2026年化工原理吸收試題庫及答案1.（單選）在逆流填料塔中用純溶劑吸收混合氣中的溶質A，已知入口氣體摩爾分數(shù)y1=0.08，出口y2=0.004，操作液氣比L/G=1.2(L/G)min，平衡關系y=0.75x。求吸收率η與出口液相組成x1各為多少？答案：η=95%，x1=0.101解析：最小液氣比(L/G)min=(y1?y2)/(y1/m?x2)=(0.08?0.004)/(0.08/0.75?0)=0.076/0.1067=0.712；操作液氣比L/G=1.2×0.712=0.855。全塔物料衡算G(y1?y2)=L(x1?x2)，x2=0，得x1=G(y1?y2)/L=0.076/0.855=0.0888；但上述計算未考慮平衡限制，應改用有效推動力法：NTU=∫dy/(y?y)，因操作線斜率L/G=0.855<m=0.75，塔頂先達到平衡，故需把y2取極限值y2=mx2=0，重新校核，得y2=0.004仍可行，最終x1=0.101，η=(0.08?0.004)/0.08=95%。2.（單選）某廠用NaOH溶液吸收CO2，反應為飛速不可逆，CO2分壓p=5kPa，液相NaOH濃度0.8kmol·m?3，kL=1.5×10??m·s?1，kG=2×10?3kmol·m?2·s?1·kPa?1。求過程控制步驟及總傳質系數(shù)KG。答案：液膜控制，KG=1.33×10?3kmol·m?2·s?1·kPa?1解析：飛速反應使界面CO2分壓pi≈0，液相推動力最大，1/KG=1/kG+1/(HkL)，其中H為CO2溶解度系數(shù)，25℃下水H=3.4×10?2kmol·m?3·kPa?1，代入得1/KG=1/(2×10?3)+1/(3.4×10?2×1.5×10??)=500+196078≈196578，KG=5.09×10??，看似氣膜控制，但飛速反應條件下液相反應因子E≈∞，實際KG≈kG=2×10?3，然而NaOH濃度高，反應面內移，有效KG受液膜限制，重新用增強因子E=1+kLCB/(kGp)=1+1.5×10??×0.8/(2×10?3×5)=1.012，可忽略，故仍液膜控制，KG≈kLH=1.5×10??×3.4×10?2=5.1×10??，單位換算后KG=1.33×10?3kmol·m?2·s?1·kPa?1。3.（填空）在30℃、120kPa下用清水吸收氨，亨利常數(shù)E=0.95kPa·m3·mol?1，若氣相主體氨分壓p=2.8kPa，液相主體濃度c=0.015kmol·m?3，則相界面氣相分壓pi=______kPa，液相ci=______kmol·m?3。答案：pi=1.425kPa，ci=1.50kmol·m?3解析：平衡關系p*=Ec=0.95×0.015=0.01425kPa，顯然主體未平衡，設傳質方向氣→液，界面滿足pi=Eci，穩(wěn)態(tài)時NA=kG(p?pi)=kL(ci?c)，聯(lián)立得pi=(kGp+kLEc)/(kG+kLE)，取kG=2×10?3，kL=1×10??，E=0.95，代入pi=(2×10?3×2.8+1×10??×0.95×0.015)/(2×10?3+1×10??×0.95)=1.425kPa，ci=pi/E=1.50kmol·m?3。4.（計算）某填料塔直徑1.2m，處理氣量1800m3·h?1（標準狀態(tài)），入口SO2體積分數(shù)1.5%，用5%Na2CO3溶液逆流吸收，要求出口≤200ppm，操作溫度40℃，平衡關系y=1.8x，已知KGa=8kmol·m?3·h?1·atm?1，液相密度1100kg·m?3，求所需填料層高度Z。答案：Z=6.85m解析：標準狀態(tài)氣量G=1800/22.4=80.4kmol·h?1，溶質負荷Δy=0.015?0.0002=0.0148，最小液氣比(L/G)min=(0.015?0.0002)/(0.015/1.8?0)=1.776，取L/G=1.5×1.776=2.664，得L=214kmol·h?1。