2022年青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之吸收.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 吸 收基本概念1、亨利定律2、气膜掌握与液膜掌握三、请回答以下问题（10 分）1依据双膜理论, 两相间的传质阻力主要集中在什么地方？增加气液两相主体的湍动程度,传质速率将会如何变化？相界面两侧的液膜和气膜中；增大2对于高浓度气体吸取,为什么不能用脱吸因子法或对数平均推动力法,而必需用图解积分或数值积分的方法进行吸取过程运算？由于脱吸因子法和对数平均推动力法都是基于稀溶液的相平稳线为直线的假设,而对于高浓度气体吸收,该假设不再成立,所以这两种方法不再适用,必需针对相平稳曲线运用数值积分或图解积分的方法进行吸取过程的相关运算；4简要表达吸取中双膜理

2、论的提出者及其三个基本要点；双膜模型由惠特曼（Whiteman）于 1923 年提出,为最早提出的一种传质模型；（1 分）惠特曼把两流体间的对流传质过程设想成图片 2-10 所示的模式,其基本要点如下：当气液两相相互接触时,在气液两相间存在着稳固的相界面,界面的两侧各有一个很薄的停滞膜,气相一侧的称为“ 气膜” , 液相一侧的称为“ 液膜” ,溶质 A 经过两膜层的传质方式为分子扩散；（ 2 分）在气液相界面处,气液两相处于平稳状态；（1 分）在气膜、 液膜以外的气、 液两相主体中, 由于流体的强烈湍动,各处浓度匀称一样；（2 分）双膜模型把复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过

3、程,依此模型,在相界面处及两相主体中均无传质阻力存在；这样,整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个停滞膜层内；因此,双膜模型又称为双阻力模型；5对于溶解度系数很低的气体吸取,可采纳哪些措施以提高吸取速率？7、说明传质单元高度的物理意义8、简述填料塔的基本结构与主要特点；9、写出亨利定律的定义及表达公式；主要公式：吸取塔的物料衡算；液气比与最小液气比求 m 【例 28】填料层高度的运算【传质单元高度、传质单元数（脱吸因数法）】提高填料层高度对气相出口浓度的影响四、运算题2、（分）有一吸取塔,塔内装有 25 25 3mm 的拉西环,其比表面积 a=204m 2/m 3（假设全部润湿） ,在20及

4、1atm 下操作；空气丙酮混合气中含有 6%V% 的丙酮,混和气量 1400m3/h（标准状态） ；塔顶喷淋的清水量为 3000kg/h,丙酮回收率 =98%,平稳关系为 y=1.68x（ x,y 为摩尔分数）；已知塔径 D=0.675m,总传热系数 K y=0.4kmol/m2h,试求：（1）传质单元数 N OG；（2）填料层高度 Z ；解：G 1400 62 . 5Kmol / h22 4.3000L 166 . 67Kmol / h18（1）因 y1 0 . 06 98 %所以 y 2 1 y 1 1 0 . 98 0 . 06 0.0012x2=0 名师归纳总结 x1Gy1y262.5

5、0 .060.00120 .022第 1 页,共 8 页L166.67- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 又y1emx11. 680 .0220. 037名师归纳总结 y2emx20第 2 页,共 8 页故ymy1y 1e1y2y2e.0 060 . 0370 .001200 . 0074lny yy 1eln.0 060 . 0372y2e0 . 00120NoGy1yy20.060 .00127 .965（10 分）m0. 0074（ 2）塔的横截面积4D23 . 140 . 675 20 . 36m24HoGKG0 .462.50 .362.13m

6、（6 分）ga204h = HoG NoG =2.13 7.97=16.96 m （ 4 分）某生产车间使用一填料塔,用清水逆流吸取混合气当中的有害组分A ,已知操作条件下,气相总传质单元高度1.5 米,进塔混合气组成为0.04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,操作条件下平稳关系为Y=2.5X （X 、Y 为摩尔比）,求：1 液气比 L/V 为（ L/V ）min的多少倍？2 气相总传质单元数NOG3 所需填料层高度Z；1Y 10.040.0417, Y 210.00530.00533,X10.01280.01297,X20,Y 20（ 2 分）1 0.

