项目五 课题二 吸收设备-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（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1. 影响吸收操作的因素有5个： 、 、 、 、 。 2. 吸收操作的特点有5个： 、 、 、 、 。3.吸收剂的入口条件包括三大要素： 、 、 。 4. 填料塔是一种常见的吸收设备，其核心部件是 。 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。 6. 填料塔的主要组成部件有6个： 、 、 、 、 、 。 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。 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 。 9. 为了提高吸收设备的效率，需要优化 和 。 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。 二、选择题（本大题共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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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）简述典型吸收设备-填料塔的基本结构与工作原理。 2.（本小题13分）简述填料塔的辅助设备的名称及作用。 3.（本小题10分）液泛现象产生的原因是什么?有何危害? 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? 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（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。 【答案】溶解度 【解析】吸收操作就是依据混合气体中各组分在选定的溶剂中溶解度的不同，使易溶的组分溶解于溶剂中，从而实现气体混合物的分离。 2. 在吸收操作中， 从气相转移到液相。 【答案】溶质 【解析】吸收过程的本质就是混合气体中的溶质在气相和液相之间存在浓度差等推动力的作用下，从气相向液相转移的过程。 3. 根据吸收过程中是否有化学反应发生，吸收可分为 和 。 【答案】物理吸收;化学吸收 【解析】物理吸收过程中溶质与溶剂不发生化学反应，仅依靠溶质在溶剂中的溶解度差异进行溶解；化学吸收则是溶质与溶剂或溶剂中添加的活性组分发生化学反应，从而促进溶质的吸收。 4. 吸收操作的主要工业应用有四个： 、 、 、 。 【答案】分离混合气体;净化气体;制取液体产品;废气处理 【解析】通过吸收可将混合气体中有用组分分离出来；可去除气体中的有害杂质实现净化；能将气体中的某些组分吸收制成相应的液体产品；还可对工业废气进行处理，减少污染物排放。 5. 填料塔中的填料作用是 ，促进吸收过程。 【答案】提供气液接触面积 【解析】填料使气液两相在填料表面充分接触，增加了传质面积，让气体中的溶质更充分地与液相接触并被吸收，提高吸收效率。 6. 吸收剂的选择需要考虑5个问题： 、 、 、 、 。 【答案】对溶质的溶解度；对溶质的选择性；化学稳定性；挥发性；经济性 【解析】溶解度大有利于吸收更多溶质；选择性高可减少对其他无关组分的吸收；化学稳定性好可保证吸收剂在操作条件下不发生变质等问题；挥发性低可减少吸收剂的损失和对环境的影响；经济性关乎生产成本和经济效益。 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 。 【答案】10kPa 【解析】考察的是道尔顿分压定律 8.亨利定律是描述稀溶液中溶质的 关系的定律。 【答案】气液平衡 【解析】亨利定律表达式为（或其他形式），它表明在一定温度下，稀溶液中溶质在气相中的平衡分压与它在液相中的摩尔分数成正比，用于描述气液平衡状态下溶质在气液两相中的分配关系。 9. 影响吸收速率的因素主要3个： 、 、 。 【答案】物系的性质；操作条件；设备结构 【解析】物系性质包括气体和吸收剂的性质等，如溶解度、扩散系数等会影响吸收速率；操作条件如温度、压力、气液流量等对吸收速率有显著影响；设备结构如填料塔的填料类型、塔径等会影响气液接触状况，进而影响吸收速率。 