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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X2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X2降低，其它操作条件不变，则出口气体浓度 降低 。
5．含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2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*=1.62c （大气压），则SO2将从 气相 向 液相 转移。
6．含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2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*=1.62c (大气压)，以气相组成表示的传质总推动力为 0.0676 atm 大气压。
7．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG，其中l/kL为 液膜阻力 。
8．总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG， 当气膜阻力H/kG 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，kxa=0.2 kmol/m3.s，kya =2l0-4 kmol/m3.s，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y1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HOG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NOG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NOG=1，则此塔的进出口浓度差（Y1-Y2）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 。
28.单向扩散中飘流因A > 1。漂流因数可表示为，它反映 由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。
29.一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在精馏单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。
30.板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 （说出三种）；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。
30.分子扩散中菲克定律的表达式为_____ ，气相中的分子扩散系数D随温度升高而___增大___（增大、减小），随压力增加而___减小___（增大、减小）。
31.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。
32.根据双膜理论，两相间的传质阻力主要集中在 相界面两侧的液膜和气膜处，增加气液两相主体的湍动程度，传质速率将___增大___ 。
33.吸收的逆过程称为 解吸 。
34.对于低浓度气体吸收，其气、液相平衡关系服 亨利定律 。
35根据气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的不同，从而使气体混合物得以分离的操作称为 吸收 。
36、当物系一定时，亨利系数E随系统的温度而变化，通常温度升高，E值 增大 。
37、吸收塔的操作线斜率为 液气比LS／VB ，斜率越大，操作线 平衡线，则各截面上吸收推动力 增大 。
38.在低浓度的难容气体的逆流吸收塔中，若其他条件不变而入塔液体量增加，则此塔的液相传质单元数NOL将 减小 ，而气相总传质单元数NOG将 不变 ，气体出口浓度ya将 降低 。
39.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中的溶质组分，其液气比L/G为2.7，平衡关系为Y=1.5X，若溶质的吸收率为90 % ，则操作液气比与最小液气比之比值为 2 。
40.含低浓度的难容气体的混合气体，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于 液相 中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数Kya值将 增大；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将 减小 ；溶质A的吸收率将 增大 ；若系统的总压强升高，则亨利系数将 不变 ，相平衡常数将 减小 。
41.若某气体在水中的恒里面系数E值很大，说明该气体为。 难溶 气体，该吸收过程为 液膜控制 过程。
42.用逆流操作的吸收塔处理低浓度易溶溶质的气体混合物，其他条件均不变，而入口气体浓度增加，则此塔的液相总传质单元数 不变 ，出口气体组成 增加 ，出口液相组成 增加 。
43.在吸收操作过程中，保持气液相流量、气相进口组成不变，若液相进口浓度降低，则塔内平均传质推动力将 增大 ，气相出口浓度将 减小 。
44.对填料塔期末控制的逆流吸收过程，若其他操作条件不变，将气液流量同比例减小，则气体出塔组成y2将 减小 ，液体出塔组成X1将 增大 。
二、选择题
1．用纯溶剂吸收混合气中的溶质。逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y2和吸收率j的变化为：（ C ）。
A y2上升，j下降 B y2下降，j上升
C ）y2上升，j不变 D ）y2上升，j变化不确定
2．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则气相总传质单元数（ B ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
