取操作线总是在平衡线的o增加吸取剂用量，操作线的斜率,则操作线向平衡线的方向偏移，吸取过程推动力（y-y*）o*答案*大于上方增大远离增大29. （2分）图所示为同一温度下A.B.C三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知，它们溶解度大小的
9、次序是;同一平衡分压下，它们的液相平衡浓度大小挨次是一*答案答案*溶解度大、选择性好、腐蚀性小、挥发度小。40. （2分）当平衡线在所涉及的气液范围内斜率为m的直线时，则1/K =lk +CBA;在同一平衡分压下CCCCBA30. （3分）对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E,相平衡常数m,溶解度系数Ho*答案*不变；削减；不变31. （4分）在常压下，测定水中溶质A的摩尔浓度为0.56kmolm3,此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02,则此物系的相平衡常数m=o当其他条件不变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=,假设测得总压值为2atm,则此时的亨利系数E=_atm,
10、而溶解度系数Hakmol（m3.atm）。*答案*2.0；1.0；4.0atm；14kmol（m？.atm）32. （2分）在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，假设削减吸取剂用量，则传质推动力将,操作线将平衡线。*答案*削减；靠近；33. （2分）当温度增高时，溶质在气相中的分子集中系数将,在液相中的分子集中系数将o*答案*增加；增加34. （2分）对肯定操作条件下的填料吸取塔，如将塔料层增高一些，则塔的H将OG,N将（增加，削减，不变）。*答案*不变；增加35. （2分半某逆流吸取塔，用纯溶剂吸取混合气中易溶组分，设备高为无穷大，入塔Y=8%（体积），平衡关系Y=2X。试问：（D
11、.假设液气比摩尔比，下同）为2.5时，吸取率=%.假设液气比为1.5时，吸取率=%*答案*100%；75%36. （5分）吸取塔底部的排液管成U形，目的是起作用，以防止o操作中的吸取塔，假设使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是吸取效果;假设吸取剂入塔浓度X降低，其它操作条件不变，吸取结果将使吸取率2出口气体浓度Io*答案*液封作用;空气倒灌和塔内气体跑出;吸取效果达不到要求;吸取率增大，出口气体浓度降低37. （3分）计算吸取塔的填料层高度，必需运用如下三个方面的学问关联计算：*答案*平衡线、操作线、传质系数。或者平衡关系、物料衡算、传质速率。38. （2分）溶解度很大的气体，吸取
12、时属于掌握，强化吸取的手段是.*答案*气膜，增大气相侧的传质分系数或气流湍动程度。39. （2分）吸取操作中，对吸取剂的要求有、-O假设为气膜掌握，则K=O*答案*mk；k41 .（2分）某低浓度气体吸g乂过程，m=l,气膜体积传质劣系数ka2x10-4kmol.m.s,液膜体积传质分系k/=0.4kmol（m3.s）o则该吸取过程为膜血力掌握。气膜阻力占总阻力的百分数为LOGOG3. (12分)用水作为吸取剂来吸取某低浓度气体生成稀溶液(听从亨利定律)操作压力为850mmHg,相平衡常数m=0.25,其气膜吸取分系数k=1.25kmol(m2.h.atm),液膜吸取分系数k=0.85mh,试
13、分析该气体被水吸取时,是属气膜掌握过程还是液膜掌握过程？*答案*m=EPE=mP=0.25x850760=0.28(大气压)V是稀溶液H=p/Ms.E=1OOO(O.2818)=198.4(kmol(matm)依据l/KG=l/kG+l/(Hk();即1K=1/1.25+l(198.40.85)：kj=1.25kmol(m2.h.atm)l;因此，是气膜掌握过程。4.18分)在总笈Pt500kNm2温度t=27下使含CO?。(体积%)的气体与含CO?70gm3的水相接触，试推断是发生吸取还是解吸？并计算GCo电分压差表示的传质总推就力。：在操作条件下，亨利系数E=1.73xlO5kNm2,水溶
