第8章　氣體吸收

一、選擇題

1．在吸收塔某處，氣相濃度y＝0.005，液相濃度x＝0.015（均為摩爾分數），兩側體積傳質分系數

，在該操作溫度下氣、液平衡關系。這時氣體界面上氣相濃度應等于（　　）。[華南理工大學2012年研]

A．0.002

B．0.0015

C．0.0057

D．0.009

【答案】C

【解析】。在相界面處氣液達到平衡，則，所以，

。

2．亨利定律適用于溶液中可溶解組分的（　　）范圍，拉烏爾定律適用于理想溶液中每一種組分的（　　）范圍。[華南理工大學2011年研]

A．高濃度

B．中等濃度

C．低濃度

D．全濃度

【答案】C；C

【解析】亨利定律和拉烏爾定律都是針對稀溶液即低濃度溶液而言的。

3．某吸收任務的操作液氣比、吸收劑進口溫度、氣體進出口濃度、吸收劑入塔濃度、操作壓力均已確定，假定吸收為低濃度混合氣體吸收，若設計時選用性能更優良的填料，則（　　）。[浙江大學2011年研]

A．所需傳質單元數不變，填料層高度降低

B．所需傳質單元數不變，填料層高度不變

C．所需傳質單元數減少，填料層高度降低

D．所需傳質單元數減少，填料層高度不變

【答案】A

【解析】傳質單元數只與物質的相平衡及進出口濃度條件有關，這些條件固定，則傳質單元數不變，選用性能優良的填料，傳質單元高度減小，又傳質單元數不變，則填料層高度減小。

二、填空題

1．在填料塔中用清水吸收混合氣中氨，當水泵發生故障上水量減少時，氣相總傳質單元數將______。[華南理工大學2012年研]

【答案】增加

【解析】S＝mV/L，當L減小，則S增大，N_OG增大。參數S反映吸收推動力的大小，S增大，吸收推動力變小，N_OG必然增大。

2．吸收操作能夠進行的條件是Y______Y*，脫吸操作能夠進行的條件是Y______Y*。[武漢理工大學2010年研]

【答案】大于；小于

【解析】當氣相中溶質的實際分壓高于與液相成平衡的溶質分壓時，溶質便由氣相向液相轉移，即發生吸收過程；當氣相中溶質的實際分壓低于與液相成平衡的溶質分壓時，溶質便由液相向氣相轉移，即發生脫吸（解吸）。

3．氣體吸收計算中，傳質單元高度是表示______的一個參量，而傳質單元數是表示______的參量。[重慶大學2010年研]

【答案】傳質設備性能好壞（設備效率）；材料分離難易程度（吸收難易程度）

【解析】傳質單元高度反映傳質阻力的大小、填料性能的優劣及潤濕情況的好壞。傳質單元數反映的是吸收過程的難易程度。

三、計算題

1．在20℃和760mmHg，用清水逆流吸收空氣混合氣中的氨，混合氣中氨的分壓為10mmHg，經吸收后氨的分壓下降到0.051mmHg，混合氣體的處理量為1020kg/h，其平均分子量為28.8，操作條件下的平衡關系為y=0.8x。若吸收劑用量是最小用量的5倍，求吸收劑的用量和氣相總傳質單元數。（用吸收因數法計算的傳質單元數公式：）[中山大學2010年研]

解：（1）因為吸收劑為清水，則吸收前后氨的含量為：

，

最小液氣比為：

液氣比為：

又已知相對分子質量為，氣體處理量為，所以可知惰性氣體的摩爾流率為

，

則吸收劑用量為。

（2）氣相總傳質單元數

2．在逆流操作的吸收塔內，用清水吸收氨-空氣混合氣中的氨，混合氣進塔時氨的濃度y₁＝0.01（摩爾分率），吸收率90%，操作壓力為100kPa，溶液為稀溶液，系統平衡關系服從拉烏爾定律，操作溫度下，氨在水溶液中的飽和蒸汽壓力為90kPa。試求：

