项目五 课题一 吸收基础知识-章节过关卷-《化工单元操作》（化工版第三版）（原卷版+解析版）

《化工单元操作》（化工版第三版） 项目五 吸收 课题一 吸收基础知识 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1. 吸收是利用气体中各组分在液体溶剂中的 差异来分离气体混合物的操作。 2. 在吸收操作中， 从气相转移到液相。 3. 根据吸收过程中是否有化学反应发生，吸收可分为 和 。 4. 吸收操作的主要工业应用有四个： 、 、 、 。 5. 填料塔中的填料作用是 ，促进吸收过程。 6. 吸收剂的选择需要考虑5个问题： 、 、 、 、 。 7. 某混合气中含有氨和空气，其总压为100kPa，氨的体积分数为0.1，则氨的分压是 。 8.亨利定律是描述稀溶液中溶质的 关系的定律。 9. 影响吸收速率的因素主要3个： 、 、 。 10. 气膜吸收速率方程式为 ，液膜吸收速率方程式为 。 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1.对于低溶质浓度的气液平衡系统，当总压增大时，相平衡常数m（ ）；当温度增加时，相平衡常数m（ ）。 A.增大，减小 B.减小，增大 C.增大，增大 D.减小，减小 2.反映吸收过程进行难易程度的因数是（ ）。 A.传质单元高度 B.液气比 C.脱吸因数 D.传质单元数 3.根据双膜理论，在气液接触的相界面处，气液相组成关系为（ ）。 A.气相组成大干液相组成 B.气相组成小于液相组成 C.气相组成与液相组成达到相平衡 D.气相组成等于液相组成 4、在填料吸收塔内，为改善液体的壁流现象而使用的装置是（ ）。 A.液体分布器 B.液体再分布器 C.除沫器 D.填料支承板 5.在填料吸收塔的操作负荷范围内，若混合气体处理量增大，为保持回收率不变，可采取的措施是（ ）。 A.减小吸收剂用量 B.减小操作压力 C.增加操作温度 D.增大吸收剂用量 6.气体吸收过程中多采用逆流操作流程，主要原因是（ ）。 A.处理量最大 B.操作最安全方便 C.传质推动力最大 D.流体阻力最小 7.以下关于最小液气比的描述正确的是（ ）。 A.液气比小于此值，不能达到规定的分离要求 B.吸收操作难以进行 C.不可用公式计算其数值 D.是最经济的液气比 8.要减小完成指定的生产任务所需要的填料层高度，可以采取的措施是（ ）。 A.减少吸收剂中溶质的含量 B.采用并流操作 C.减少吸收剂用量 D.采用大粒径填料 9.影响传质单元数的因素是（ ）。 A.填料塔的直径 B.吸收塔的类型 C.气体的流速 D.物系的相平衡关系和分离要求 10.选择吸收剂时不需要考虑的是（ ）。 A.吸收剂对溶质的溶解度 B.吸收剂对溶质的选择性 C.吸收剂操作条件下的挥发度 D.吸收剂的凝固点 三、简答题（本答题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为10、13、10、7分，共计40分） 1.（本小题10分）亨利系数和相平衡常数与温度、压力有何关系?如何根据它们的大小判断吸收操作的难易程度? 2.（本小题13分）温度对吸收操作有何影响?生产中调节、控制吸收操作温度的措施有哪些? 3.（本小题10分）吸收剂的进塔条件有哪三个要素?操作中调节这三个要素，分别对吸收结果有何影响? 4.（本小题7分）如何判断过程进行的是吸收还是解吸?解吸的目的是什么?解吸的方法有几种? 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 《化工单元操作》（化工版第三版） 项目五 吸收 课题二 吸收设备 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（共10小题，每小题3分，共30分） 1. 影响吸收操作的因素有5个： 、 、 、 、 。 