10. 气膜吸收速率方程式为 ，液膜吸收速率方程式为 。 【答案】NA=KG（P-Pi）；NA=KL（Ci-C） 【解析】考察两个方程分别用于描述气膜和液膜控制的吸收过程中吸收速率与相关浓度差等因素的关系。 二、选择题（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 【答案】B 【解析】对于低溶质浓度的气液平衡系统，相平衡常数，其中为亨利系数，温度升高增大，总压增大时减小；温度增加时，不变的情况下.所以总压增大时，减小；温度增加时，增大。 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 【答案】D 【解析】传质单元数反映了吸收过程进行的难易程度，传质单元数越多，说明吸收过程越难进行，反之则越容易。传质单元高度主要与设备的传质性能等有关；液气比是操作参数；脱吸因数是与解吸过程相关的参数，与吸收过程进行的难易程度没有直接的反映关系。 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 【答案】C 【解析】双膜理论认为，在气液接触的相界面处，气液相组成关系是达到相平衡的，在相界面处不存在传质阻力，气相和液相中的溶质在界面处达到瞬间的平衡状态。 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 【答案】B 【解析】液体再分布器的作用是为了改善液体的壁流现象，当液体沿填料层向下流动时，容易出现壁流，导致液体分布不均匀，影响吸收效果，液体再分布器可以将壁流的液体重新收集并均匀分布到填料层上。液体分布器主要是在塔顶将吸收剂均匀分布到填料层；除沫器是用于除去气体中的液沫；填料支承板是用于支撑填料。 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 【答案】D 【解析】根据吸收的基本原理，在填料吸收塔的操作负荷范围内，混合气体处理量增大时，为保持回收率不变，需要增大吸收剂用量，这样可以保证有足够的吸收剂与气体中的溶质进行接触和吸收，从而维持回收率。减小吸收剂用量会使回收率降低；减小操作压力和增加操作温度都会使气体溶解度降低，不利于吸收，会使回收率下降。 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 【答案】C 【解析】气体吸收过程中多采用逆流操作流程，主要原因是逆流操作时传质推动力最大，在整个塔内，气液两相的浓度差在逆流时能保持较大的值，从而有利于传质过程的进行，提高吸收效率。并不是因为处理量最大、操作最安全方便或流体阻力最小，实际上并流操作在某些情况下处理量可能更大，而操作安全方便和流体阻力不是主要考虑的因素。 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 【答案】A 【解析】最小液气比是指在一定的分离要求下，液气比存在一个最小值，当液气比小于此值时，无论采用多么高的塔，都不能达到规定的分离要求。吸收操作并非难以进行，只是不能达到规定分离要求；最小液气比是可以用公式计算的；它不是最经济的液气比，实际操作液气比通常是在最小液气比的基础上乘以一个系数来确定，以保证在经济合理的条件下达到分离要求。 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 【答案】A 【解析】减少吸收剂中溶质的含量，可以增大吸收推动力，根据填料层高度的计算公式，在其他条件不变的情况下，吸收推动力增大，完成指定生产任务所需要的填料层高度就可以减小。采用并流操作一般情况下传质推动力小于逆流操作，会使填料层高度增加；减少吸收剂用量会减小吸收推动力，使填料层高度增加；采用大粒径填料会使传质系数减小，传质效果变差，需要更高的填料层高度来完成同样的生产任务。 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 【答案】D 【解析】传质单元数与物系的相平衡关系和分离要求有关，相平衡关系决定了传质的推动力大小，分离要求决定了需要达到的传质程度，这两个因素共同影响传质单元数。填料塔的直径、吸收塔的类型、气体的流速主要影响传质系数等与设备传质性能相关的因素，而不是直接影响传质单元数。 