3．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口气体组成将（ A ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
4．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口液体组成（ A ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
5．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元数将（ C ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
6．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元高度将（ C ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
7．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相出口组成将（ A ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
8．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则液相出口组成将（ A ）。
A 增加 B减少 C不变 D不定
9．正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生？（ C ）
（A）出塔液体浓度增加，回收率增加
（B）出塔气体浓度增加，但出塔液体浓度不变
（C）出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加
（D）在塔下部将发生解吸现象
10．最大吸收率与（ D ）无关。
A 液气比 B液体入塔浓度 C相平衡常数 D吸收塔型式
11．逆流填料吸收塔，当吸收因数A<1且填料为无穷高时，气液两相将在（ B ）达到平衡。
A 塔顶 B塔底 C塔中部 D塔外部
12．某吸收过程，已知ky= 410-1 kmol/m2.s，kx= 810-4 kmol/m2.s，由此可知该过程为（ A ）。
A 液膜控制 B气膜控制 C判断依据不足 D液膜阻力和气膜阻力相差不大
12.在吸收操作中，若C*-C≈Ci-C，则该过程为 A 。
A.液膜控制 B.气模控制 C.双膜控制 D.不能确定
13.在吸收操作中，已液相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为 A 。
A.X*-X B.X-X* C .Xi-X D. X-Xi
14.、某吸收过程中溶质与吸收剂之间有明显的化学反应，称之为（ C ）。
A：物理吸收 B：单组分吸收 C：化学吸收 D：非等温吸收 2、
15.为使脱吸操作易于进行，通常可采用（ A ）
A：升温，减压 B：升温，加压 C：降温，减压 D：降温，加压
16、在下列吸收操作中，属于气膜控制的是 （ C ）
A：用水吸收CO2 B：用水吸收H2 C：用水吸收氨气 D：用水吸收O2 17、吸收是分离（ B ）的单元操作。
A：液体混合物 B：气体混合物 C：悬浮液 D：含尘气体
18、吸收的逆过程称为（ B ）
A：蒸馏 B：解吸 C：萃取 D：过滤 19、气体在同一种溶质中的溶解度随温度的升高而（ B ）
A：增大 B：减小 C：不变 D：无关 20、吸收操作过程气、液相平衡关系符合（ C ）
A：拉乌尔定律 B：费克定律 C：亨利定律 D：傅立叶定律
21、下述说法中正确的是（ D ）
A：用水吸收氨属于难溶气体的吸收，为液膜阻力控制
B：常压下用水吸收二氧化碳属难溶气体的吸收，为气膜阻力控制
C：用水吸收氧属于难溶吸收，为气膜阻力控制
D：用水吸收二氧化硫为具有中等溶解度的气体吸收，气膜阻力和液膜阻力都不可忽略
22、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y1=0.06，要求出塔气体浓度y2=0.008,则最小液气比为( A ).
A：1.733 B：2.733 C：1 D：无法确定
23、在吸收传质过程中，它的方向和限度取决于吸收质在气液两相的平衡关系，若要进行吸收操作，则应控制（ A ）
A：pA> pA* B：pA= pA* C：pA< pA* D： pA≤ pA*
24、吸收速率方程中，吸收系数为KY时，其对应的传质推动力为（ A ）
A：Y-Y* B：y-y* C：p-p* D：C-C*
25、常压下用水逆流吸收空气中的CO2，若增加水的用量，则出口气体中CO2的浓度将（ B ）
A：增大 B：减小 C：不变 D：不能确定 26、吸收过程相际传质的极限是（ D ）
A：相互接触的两相之间浓度相等。
B：相互接触的两相之间压强相等。
C：相互接触的两相之间温度相等。
D：相互接触的两相之间达到相平衡的状态。
27、难溶气体的传质阻力主要集中在（ B ）。
A：气膜一侧 B：液膜一侧 C：相界面上 D：液相主体中 28、在吸收操作中，吸收的推动力是（ B ）
A：温度差 B：浓度差 C：气液相平衡关系 D：压力差 29、某低浓度逆流吸收塔在正常操作一段时间后，发现气体出口含量y2增大，原因可能是 C 。
A.气体进口含量y1下降 B.吸收剂温度降低
C.入塔的吸收剂量减少 D.前述三个原因都有/
30、根据双模理论，在气液接触的相界面处 D 。
A.气相组成大于液相组成 B. 气相组成小于液相组成
C. 气相组成等于液相组成 D.气相组成与液相组成大小不定
31、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
32、单向扩散中飘流因子 A 。
A >1 B <1 C =1 D 不一定
33、已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm，则__A__。
A t1
t2 C t1>t2 D t3ｐ），发生吸收过程，反之，当ｐ<ｐ时，发生解吸过程。显示在相图中，操作线在平衡线上方，为吸收。操作线在平衡线下方，为解吸。
12、何谓气膜控制吸收?如何提高吸收总系数？
答：当溶质气体A为易溶气体时，ｍ值较小，1/K＝1/k＋m/k，1/K≈1/k，此时为气膜控制吸收。 因为K≈k， 所以关键是提高气相传质分系数ｋ。增大湍动程度，提高气液接触面积，可提高k。
13、何谓液膜控制吸收?如何提高吸收总系数?