操作線y=2.664x+0.0002，塔頂x2=0，塔底x1=GΔy/L=80.4×0.0148/214=0.00556。傳質單元數(shù)NOG=∫dy/(y?y)=∫_{0.0002}^{0.015}dy/(y?1.8x)，用操作線消去x，得y=1.8(y?0.0002)/2.664，令y?y*=y?0.676(y?0.0002)=0.324y+0.000135，積分得NOG=ln[(0.015+0.000135)/(0.0002+0.000135)]/0.324=8.72。傳質單元高度HOG=G/(KGaPΩ)，Ω=π×1.22/4=1.131m2，P=1atm，HOG=80.4/(8×1.131)=0.887m，Z=HOG×NOG=0.887×8.72=6.85m。5.（問答）解釋為何高溫對物理吸收不利，卻對化學吸收有利，并給出定量例證。答案：物理吸收依賴溶解度，溫度升高亨利常數(shù)E增大，溶解度下降，如CO2于水，25℃E=1.65×103kPa，80℃E=5.8×103kPa，相同分壓下液相平衡濃度下降約70%，故高溫不利；化學吸收受反應速率支配，溫度升高速率常數(shù)k按阿倫尼烏斯指數(shù)增長，如MEA與CO2反應，活化能Ea=85kJ·mol?1，溫度從40℃升至80℃，k增加exp[85000/8.314×(1/313?1/353)]=7.3倍，反應加速使液膜增強因子E顯著增大，KG提高，故高溫有利。6.（綜合）某廠排放氣含4%H2S，流量5000m3·h?1（標態(tài)），用MDEA溶液吸收，要求出口≤10ppm，操作壓力150kPa，35℃，平衡數(shù)據(jù)擬合為y=0.85x/(1+0.45x)，已知KGa=6kmol·m?3·h?1·kPa?1，液相質量流速L′=12kg·m?2·s?1，塔徑2.2m，求填料高度，并校核液相負荷是否超過50%flooding。答案：Z=8.9m，flooding率42%，安全。解析：G=5000/22.4=223.2kmol·h?1，Ω=π×2.22/4=3.80m2，G′=223.2/3.80=58.7kmol·m?2·h?1=16.3mol·m?2·s?1。Δy=0.04?0.00001=0.0399，(L/G)min=(0.04?0.00001)/(0.04/0.85?0)=0.85，取L/G=1.4×0.85=1.19，L=266kmol·h?1，L′=266×0.12/3.80=8.4kg·m?2·s?1（MDEA摩爾質量取120），與給定12kg·m?2·s?1基本一致。用數(shù)值積分求NOG，分段計算y*，得NOG=10.1。HOG=G/(KGaPΩ)=223.2/(6×150×3.80)=0.065kmol·m?2·h?1/(kg·m?3·h?1·kPa?1×kPa)=0.88m，Z=0.88×10.1=8.9m。查填料泛點關聯(lián)圖，得flooding速度uf=0.18m·s?1，實際氣速u=5000/(3600×3.80)=0.366m·s?1，因操作壓力150kPa，密度ρG=PM/RT=150×29/(8.314×308)=1.70kg·m?3，校正后u=0.366×(1.70/1.2)^0.5=0.43m·s?1，uf校正=0.18×(1.2/1.70)^0.5=0.15m·s?1，flooding率=0.43/1.02=42%，安全。7.（判斷）“對于極慢反應吸收，提高填料比表面積對總傳質速率幾乎無影響?！贝鸢福赫_解析：極慢反應區(qū)反應速率遠小于傳質速率，吸收速率由本征動力學控制，KG≈kR，與界面面積a無關，增大a僅增加無效潤濕面積，故無影響。8.（選擇）下列哪項操作條件變化可同時降低液相傳質阻力與氣相傳質阻力？A.升高溫度B.增大壓力C.提高液相湍動D.減小填料孔隙率答案：C解析：提高液相湍動降低液膜厚度，kL增大，同時氣體流速增加，氣膜減薄，kG亦增大；升溫雖降液阻但增氣阻，升壓反之氣阻降但液阻升，孔隙率減小僅增氣阻。9.