7、040.00531 0.0128LY 1Y 220.04170.005332.804（2 分）VX1X0.012970LminY 1Y 21Y 1Y 1Y 22.510.005332.18（4 分）VX1X0.0417mL VL Vmin2.8041.286（3 分）2.182smV2.50.892（2 分）L2.804NOG11Sln 1SY 1Y 2S11 0.892ln 10.8920.041700.8925.11（ 4 分）0.005330Y 2Y 23ZHOGNOG1.55.117.67m（3 分）某填料吸取塔用洗油来吸取混合气体中的苯,洗油中苯的浓度为 0.0002 kmol 苯/

8、kmol 洗油, 混合气体量为 1000m3/h,入塔气体中苯含量为 4%（体积分率） ,要求吸取率为 80%,操作压强为 101.3kPa,温度 293 K；溶液的平稳关系为 Y*=30.9X ,取操作液气比为最小液气比的 1.2 倍,求：1 最小液气比（ L/V ）min；2 吸取剂用量 L 和溶液出口组成 X1；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1 进塔气体中苯浓度：Y 11y 110. 040 .0417（1 分）y 10.042.出塔气体中苯浓度：Y 20.0417 10 .8 0.00834（1 分）进塔洗油中的苯浓度：X20. 0002（

9、4 分）X*Y 10. 04170. 001351m30.9LY 1Y 20.04170 .0083429（4 分）VminX*X20. 001350.00021L.12 Lmin1 . 22934 8.即 L=38.4V （2 分）VV进入吸取塔惰性气体摩尔流量为：V1000273101 . 310 . 04 39 . 93 kmol 惰性气体/h0 .（2 分）（3 分）22 . 4293101 . 3L=34.8V=1390kmol洗油 /h 而X1X2VY 1LY 20. 000239.930 .04170 .0083400116（3 分）1390四、（20 分）用填料塔从一混合气体中

10、吸取所含的苯；进料混合气体含苯 5%（体积百分数） ,其余为空气；要求苯的回收率为 95%；吸取塔操作压强为 780 mmHg ,温度为 25,进入填料塔的混合气体为 1000 m / h,入塔吸取剂为纯煤油； 煤油的耗用量为最小用量的 1.5倍；汽液逆流流淌； 已知该系统的平稳关系为 Y 0 . 14 X（式中 X , Y 均为摩尔比） ,气相体积总传质系数 K Y a 125 kmol / m 3 h；煤油的平均分子量为170 kg / kmol；塔径为 0.6m ；求：（ 1）煤油的耗用量为多少 kg / h？（ 2）煤油出塔浓度 X 为多少？（ 3）填料层高度为多少米？（ 4）吸取塔每

11、小时回收多少 kg苯？解：（1）煤油的耗用量 L ：塔内惰性组分摩尔流量为：V10002737801.0 05 39 . 88 kmol/h22 .427325760进塔气体苯的浓度为：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 0 . 05Y 1 0 . 052631 .0 05出塔气体中苯的浓度为：Y 2Y 11A0 .5263 10. 950. 00263.0 14 由吸取剂最小用量公式LminV Y 1Y 2Y 1/mX2L.15 Lmin.1 5 VY 1Y 2/ Y 1/mX21 . 539 .88.0052630

12、 . 00263 /.0 05263 /.7956 kmol/h1352 . 52 kg/h（2）煤油出塔浓度X1：由全塔物料衡算式可得：V 39 . 88X 1 X 2 Y 1 Y 2 0 0 . 05263 0 . 00263 .0 25L 7 . 956（3）填料层高度 Z: V 39 . 88Z H OG N OG H OG 1 . 13 mK Ya 125 0 . 6 24S mV / L .0 14 39 . 88 / .7 956 0 7.1 Y 1 mX 2N OG ln 1 S S 1 S Y 2 mX 21 0 . 05263 0ln 1 .0 7 .0 71 0 . 7

13、0 . 00263 0.6 34故 Z .6 34 1 . 13 .7 16 m（4）吸取塔每小时回收多少 kg 的苯：回收苯的质量为：m MV Y 1 Y 2 78 39 . 88 0 . 05263 0 . 00263 155 5. kg / h在压力为 101.3kPa 、温度为 30的操作条件下,在某填料吸取塔中用清水逆流吸取混合气中的 NH 3；已知入塔混合气体的流量为 220 kmol/h,其中含 NH3 为 1.2% 摩尔分数 ；操作条件下的平稳关系为 Y =1.2X（X 、Y 均为摩尔比）,空塔气速为 1.25m/s；水的用量为最小用量的 1. 5 倍；要求 NH3的回收率为