14、液的密塞可取lOOOkg/m,CO,的分子量44o*答案*气相主体中CO,的分压为P=5OOO.O3=15kNm2；与溶液成平衡的Cb,分压为：p*=Ex对于稀溶液：C=1000l8=55.6kmolm3CO的摩尔数n=370/(100044)=0.008412xnC=0.00841/55.6=1.51310*p*=1.731051.51310-4=26.16KNm2；Vp*p；于是发生脱吸作用。以分压差表示的传质推动力为p=p*-p=11.16kNm25. (15分)在直径为0.8m的填料塔中,用1200kgh的清水吸取空气和SO2混合气中的SO;混合气量为IooOm3(标准)h,混合气含S
15、oJ.3%(体积)，要求回收率：9.5%,操作条存为20、Iatm,平衡关系为y=0.75x,总体积传质系数K=0.055kmol(m3.s.atm),求液体出口ya浓度和填料高度。*答案*：D=08m,Ls=1200kgh,G=100ONnWhy=0.013=0.995x=Oy=0.75x1 2eK=0.055kmol(m3.s.atm)Ls=1200(360018)=0.0185kmol/sG=1000(22.43600)=0.0124kmolsBV为低浓度吸取(LG)=0.0185/0.0124=1.49X=(GL)(y-y)+x=(0.013-0.000065)/1.49=0.0086
16、8;y=y(1-)=0.013(1-0.995)=0.0000651122_21VZ=HN而N=(y-y)YmOGOGOGI2y=y-y*=0.013-0.750.00868=0.006490;y=y-y*=0.000065-0=0.000065II222y=(y-y)ln(yy)=(0.006490-0.000065)ln(0.0()64900.000065)=0.001396In1212N=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266Hog=G(Kya)=0.0124(0.7850.80.80.055)=0.449(m)Z=9.2660.449=4.2m6. (15分)在
17、常压填料吸取塔中，用清水吸取废气中的氨气。废气流量为2500m3h标准状态)，废气中氨的浓度为15gm3,要求回收率不低于98%。假设吸取剂用量为3.6nWh,操作条件下的平衡关系为Y=L2X,气相总传质单元高度为0.7m。试求：1.塔底、塔顶及全塔的吸取推动力(气相)；2.气相总传质单元数；3.总填料层高。*答案*y=15/17/(1000/22.4)=0.01977kmolNHkmolB+NHY=y/(l-y)=0.01977/(1-0.01977)=0.02023kmolNHkmolBY=0.02023(1-0.98)=4.03410-4V=250022.4(1-0.01977)=109
18、.4kmolBh21.=3.61000/18=200kmolBh全塔物料衡算1.(X-X尸V(Y-Y)S12BI2200(X-O)=IO9.4(0.02023-4.034xl(M)得X=0.01081Y=Y-Y*=0.02023-1.20.01081=0.0072;Y=Y-Y*=0.0004034Y=(0.072-0.0004034)ln(0.00720.0004034)=0052N*=(Y-Y)Ym=(0.0201-0.0004304)/0.(X)235=8.34OG12H=NN=8.340.7=5.84mOGOG7. (15分)用填料塔从一混合气体中吸取所含的苯。混合气体中含苯5%(体积%
19、),其余为空气，要求苯的回收率为90%(以摩尔比表示)，吸取塔为常压操作，温度为25C,入塔混合气体为每小时940标准m,入塔吸取剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的1.5倍,该系统的平衡关系=0.14X(其中Y、X为摩尔比)，气相体积传质系数K=ya0.035kmol(ms),纯煤油的平均分子量MS=170,塔径D=0.6m。邮(1)吸取剂的耗用量为多少kgh?(2)溶液出塔浓度X为多少？3)填料层高度Z为多少m?*答案*=90%,y=0.05,Y=y/(l-y)=0.05/(1-0.05)=0.05263;Y=Y(l-)=0.005263III2IG=94022.4=41.96kmol/