答：当气体为难溶气体时，m值较大，1/K＝1/k＋1/k，1/K≈1/k，此时为液膜控制吸收。因为K≈k，所以关键是提高液相传质分系数k。降低液膜厚度是提高k的有效方法。
14、试说明填料吸收塔由哪几个主要部分组成？并指出气、液的流向。
答：组成：由塔体、填料、液体喷淋装置、填料的支承栅板和气液进出口装置
流向：混合气由塔底进入与塔顶喷淋而下的吸收剂逆流接触，后分别排出塔外。
15、欲提高填料吸收塔的回收率，你认为应从哪些方面着手？
答：（1）、降低操作温度或增大压力，可使吸收速率提高，使回收率提高；
（2）、在保证不发生“液泛”在前提下，适当增大气速；
（3）、适当增大吸收剂的用量（增大喷淋密度）,可使回收率提高（但会导致操作费增大，溶液浓度X下降）；
（4）、喷淋液体应均匀，并保证填料被充分润湿；
（5）、可适当增加填料层高度。
图10-29 例10-21附图
五、计算题
1 某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/，操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数，，相平衡关系为（式中气相分压的单位是kPa，平衡浓度单位是）。求：容积总传质系数及传质单元高度；解：由亨利定律
=
（1） 液相阻力占总阻力的百分数为：
2、 低含量气体逆流吸收，试证：
式中为塔底的吸收推动力；为塔顶的吸收推动力。
证明：由物料衡算得：
低浓度吸收
得
3、 某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数回收率可达。已知物系的平衡关系为y=2x。
今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至，试求：
（1） 可溶组分的回收率下降至多少？
（2） 液相出塔摩尔分数升高至多少？
解： （1）
=
当上升时，由于不变，不变
也不变，即
（3） 物料衡算
=
4、 有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。填料塔直径为0.8m，填料层体积为3 m3，平衡关系为Y=1.4X，已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用？（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）
解：（1）
惰性气体流量
该塔现有填料层高度
因为 所以该塔不适合。
（2）吸收剂用量增大10%时
因为 所以该塔适合。
5、 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求此时填料层高度为若干米？
解：（1）液气比为最小液气比的多少倍?
则
(2）所需填料层高度？
故
(3) 此条件下的填料层高度。
6、某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m，平衡关系Y=1.4X，测得气体进、出口浓度Y1=0.03，Y2=0.002，液体出口浓度X1=0.015（均为摩尔比）。试求：（1）操作液气比L/V；（2）气相总传质单元高度HOG，（3）如果限定气体出口浓度Y2=0.0015，为此拟增加填料层高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？
解：（1）操作液气比L/V；
（2）气相总传质单元高度HOG，
因
故
（3）？
由题意知 =0.0015 其它条件不变，则 不变
新情况下的传质单元数为：
故 /
7、某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的有害组分A，已知平衡关系为Y=1.5X，塔顶X2=0，Y2=0.004，塔底X1=0.008，Y1=0.02，求：
（1） 气相总传质单元高度；
（2） 操作液气比为最小液气比的多少倍；
（3） 由于法定排放浓度Y2必须小于0.002，所以拟将填料层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可忽略不计，问填料层应加高多少？
解:（1）气相总传质单元高度
（2）操作液气比为最小液气比的多少倍
因为X2=0，故
则
（3）？
则
所以
所以
8、在总压P=500kN/m2、温度t=27℃下使含CO23.0%（体积分率）的气体与含CO2370g/m3的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸?并计算以CO2的分压差表示的总传质推动力。
已知：在操作条件下，亨利系数E=1.73105 kN/m2，水溶液的密度可取1000kg/ m3，CO2的相对分子质量为44.