（1）溶液最大出口濃度；

（2）最小液氣比；

（3）當吸收劑用量為最小用量的2倍時，傳質單元數為多少？

（4）傳質單元高度為0.5m時，填料層高為多少米？[中南大學2012年研]

解：（1）系統服從拉烏爾定律

，所以m＝0.9

即溶液的最大出口濃度為0.0111。

（2）

當吸收劑用量為最小用量的2倍時

（3）

S＝mV/L＝0.9/1.62＝0.556

＝3.62

（4）Z＝H_OG·N_OG＝0.5×3.62＝1.81m

3．在填料塔中用純吸收劑逆流吸收某氣體混合物中的可溶組分A。已知氣體混合物中A的初始組成為0.06（摩爾分率，下同）。通過吸收后氣體的出口組成為0.005，吸收后溶液的組成為0.095，操作條件下氣液平衡關系為y＝0.6x，液相和氣相分傳質系數與液相流量和氣相流量的關系為K_ya∝G0.7、K_xa∝L0.7，且此吸收過程為氣模控制，H_OG＝1m，試求：

（1）填料層高度及填料層高度一半時的塔截面上的氣相組成；

（2）當液相流量增加時，保持氣相流量和氣液進口組成不變，則溶質A被吸收的量如何變化？請說明理由。[浙江大學2011年研]

解：已知：Y₁＝0.06，Y₂＝0.005，X₁＝0.095，X₂＝0，m＝0.6，H_OG＝1m，，氣膜控制。

（1）代入數據得

，S＝mG/L＝1.036

＝8.5

則填料層高度h＝N_OG·H_OG＝8.5×1＝8.5m

當填料層高度一半時，N_OG1＝4.25，S不變，Y₂不變，代入上式得：Y₁’＝0.0536

（2）溶質A被吸收的量增大,理由如下：

吸收過程是氣膜控制，故L增大，G不變時，K_ya不變，不變，又h不變，則N_OG不變，S＝mG/L變小，由

得出Y₁/Y₂增大，又y₁不變，則y₂減小。

于是溶質A被吸收的量G（y₁－y₂）增大。

4．因環保需要凈化某氣體混合物中的可溶組分A，已知氣體混合物中溶質A的初始組成為0.045，現在填料塔中采用純溶劑對其進行逆流吸收，氣體出口組成為0.018，溶液出口組成為0.088（以上組成均為摩爾分率），操作條件下的氣液平衡關系為y＝0.5x，已知此吸收過程為氣膜控制，求：

（1）氣相總傳質單元數N_OG；

（2）當液體流量增加一倍時，在氣量和氣液進口組成不變的情況下，氣體出口組成變為多少？[南京理工大學2010年研]

解：（1）由題意可知

液氣比

脫吸因數

傳質單元數

（2）L增大一倍，因吸收過程為氣膜控制。所以K_ya不變，H_OG不變，所以N_OG也不變。

而

5．在一填料塔中用清水逆流吸收混合氣體中的丙酮。原工況下，進塔氣體中含丙酮1.5％（摩爾分數，下同），操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，丙酮回收率為99％，現將氣體入塔濃度降為1.0％，進塔氣量提高20％，吸收劑用量、溫度等操作條件均不變。已知操作條件下平衡關系滿足亨利定律，氣相總體積傳質系數K_ya與氣體體積流量V的0.8次方成正比。試求：

（1）新工況下丙酮回收率；

（2）若仍然將回收率維持在99％，則新工況下所需填料層高度為原工況的多少倍？[華南理工大學2012年研]

解：已知x₂＝0，y₁＝0.015，，φ＝0.99，y₁'＝0.01，V'＝1.2V，。

（1）　

Y₂＝Y₁（1－φ）＝0.00015

，V'＝1.2V，

所以 

所以　 ＝0.825

即新工況下丙酮的回收率為82.5%。

（2）

S＝mV/L＝

＝10.74

S'＝1.2S＝0.8081

　 

＝15.61

又　

所以

所以