20、hG=G(l-y)=41.96(1-0.05)=39.87kmol/h(L/GB)=(Y-Y)(Y/m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126smin1211.=1.5L=1.50.12639.87=7.536kmol/h=7.536170kgh=1281kghs=(Y-m)7(1.5(L/G)=(0.05263-0.005263)/(1.50.126)=0.251II2sBminx=X/(1+X)=0.2023H=G/(K)=(39.873600)(0.0350.7850.62)=1.12mOGByaN=(Y-Y)YmOGI2Y=Y1-YJ=O.052
21、63-0.14x0.251=0.01749Y2=Y2-Y2*=0.005263Ym=(0.01749-0.00526)ln(0.01749/0.00526)=0.01018Nqg=(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65Z=HvXNa=1.124.65=5.2m8. (15分)某一逆流操作的填料塔中，用水吸取空气中的氨气。塔底气体进气浓度为0.026(摩尔比)(下同)，塔顶气相浓度为0.0026,填料层高度为1.2m,塔内径为02m,吸取过程中亨利系数为0.5atm,操作压力0.95atm,平衡关系和操作关系以摩尔比浓度表示)均为直线关系。水用量为0.1m3h,混合气中空气
22、量为IOom3/h(标准状态下)。试求此条件下,吸取塔的气相总体积传质系数。*答案*方法1.Y=0.026,Y=0.0026,m=EP=0.50.95=0.526121.s/G=0.1l000/18/(100/22.4)=1.244G=(10022.4)(40.2)=142.1kmol(m2.h)X=(Y-Y)(Ls/G)=(0.026-0.0026)/1.244=0.0188II2BAYl=Yl-Yj=O.026-0.526x0.0188=0.0161Y=Y-Y*=0.0026222Y=(Y-Y)ln(YY)=0.00741m1212N=(Y-Y)Y=3.16OG12m.K=GhN=142.
23、11.23.16=37.42kmol(m3h)yaBOG方法2.,A=Ls/Gm=1.244/0.526=2.365N=A(A)xln(l-l次)(Y-mX)(Y-mX)+lAOG1222=2.365/1.365ln(l-1/2.365)(0.026/0.0026)+12.365=3.16/.KYa=37.42kmol(mh)9.(15分)某填料吸取塔，用清水除去气体混合物中的有害物质，假设进塔气中含有害物质5%(体积),要求吸取率为90%,气体流率为32kmoV(m2.h),液体流率为24kmoV(m2.h),此液体流率为最小流率的1.5倍。假设物系听从亨利定律，并液相传质单元高度H0.44
24、m,气相体积分传质系数K=0.06kmol(m3.s.y),该塔在常压下逆流等温操作。试求：塔底排出液的组成；(2)所需弦料层高度。注：可用摩尔分率代替摩尔比进展计算。*答案*y=0.05;y2=(l-)y=(l-0.90)0.05=0.005X=G(y-y)L=32(0.05-005)24=0.06L=L/1.5=24/1.5=16kmol(m2.h)minX*=G(y-y)L=32(0.05-0.005)/16=0.09;m=y/X*=0.050.09=0.5561I2min1Iy=(y-y*)-(y-y*)ln(y-y*)(y-y*)m11221I22=(0.05-0.5560.06)-
25、0.005)ln(0.05-0.5560.06)/0.005)=0.01164/1.202=0.00968N=(y-y)y=4.65OG12mH=GZk=32/3600/0.06=0.148mGyaH=H+SH=H+(mGL)H=0.148+0.556x32/24x0.44=0.474mOGGLGLh=HN=0.474x4.65=2.20m。OGOG10.(15分)一常压逆流吸取塔，塔截面积为05m2,填料层高为3m。用清水吸取混合气中的丙酮(分子量为58),丙酮含量为5%(体积)，混合气流量为1120Nm3/h。在液气比为3的条件下，出塔气体中丙酮含量为0.005(摩尔分率)。操作条件下的平