14、95%；试求：名师归纳总结 （1）水的用量；2 填料塔的直径；220112.%217.36KmolB/h第 4 页,共 8 页答：（ 1）单位时间内通过吸取塔的惰性气体流量VY 21.12 %.00121.12 %- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由回收率Y 2Y 2Y 195%所以Y 10 .000605由 Y .1 2 X,X 2 * Y 2 0 . 0121 0 . 011 . 2 1 . 2清水吸取就 X 1 0,L Y 2* Y 1 0 . 0121 0 . 0006051 . 14V min X 2 X 1 0 . 01 0 L min 1

15、 . 14 V 1 . 14 * 217 . 36 247 . 79 Kmol/h L 1 . 5 L min 1 . 5 * 247 . 79 371 . 69 Kmol/h 2 PV nRT V nRT 220 * 1000 * 8 . 314 * 273 30 1 . 52 m 3/ sP 101 . 3 * 1000 * 36001 2 2由 V D u 1 . 52 1 . 25 * 1 / 4 * 3 . 14 * D 所以 D .1 24 m4六、运算题； （ 15 分）已知某填料吸取塔直径为 1m,填料层高度为 4m；用清水逆流吸取某混合气体中的可溶组分,该组分进口组成为 8%

16、,出口组成为 1%（均为 mol% ）；混合气流率为 30 kmol/h ,操作液气比为 2,操作条件下气液平稳关系为 Y=2X ；试求：（ 1） 操作液气比为最小液气比的多少倍；（ 2）气相总体积吸取系数 K Ya；Y 1 Y 2传质单元数的运算公式：N OGY 2 Y dYY *Y 1 Y mX dYb 用纯溶剂吸取惰性气体中的溶质 A；入塔混合气流量为 0.0323kmol/s ,溶质的含量为 y1=0.0476（摩尔分数,下同） ,要求吸取率为 95%；已知塔径为 1.4m,相平稳关系为于气膜掌握, KYa=4 10-2kmol/m 2 s ,要求出塔液体中溶质的含量为（1）吸取剂用量

17、（ kg/h ）；（2）填料层高度； 解 先进行组成和物理量单位换算Y *=0.95X（ X、 Y均为摩尔比） ,传质属x1=0.0476 ,试求：名师归纳总结 V BY 11y110.04760.0500kmol/m 2s第 5 页,共 8 页y10.0476Y2Y 1 10 .05 10 .95.00025X1x1110.04760.05001x0.0476Z 1y1Z 1y1X200 .032310 .04760.0200.785 D20.7851.42（ 1）由全塔物料衡算关系- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - L SY1Y 220.050.00

18、250.95VBXX0.0501所以吸取剂用量为L S0 .95 VB.0950.020 .019 kmol/m2 s（ 10 分）0 .95 V BMH2 O360036000 .019.07851.42181894 .3 kg/h（2）由于脱吸因子SmVBm.0951LBLB.095VB说明操作线与平稳线平行,推动力到处相等,即YY1Y2Y2Y2*Y 2mX 2Y200.0025（10 分）NOGY1Y20. 050 .002519Y 20 .0025HOGVB0 .0200. 5 mKYa4102五、运算题； （ 15 分）在常压逆流吸取塔中,用清水吸取混合气体中溶质组分 A；进塔气体组

19、成为 0.03 （摩尔比,下同）,吸取率为 99；出塔液相组成为 0.013 ；操作压力为 101.3 kPa ,温度为 27,操作条件下的平稳关系为（ Y、 X 均为摩尔比）；已知单位塔截面上惰气流量为 54 kmol /（m 2 h）,气相总体积吸取系数为 1.12 kmol /（m 3 h kPa）,试求：1、所需填料层高度；（7 分）2、操作液气比为最小液气比的多少倍？（8 分）；五、（15 分）解： 1、（ 7 分）气相进塔组成气相出塔组成液相出塔组成名师归纳总结 液相进塔组成（2 分）第 6 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - -

20、（ 1 分）（ 2 分）m （1 分）m （ 1 分）2、（ 8 分）操作液气比 L Y 1 Y 2 0 . 03 0 . 0003 2 . 28（2 分）V X 1 X 2 0 . 013 0由 Y 2 X X 1 * Y 1 0 . 03 0 . 015（2 分）2 2 L min Y 1* Y 2 0 . 03 0 . 00031 . 98（2 分）V X 1 X 2 0 . 015 0V L opt .2 281 . 15（2 分） L min .1 98V1. 20 分 某厂有一填料吸取塔,直径为 880 mm,填料层高 6 m,所用填料为 56 mm 的拉西环； 在 25及 101