【解】 此题是考查对亨利定律是否能灵活应用。主要是应用亨利定律，计算出与溶液相平衡的气相分压PA*，再与气相主体中CO2的分压PA进行比较。若PA*PA，则发生解吸现象。
由题意可知，
对稀水溶液，
于是
而气相主体中CO2的分压
可见，，故将发生解吸现象。
以分压表示的总传质推动力
9、一逆流操作的常压填料吸收塔，拟用清水吸收混合气所含的少量溶质。入塔气体中含溶质1%（体积分率），经吸收后要求溶质被回收80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的关系为y=x，气相总传质单元高度为1.2m，试求所需填料层高度。
【解】 此题为典型的吸收设计型问题，涉及有关吸收计算的最基本的解题方法。由最小液气比入手，通过计算出实际的液气比，找到脱吸因数，计算出传质单元数，最后确定整个塔高。
属于低浓气体吸收。
(1)平均推动力法
首先需要求出吸收剂出塔时的浓度xb,由全塔物料衡算得
由
塔高
（2）吸收因数法
此时塔高
10、在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质，进塔气体中溶质的含量为8%（体积分率），吸收率为98%， 操作条件下的平衡关系为y=2.5x,取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求：
（1）水溶液的出塔浓度；
（2）若气体总传质单元高度为0.8m，现有一填料层高度为9m的塔，问该塔是否合用？
【解】 （1）属于低浓度气体吸收
水溶液出塔浓度
（2）要核算一个塔是否合用，较简单的方法是采用设计型的解题思路。即求出完成吸收任务所需要的填料层高度h需，若h需小于等于现有的填料层高度h，则可以完成吸收任务，塔合用；否则，就不能完成吸收任务，塔不合用。
仍可采用平均推动力法和吸收因数法。
平均推动力法
由于水溶液的出塔浓度已经算数，即气液两相的4个浓度都已得到，则
塔高
吸收因数法
此时
即所需填料层高度11.4m，大于9m，故该塔不合用。
11、某填料吸收塔，用清水除去气体混合物中有害物质，若进塔气中含有害物质5%（体积分率），要求吸收率为90%，气体流率32kmol/(m2h),液体流率为24 kmol/(m2h)，此液体流率为最小流率的1.5倍。如果物系服从亨利定律，并已知液相传质单元高度HL为0.44m，气相体积分传质系数kya=0.06kmol/(m3s△y),该塔在常温下逆流等温操作。试求：
（1）塔底排出液的组成；
（2）所需填料层高度。
【解】 属于低浓气体吸收。
（1）
出塔液相组成
（2）
即
所以
有
由于题中并未给出气相总体积传质系数kYa,而是给出了气相分体积传质系数kya,所以不能直接求出总传质单元高度HOG,要先求出分传质单元高度HG。
则
12、已知某填料吸收塔直径为1m，填料层高度4m。用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分，该组分进口浓度为8%，出口为1%（均为摩尔分率），混合气流率30kmol/h,操作液气比为2，相平衡关系为y=2x。试求：
（1）气相总体积传质系数Kya;
（2） 塔高为2m处气相浓度；
（3） 若塔高不受限制，最大吸收率为多少？
【解】 （1）先求出单位塔截面积上混合气体的流率
根据例题9-4的结论，有
则传质单元高度为
气相总体积传质系数
（2）2m塔高所对应的传质单元数为
设2m处气液相浓度分别为y、x，则
即 （1）
又由物料衡算可知
（2）
联合求解方程（1）、（2）得
(3) 若塔高不受限制，又S=1，则操作线落在平衡线上，当xa=0时，ya必等于0。故吸收率
13、拟在常压吸收塔中用清水吸收空气中的氨，已知入塔空气中氨气含量1.3%（体积分数），要求氨的回收率为99%，已知塔内操作气流密度为180kmol/(m2h),实际用量为最小用水量的1.5倍，操作条件下的气液平衡关系为y=1.2x，气体体积总传质系数Kya为360 kmol/(m3h)。因为气液相浓度都很小，可近似认为气液流密度均为常数，且X=x ,Y=y，计算填料层高度。
【解】由题知，
最小液气比：
实际液气比：
解吸因素：
14、在填料层高度为4m的常压逆流吸收塔内。用清水吸收空气中的氨，已知入塔空气含氨5%（体积分数），要求按回收率为90%，实际液气比为0.98，又已知在该塔操作条件下，氨水系统的平衡关系为y=mx(m为常数；x,y分别为液气相中的摩尔分数)且测得与含氨1.77%（体积分数）的混合气充分接触后的水中氨的浓度为18.89g氨/1