26、衡关系为y=2o试求:出口液体中的丙酮含量(质量分率)；气体体积总传质系数Kya(kmol(ms);(3)假设填料增高3米，其他操作条件不变，气体出口的丙酮含量为多少？*答案*LG=(y-y)x,X=(y-y)(LG)=(0.05-0.005)3=0.01512I112a=(0.01558)18=0.0483(2)S=m(LG)=23=0.667N=l(l-S)In(l-S)y/y+S=4.16H=IVN=3/4.16=0.721mOGOGH=GZKOGyaG=I120(22.436000.5)=0.0278kmol(m2.s)K=GH=0.0385kmol(m)yaOG(3)h,=3+3=6
27、m,H不变,S不变OGN,=h/H=6/0.721=8.32OO0000N,=1(1-S)in(l-S)y/y,+S;y=0.0011。OG122IL(15分)在逆流填料吸取塔中，用清水吸取含氨5%(体积)的空气-氨混合气中的氨，混合气量为2826Nm3h,气体空塔速度为lms(标准状)，平衡关系为Y=1.2X摩尔比)气相体积总传质系数Kya为18OkmOl/(m3.hAY),吸取剂用量为最小用量的1.4倍，要求吸取率为98%,试求：(1)溶液的出口浓度X(摩I尔比)；(2)气相总传质单元高度H和%相总传质单元数N；(3)假设吸取剂改为含NH为0.0015(摩尔比)的水溶液，问能否到达吸OG3
28、收率98%的要求?为什么？本*答案求*=y/(l-y)=0.05/0.95=0.05263;Y=Y(1-)=0.05263(1-0.98)=0.001053X=0;X=Y/1.2=0.05263/1.2=0.04386211XrXJ/1.4=0.03133(2)Y1=Y1-Y1*=0.05236-1.20.03133=0.01503Y=Y=0.001053Y=(Y-Y)ln(YY)=0.005258m1212N=(Y-Y)Y=9.81OGl2mG=2826(1-0.05)(22.4(282636001)=152.7kmol(m2h)H=G/K=152.7/180=0.848m跳/G=&-Y)X
29、=1.646,所以S=1.21.646vlSB121操作线将在塔顶位置与平衡线相交(当塔高为无穷高时)，今:X,=0.0015,Y=l.2x0.0015=0.0018故最大T能回收簟=(Y-Y)Y=(0.05263-0.0018)/0.0526312I=96.5%(98%,即达不到吸取率98%的要求。12. (15分)在常压填料逆流吸取塔中，用清水吸取混合气体中的氨，混合气量为2023m3h,其中氨的流量为160m3h,出口气体中的氨流量为4m3h(均系操作温度20C下的体积)，平衡关系为Y=1.5X,传质系数K=0.45kmol(m2.h.y),(均按摩尔比表示),试求：(1)吸取率为多少？
30、假设吸取剂用量为最小储量的1.2倍时，求溶液的出口浓度。(2)塔径为1.2m,内充25253的乱堆填料拉西环，填料有效比外表积约200m2m3,求填料层高度。(3)假设使V、丫、小X不变，而使吸取剂改为含氨0l%(mol%)的水溶液时，填料层高度有何变化(K可视为不变*答案*=160/(2023-160)=0.08696;Y=4/(2023-160)=0.00217=(Y-Y)Y=(0.08696-0.0021力/0.08696=0.975=97.5%I21(L/G)=(Y-Y)X=(Y-Y)(Y/m)=1.50.975=1.4625SBminI21I211./G=1.2(L/G)=(Y-Y)
31、XSBSBmin121X=X71.2=Yml.2=0.08696/1.5/1.2=0.0483I11S=m(LG)=1.5(1.21.4625)=0.8547N=l(l-S)ln(l-S)Y/Y+S=13.07OG12G=(1840273293)(22.40.7851.22)=67.7kmol(m2h)H=G/K=67.7(0.45200)=0.752mOGByah=NH=13.070.752=9.83m(3)x=0l,0.00129N=1(1-S,)ln(l-S,)(Y-mX)(Y-mX)+S=18.84OG1222VS=1.5(LG),(LG),=(Y-Y)(X-X)=1.793I2I2S=1.5/1.793=0.8368H不变；h=NH=18.840.752=14.17mOGOGOGh=h-h=14.17-9.83=4.34m。1