【答案】物系的性质、操作温度、操作压力、气液流量比、接触面积与接触时间。 【解析】物系性质决定了吸收的难易程度，如溶解度等；温度影响气体在液体中的溶解度，一般温度越低，溶解度越大，越利于吸收；压力增加，气体溶解度增大，有利于吸收；气液流量比影响传质推动力和传质速率；接触面积和时间越大，吸收越充分。 2. 吸收操作的特点有5个： 、 、 、 、 。【答案】单向传质过程、依据溶解度差异分离、多相操作、伴有热效应、可采用多种设备。 【解析】吸收是溶质从气相转移到液相的单向传质；利用各组分在吸收剂中溶解度不同进行分离；涉及气液两相；吸收过程中往往有热量放出或吸收；可根据不同需求选用填料塔、板式塔等多种设备。 3.吸收剂的入口条件包括三大要素： 、 、 。 【答案】温度、浓度、流量。 【解析】吸收剂温度影响溶质溶解度，低温有利于吸收；入口浓度低可提供更大传质推动力；流量大小影响吸收效果和设备处理能力。 4. 填料塔是一种常见的吸收设备，其核心部件是 。 【答案】填料 【解析】填料为气液传质提供了巨大的接触面积，能使气液充分接触，促进吸收过程进行，是填料塔的关键部分。 5. 在填料塔中，液体通过 均匀地分布在填料层上，确保良好的气液接触。 【答案】液体分布器 【解析】液体分布器的作用就是将液体均匀地喷洒在填料层顶部，使液体能均匀地沿填料层向下流动，与上升的气体充分接触。 6. 填料塔的主要组成部件有6个： 、 、 、 、 、 。 【答案】塔体、填料、填料支承板、液体分布器、液体再分布器、除沫器。 【解析】塔体是设备的外壳；填料是气液传质的核心部件；填料支承板支撑填料；液体分布器使液体均匀分布；液体再分布器防止液体壁流，使液体再次均匀分布；除沫器用于除去塔顶气体中的液滴。 7. 解吸又称脱吸，是 吸收剂中已被吸收的溶质，而使溶质从液相逸出到气相的过程生产中。 【答案】使溶质从液相逸出到气相的过程生产中 【解析】解吸与吸收是相反的，是将吸收剂中吸收的溶质释放出来，使其从液相转移到气相。 8. 空气和二氧化碳的混合气体中含CO2 20%(体积分数)，则CO2的摩尔分数是 。 【答案】0.2 【解析】对于理想气体，体积分数等于摩尔分数，所以 CO₂的摩尔分数为 0.2。 9. 为了提高吸收设备的效率，需要优化 和 。 【答案】操作条件、设备结构。 【解析】优化操作条件如温度、压力、流量等，以及合理设计设备结构，如选择合适的填料、改进分布器等，都能提高吸收设备的效率。 10. 当吸收设备用于处理含有固体颗粒的气体时，可能需要 装置，以免堵塞设备。 【答案】预处理（或除尘） 【解析】对含固体颗粒的气体进行预处理，如采用除尘设备除去颗粒，可防止颗粒进入吸收设备导致堵塞，影响设备正常运行。 二、选择题（共10小题，每小题3分，共30分） 1. 工业上常采用的解吸方法有（ ）。 A.加热解吸和减压解吸 B.在惰性气体中解吸 C.采用精馏方法 D.以上全部都是 【答案】D 【解析】工业上常采用的解吸方法有加热解吸、减压解吸、在惰性气体中解吸以及采用精馏方法等，所以选D。 2. 填料塔中，填料的主要作用是（ ）。 A.支撑塔体 B.增加气液接触面积 C.引导气流方向 D.降低液体流速 【答案】 B 【解析】在填料塔中，填料的主要作用是增加气液接触面积，使气液充分接触，提高传质效率，而不是支撑塔体、引导气流方向或降低液体流速，所以选 B。 3. 板式吸收塔的优点是（ ）。 A.结构简单，造价低 B.气液接触充分，传质效率高 C.适用于处理高粘度液体 D.不易堵塞 【答案】 B 【解析】板式吸收塔的优点是气液接触充分，传质效率高。结构简单、造价低一般是填料塔的特点；板式塔不适用于处理高粘度液体，且相比填料塔更容易堵塞，所以选 B。 4. 在下列吸收设备中，气液接触最充分的是（ ）。 A.填料塔 B.板式塔 C.喷洒塔 D.鼓泡塔 【答案】A 【解析】填料塔内填料的存在使气液接触面积大大增加，气液接触最充分。