21、.325 kPa（绝压）时,每小时处理 2000 m3含 5%（体积）丙酮的空气-丙酮混合气,处理时用水作溶剂,塔顶送出的尾气中含丙酮 0.263%（体积）；塔底送出的溶液中每 kg 含丙酮 61.2 g；在上述操作条件下,平稳关系为 y* =2x；依据上述所测出的数据,试求：（ 1）气相总传质系数 Kya；（ 2）每小时回收的丙酮量；2 （20 分）解：（1）求体积总传质系数方法 1： 对数平均推动力法名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - y 10.05,y 22.63 103x 1100061.2/ 5861.20.

22、019830.053 kmol/m3s 5分61.21858* y 2mx 120.019830.03966, yy 1* y 10.01034* y 2mx 20, yy 2* y 22.63 103y m y1 y y20.010342.63 1030.00 5635 分ln1ln0.010343 y22.63 10NOGy 1y20.052.63 1038.45分 ym0.00563HOGh NOG6/ 8.40.714 5 分G200027383.2 kmol/h22.4293QK aHG0.71483.22 0.88191.6 kmol/m3h OG4方法 2：吸取因子法mG Lm

23、x 1x2/y 1y220.019830 /0.052.63 1030.83725分0.83728.43分NOG11ln1mGy 1mx 2mG11ln10.83720.053mGLy2mx 2L0.83722.63 10LHOGh NOG6 / 8.40.714 m2 分G200027383.2 kmol/h22.4293分QK aHG0.71483.20.882191.6 kmol/m3h0.053 kmol/m3s 5OG4（2）每小时回收的丙酮量名师归纳总结 GA=Gy1-y2=83.2 0.05-2.6310-3=3.94 kmol/h=228.5 kg/h 5分第 8 页,共 8

24、页五、（20 分, 08 考研）用填料塔吸取混合气体中所含的苯,入塔气体中含苯 5%（体积分率）,其余为空气,要求苯的回收率为 90%,吸取塔在常压、 25下操作,入塔混合气体为每小时 940m3（标准状况） ,入塔吸收剂为纯煤油,其耗用量为最小耗用量的 1.5 倍,已知该系统的相平稳关系为 Y=0.14X （其中 X 、Y 为摩尔比）,气相总体积吸取系数 KY a=0.035 kmol/m3s,纯煤油的平均分子量为 170,塔径为 0.6 m；试求：（ 1）吸取剂用量 kg/h ；（2）溶剂出塔浓度； （ 3）填料层高度；五、（20 分, 05 考研）一填料塔用清水逆流吸取混合气中的有害成分

25、 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 ,操作条件下平稳关系为 Y=2.5X；试求： 1 液气比为最小液气比的倍数；（2）所需填料层高度；（3）如气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至 0.0033, 需将填料层加高多少米 . 五、（ 20 分, 06 考研）在逆流操作的填料塔中 , 用清水吸取焦炉气中的氨 , 氨的浓度为 8g/ 标准 m 3, 混合气体处理量为 4500 标准 m 3/h ；氨的回收率为 95%,吸取剂用量为最小用量的 1.5 倍；空塔气速

26、为 1.2m/s ；气相体积总吸取系数 KYa 为 0.06kmol/ （m 3 h）,且 KYa 正比于 V 0.7 ,（ V 为惰性气体处理量） ；操作压强为 101.33kPa ,温度为 30,在操作条件下气液平稳关系为 Y=1.2X；试求：（ 1）用水量, kg/h ；（ 2）塔径和塔高, m；（3）如混合气体处理量增加 20%,要求吸取率不变,就需增加的填料层高度,m； 氨分子量 17四、（ 20 分, 07 考研）填料塔内用纯溶剂吸取气体混合物中的某溶质组分,进塔气体溶质浓度为 0.01 （摩尔比,下同）,混合气体的质量流量为 1400 kg/h ,平均摩尔质量为 29 g/mol ,操作液气比为 1.5 ,在此操作条件下气液相平稳关系为 Y*=1.5X ,当两相逆流操作时,工艺要求气体吸取率为 95%,现有一填料层高度为7m 、塔径为 0.8m 的填料塔,气相总体积吸取系数 K Ya 为 0.088 kmol/m3s ,求（ 1）操作液气比是最小液气比的多少倍？（2）出塔液体浓度 X . （ 3）该塔是否合用？- - - - - - -