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 【答案】D 【解析】选择吸收剂时，需要考虑吸收剂对溶质的溶解度，溶解度大有利于吸收；吸收剂对溶质的选择性，选择性高可以更好地分离溶质；吸收剂在操作条件下的挥发度，挥发度低可以减少吸收剂的损失和对环境的影响等。而吸收剂的凝固点一般不是主要考虑的因素，只要在操作温度范围内吸收剂不凝固，对吸收过程的影响相对较小。 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）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? 【答案】 1、 亨利系数与温度、压力的关系 1.与温度的关系： 亨利系数一般随温度的升高而增大。根据亨利定律，当温度升高时，溶质在气相中的平衡分压会增大。 从物理化学原理上解释，温度升高会使溶质分子的热运动加剧，更倾向于从液相逸出进入气相，所以其在气相中的平衡分压增大，即亨利系数增大。 2.与压力的关系： 亨利系数在低压下基本不受压力的影响。因为在低压下，气体可视为理想气体，压力对气体的溶解性能影响较小，亨利系数主要取决于温度和溶质、溶剂的性质。只有在高压下，压力的影响才会变得明显，但对于大多数常见的吸收操作，通常处于低压或中压范围，可认为亨利系数与压力无关。 2、 相平衡常数与温度、压力的关系 1.与温度的关系： 在较高温度下，溶质在气相中的相对含量相对于液相中的相对含量会增加，即溶质更难被吸收。 2. 与压力的关系： 从物理意义上理解，增大总压会使气相中溶质的分压相对减小，根据相平衡关系，溶质更倾向于从气相向液相转移，有利于吸收。 3、 根据亨利系数和相平衡常数判断吸收操作的难易程度 1. 根据亨利系数判断：当值较小时，表明在相同的液相组成下，溶质在气相中的平衡分压较小，意味着溶质更容易溶解在液相中，吸收操作相对容易。 2. 根据相平衡常数判断：当值较小时，说明在相同的总压下，溶质在气相中的摩尔分数与液相中的摩尔分数的比值较小，即溶质更容易从气相转移到液相，吸收操作容易。 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? 【答案】 （1） 对吸收平衡的影响 根据亨利定律，气体在液体中的溶解度与温度有关，一般来说，温度升高，气体的溶解度减小，吸收平衡向解吸方向移动；温度降低，气体溶解度增大，有利于吸收进行。 （2） 对吸收速率的影响 对传质系数的影响：温度升高，液体的黏度降低，气体在液体中的扩散系数增大，从而使传质系数增大，吸收速率加快。但另一方面，温度升高会使气体在液体中的溶解度降低，传质推动力减小，又会使吸收速率减慢。 对反应速率的影响：若吸收过程伴有化学反应，温度对反应速率的影响遵循阿伦尼乌斯定律，温度升高，反应速率常数增大，反应速率加快，从而可能提高吸收速率。 冷却或加热吸收剂 冷却吸收剂：在吸收塔前设置冷却器，对吸收剂进行冷却。加热吸收剂：当吸收过程需要在较高温度下进行时，可采用加热装置对吸收剂进行预热。 （3） 控制吸收塔的操作条件 调节气体流速：适当降低气体流速，可使气体与吸收剂的接触时间延长，有利于热量传递，使吸收过程更接近平衡状态，从而在一定程度上控制温度。但气体流速不能过低，否则会影响生产效率。 调节吸收剂流量：增加吸收剂流量，可使吸收过程中产生的热量被及时带走，降低吸收温度。同时，也能保证吸收剂与气体充分接触，提高吸收效果。 采用循环冷却系统 设置循环冷却回路：在吸收系统中设置循环冷却回路，将吸收液从吸收塔底部抽出，经过冷却器冷却后再送回吸收塔顶部，循环使用。这样可以不断带走吸收过程中产生的热量，维持吸收温度稳定。 采用间接冷却方式：通过在吸收塔内设置冷却盘管或夹套，通入冷却介质（如冷却水、冷冻盐水等）进行间接冷却，带走吸收过程中产生的热量。这种方式可以更精确地控制吸收温度，且不会影响吸收剂的组成和性质。 优化工艺流程和设备设计 采用多级吸收：采用多级吸收工艺，将吸收过程分在多个阶段进行，在每级之间设置冷却装置，对吸收液进行冷却，使吸收过程在较低温度下进行，提高吸收效率。 优化设备结构：设计合理的吸收塔结构，如增加填料层高度、改进塔板形式等，提高气液传质效率，减少吸收过程中的热量积累，从而有利于控制温度。 