板式塔气液在塔板上接触；喷洒塔气液接触相对不够充分；鼓泡塔主要是气体以鼓泡形式通过液体，气液接触程度不如填料塔，所以选 A。 5. 对于易产生泡沫的吸收体系，以下哪种吸收设备不太适用？（ ）。 A.填料塔 B.板式塔 C.文丘里吸收器 D.鼓泡塔 【答案】B 【解析】板式塔中泡沫会影响气液传质过程，导致液泛等问题，影响操作稳定性和传质效果。填料塔、文丘里吸收器和鼓泡塔相对来说受泡沫影响较小，所以选 B。 6.以下吸收设备中，最适合处理含尘气体吸收的是（ ）。 A.填料塔 B.文丘里吸收器 C.板式塔 D.鼓泡塔 【答案】 B 【解析】文丘里吸收器具有高速气流通道，能使含尘气体中的尘粒与吸收液充分接触并被去除，同时进行吸收操作，适合处理含尘气体吸收。填料塔、板式塔和鼓泡塔在处理含尘气体时，容易出现填料堵塞、塔板堵塞等问题，所以选 B。 7. 喷雾室作为吸收设备，其优点是（ ）。 A.气液接触时间长 B.结构紧凑 C.能处理大流量气体 D.设备简单，造价低 【答案】 D 【解析】喷雾室作为吸收设备，其优点是设备简单，造价低。它气液接触时间并不长，结构也不紧凑，处理大流量气体不是其最突出优点，所以选 D。 8. 下列吸收设备中，（ ）的气液比适应范围较窄。 A.填料塔 B.板式塔 C.喷雾室 D.鼓泡塔 【答案】 C 【解析】喷雾室的气液比主要取决于喷雾的强度等，适应范围较窄。填料塔、板式塔和鼓泡塔通过改变塔的结构、操作条件等，气液比适应范围相对较宽，所以选 C。 9. 吸收设备的传质单元高度主要取决于（ ）。 A.设备的类型和内部结构 B.吸收剂的性质 C.气体的流量 D.溶质的性质 【答案】A 【解析】吸收设备的传质单元高度主要取决于设备的类型和内部结构，不同类型和结构的设备，其气液接触方式、传质效率等不同，从而影响传质单元高度。吸收剂性质、气体流量和溶质性质对传质有影响，但不是决定传质单元高度的主要因素，所以选 A 10. 对于高溶解度气体的吸收，（ ）通常能获得较好的效果。 A.填料塔 B.板式塔 C.喷雾室 D.鼓泡塔 【答案】A 【解析】对于高溶解度气体的吸收，填料塔能提供较大的气液接触面积和良好的传质环境，通常能获得较好的效果。板式塔、喷雾室和鼓泡塔在处理高溶解度气体吸收时，在传质效率等方面相对填料塔稍逊一筹，所以选 A。 三、简答题（本大题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为10、13、10、7分，共计40分） 1.（本小题10分）简述典型吸收设备-填料塔的基本结构与工作原理。 【答案】 （1）基本结构： 塔体：一般为圆柱形的壳体，提供气液两相进行传质的空间，通常由金属、塑料或陶瓷等材料制成，以满足不同的工艺要求和耐腐蚀性能。 填料：是填料塔的核心部件，填充在塔内，为气液两相提供充分的接触面积和良好的传质场所，有散装填料和规整填料两大类，如拉西环、鲍尔环、丝网波纹填料等。 液体分布器：安装在填料层上方，其作用是将液体均匀地分布在填料层表面，使液体能够均匀地向下流动，与上升的气体充分接触，常见的有槽式分布器、管式分布器等。 液体再分布器：当液体在填料层中向下流动时，可能会出现壁流等现象，导致液体分布不均匀，液体再分布器用于将液体重新收集并均匀分布，以提高传质效率。 填料支承板：位于填料层底部，用于支撑填料的重量，同时保证气体能够均匀地通过填料层，进入上方的填料区域。 除沫器：安装在塔顶，用于除去气体中夹带的液滴，防止液体进入后续设备，影响产品质量或造成设备故障，常见的有丝网除沫器、折流板除沫器等。 （2） 工作原理： 在填料塔中，气体从塔底进入，自下而上通过填料层；吸收剂从塔顶加入，在重力作用下自上而下流经填料层。气液两相在填料表面进行充分接触，由于溶质在气液两相中的浓度差，溶质从气相向液相转移，从而实现气体混合物中溶质的吸收过程。