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? 【答案】 （1） 吸收剂的进塔条件有温度、流量和组成三个要素 （2） 操作中调节这三个要素对吸收结果的影响如下： 温度 对吸收平衡的影响： 温度是影响吸收平衡的重要因素。一般而言，温度降低，气体在吸收剂中的溶解度增大，根据亨利定律，吸收平衡会向有利于吸收的方向移动，能够增加吸收的程度，使吸收效果更好，被吸收气体在吸收液中的平衡浓度更高；反之，温度升高，气体溶解度减小，吸收平衡向解吸方向移动，不利于吸收。 对吸收速率的影响： 从传质角度来看，温度降低会使液体黏度增大，气体在液体中的扩散系数减小，传质系数变小，吸收速率变慢；但低温能增大传质推动力，因为气体的实际浓度与低温下的平衡浓度差值更大，在一定程度上又有利于吸收。实际的吸收速率是这两种因素综合作用的结果。 流量 对传质推动力的影响： 吸收剂流量增加时，单位时间内与气体接触的吸收剂增多，在其他条件不变的情况下，气液两相的浓度差增大，传质推动力增加，有利于吸收过程进行，能够提高吸收效果，使气体的吸收率增大，出口气体中溶质的含量降低。 对吸收速率的影响： 吸收剂流量增大，气液接触面积和接触时间可能会增加，同时吸收剂中溶质的浓度梯度也会增大，这些都有助于加快传质过程，提高吸收速率，使吸收在更短的时间内达到较高的效果。 对设备操作的影响： 但吸收剂流量过大可能会导致液泛等问题，使塔内气液流动状态恶化，影响吸收操作的稳定性和经济性。 组成 对吸收推动力的影响： 吸收剂中溶质的初始组成越低，与气相中溶质的浓度差就越大，传质推动力越大，越有利于吸收过程的进行，能够使气体中的溶质更充分地被吸收，提高吸收效率和吸收率。 对吸收平衡的影响： 若吸收剂中溶质组成过高，可能会使吸收过程过早地接近平衡状态，限制了吸收的进一步进行，降低吸收效果。 对化学反应的影响： 在伴有化学反应的吸收过程中，吸收剂的组成直接影响反应的进行程度和速率。合适的吸收剂组成能够保证化学反应快速、充分地进行，提高吸收效果。 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? 【答案】 （1）判断过程是吸收还是解吸： 从物质传递方向判断：若气相中的溶质向液相中转移，导致气相中溶质浓度降低、液相中溶质浓度升高，这种过程就是吸收；反之，若液相中的溶质向气相中转移，使液相中溶质浓度降低、气相中溶质浓度升高，则为解吸过程。 根据操作条件与平衡关系判断：当操作条件使得气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，过程趋向于吸收，溶质从气相进入液相以趋于平衡；当气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，发生解吸，液相中的溶质会向气相转移以建立新的平衡。 从设备内现象判断：在吸收设备中，通常会看到气体被液体逐渐“吸收”，如在填料塔中，气体从塔底进入，与从塔顶流下的吸收剂接触后，塔顶排出的气体中溶质含量减少；而在解吸设备中，会观察到液体中的溶质以气体形式逸出，如解吸塔中，液体从塔顶进入，塔底排出的液体中溶质含量降低，塔顶有富含溶质的气体排出。 （2）解吸的目的 回收有用物质：在许多化工生产过程中，吸收后的溶液中含有有价值的溶质，通过解吸操作可以将这些溶质从溶液中分离出来，进行回收再利用。 使吸收剂再生：吸收剂在吸收溶质后，其吸收能力会下降。解吸可以将吸收剂中的溶质去除，使吸收剂恢复到具有较高吸收能力的状态，以便循环使用，降低生产成本。 调整产品组成：在某些生产过程中，需要对产品的组成进行调整。通过解吸操作，可以去除产品中多余的溶质或杂质，达到调整产品组成、提高产品质量的目的。 （3）解吸的方法 升温解吸：根据气体溶解度随温度升高而降低的原理，升高溶液温度，使溶质的平衡分压增大，从而促使溶质从液相向气相转移。 减压解吸：降低系统压力，气相中溶质的分压随之降低，根据相平衡关系，溶液中的溶质会向气相转移以达到新的平衡，实现解吸。 吹气解吸：向溶液中通入不溶性气体（如空气、氮气等），降低溶质在气相中的分压，破坏原有的气液平衡，使溶质从液相向气相转移。 化学解吸：向溶液中加入某种化学物质，与溶质发生化学反应，降低溶质在溶液中的浓度，促使解吸进行。 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 $$