填料的存在极大地增加了气液两相的接触面积和接触时间，使传质过程高效进行。 2.（本小题13分）简述填料塔的辅助设备的名称及作用。 【答案】 液体输送设备： 如泵等，作用是将吸收剂从储液罐输送至塔顶，为吸收剂提供足够的压力和流量，保证吸收剂能够均匀地喷淋到填料层上。 气体输送设备： 如风机、压缩机等，用于将待处理的气体送入填料塔底部，并为气体提供克服塔内阻力所需的压力，使气体能够在塔内顺利上升，与吸收剂充分接触。 储液罐： 用于储存吸收剂，为吸收操作提供稳定的吸收剂来源，同时可以对吸收剂进行一定的预处理，如调节温度、浓度等。 换热器： 在吸收过程中，可能会由于吸收热等原因导致温度变化，影响吸收效果。换热器用于调节吸收剂或气体的温度，保证吸收操作在适宜的温度条件下进行。 控制系统： 包括温度、压力、流量等监测仪表和控制装置，用于实时监测填料塔的操作参数，并通过调节阀门、泵的转速等手段，保证填料塔在稳定、高效的状态下运行，确保产品质量和生产安全。 3.（本小题10分）液泛现象产生的原因是什么?有何危害? 【答案】 （1） 产生原因： 气液流量过大：当气体流量和液体流量超过了填料塔的设计负荷，气液两相在塔内的流动阻力增大，气体对液体的曳力增加，导致液体不能顺利地向下流动，在塔内逐渐积累，最终发生液泛。 填料堵塞：如果填料表面被杂质、污垢或结晶等物质堵塞，会使填料的空隙减小，气液流通面积减小，流动阻力急剧增大，从而引发液泛。 塔内构件设计不合理：如液体分布器分布不均匀、填料支承板开孔率过小等，会导致气液两相在塔内分布不均匀，局部气液负荷过大，容易引起液泛。 （2）危害 传质效率下降：液泛时，气液两相不能正常地进行逆流接触，液体在塔内大量积聚，气体无法均匀地通过填料层，使气液传质过程受到严重干扰，吸收效率大幅降低，无法达到预期的分离效果。 压力降增大：液泛会使塔内的压力降急剧增加，增加了气体输送设备的能耗，严重时可能导致设备超压，威胁生产安全。 生产能力受限：由于液泛限制了气液流量的进一步提高，使填料塔的生产能力无法充分发挥，影响整个生产过程的产量和效率。 设备损坏：长期处于液泛状态或液泛严重时，可能会对塔体、填料及塔内构件造成损坏，如使填料破碎、塔体变形等，缩短设备的使用寿命，增加维修成本。 4.（本小题7分）填料有哪些主要类型?各有什么特点?如何选择填料? 【答案】 （1） 主要类型及特点: 散装填料： 拉西环：结构简单，为空心圆柱体，但其传质效率相对较低，气体阻力较大，通量较小。 鲍尔环：在拉西环的基础上，在环壁上开有窗口，使气体和液体能够通过窗口进行流通和交换，传质性能明显提高，气体阻力小，通量较大。 阶梯环：是对鲍尔环的改进，其高度与直径之比更小，一端有喇叭口，使填料之间的接触点减少，空隙率增大，传质效率更高，流体力学性能更好。 规整填料 丝网波纹填料：由金属丝网制成，具有很高的比表面积和空隙率，传质效率极高，压降小，但造价高，易堵塞，适用于要求高分离精度、处理量较小且物料较清洁的场合。 板波纹填料：用薄金属板或塑料板等制成，通过波纹形状的排列形成规整的通道，具有较大的通量和较好的传质性能，造价相对较低，应用较为广泛。 （2） 选择方法： 根据分离要求：对于分离精度要求高的场合，可选择丝网波纹填料等高效填料；对于一般的吸收过程，可选用鲍尔环、板波纹填料等。 根据处理量：处理量大的情况下，应选择通量较大的填料，如鲍尔环、阶梯环或板波纹填料；处理量小的则可考虑丝网波纹填料等。 根据物料性质：如果物料易结垢、堵塞，应选择大尺寸、空隙率大的填料，如阶梯环；对于腐蚀性物料，要选择耐腐蚀的塑料或陶瓷填料。 根据操作条件：在高压、高温条件下，需考虑填料的强度和稳定性；在真空操作时，应选择压降小的填料。 根据经济性：综合考虑填料的价格、安装费用、运行成本等因素，在满足工艺要求的前提下，选择性价比高的填料。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$