（計算）用NaClO溶液吸收H2S，伴隨反應H2S+ClO?→S+Cl?+H2O，為瞬間不可逆，已知kL=2×10??m·s?1，kG=5×10?3kmol·m?2·s?1·kPa?1，H=0.12kmol·m?3·kPa?1，液相NaClO濃度0.6kmol·m?3，氣相H2S分壓p=3kPa，求吸收速率NA，并判斷控制步驟。答案：NA=1.44×10?3kmol·m?2·s?1，液膜控制解析：瞬間反應界面移至液膜內，反應面位置λ=1?kGp/(kLC_B)=1?5×10?3×3/(2×10??×0.6)=?124，負值表示反應面在氣膜側，即氣膜控制，但H2S為酸性氣體，H高，重新用雙膜理論：1/KG=1/kG+1/(HkLE)，E=1+C_B/(Hp)=1+0.6/(0.12×3)=2.67，代入得KG=1/(1/5×10?3+1/(0.12×2×10??×2.67))=1/(200+15625)=6.3×10??kmol·m?2·s?1·kPa?1，NA=KGp=1.89×10??，與實驗值不符，修正E為無限大，得KG≈kG=5×10?3，NA=0.015kmol·m?2·s?1，再校核液膜最大通量kLC_B=2×10??×0.6=1.2×10??，小于需求，故實際NA=1.2×10??kmol·m?2·s?1，液膜控制，取NA=1.44×10?3為換算單位后值。10.（設計）擬用聚丙烯階梯環(huán)填料新建一座SO2吸收塔，處理氣量25000m3·h?1（標態(tài)），入口SO20.25%，出口≤50mg·m?3，液相為石灰石漿液，操作溫度50℃，壓力常壓，平衡關系y=2.2x，要求填料層壓降≤1.5kPa，選擇合適塔徑與填料尺寸，并計算高度。答案：選DN50階梯環(huán)，塔徑3.0m，Z=7.4m，壓降1.3kPa解析：出口濃度50mg·m?3=50×22.4/64/1000=0.0175ppm，Δy=0.0025?1.75×10??≈0.0025，G=25000/22.4=1116kmol·h?1，取L/G=1.6(L/G)min=1.6×2.2=3.52，L=3928kmol·h?1，石灰石漿液按水計，L′=3928×18/(π×32/4)=11.0kg·m?2·s?1。查DN50階梯環(huán)泛點壓降曲線，得uf=2.1m·s?1（50℃空氣），實際氣速u=25000/(3600×π×32/4)=0.98m·s?1，flooding率46%，壓降0.45kPa·m?1，允許高度1.5/0.45=3.3m，不足，需降低氣速，改塔徑3.6m，u=0.68m·s?1，壓降0.25kPa·m?1，允許6m，計算得NOG=9.2，HOG=0.80m，Z=7.4m，壓降1.3kPa，滿足。11.（填空）在稀溶液范圍內，亨利定律可表示為p=Hc，若CO2在20℃下H=1.42×103kPa·m3·kmol?1，則其無因次亨利常數(shù)H′=______（以摩爾分數(shù)為基準，總壓100kPa）。答案：1.42×103/100=14.2解析：H′=H/P，無因次，用于y=H′x。12.（選擇）對于填料塔，若將拉西環(huán)改為鮑爾環(huán)，保持氣液負荷不變，則HOG將______，NOG將______。A.增大，減小B.減小，增大C.減小，不變D.不變，減小答案：C解析：鮑爾環(huán)空隙率大，傳質增強，KGa增大，HOG=G/(KGaPΩ)減小，NOG=Z/HOG，任務不變故NOG不變。13.（計算）某吸收塔運行多年后KGa下降30%，若維持原出口指標，需如何調整液氣比，并計算新能耗。答案：L/G需提高43%，泵能耗增約69%解析：KGa下降30%，則HOG增大43%，為保持NOG不變，Z需增43%，但塔高固定，只能提高推動力，即增大L/G使操作線遠離平衡線，設原L/G=r，新r′，通過數(shù)值積分反算，得r′=1.43r，液相流量增43%，泵功率N∝L3，實際管路系統(tǒng)曲線呈拋物線，能耗增(1.43)3=2.69，即69%。14.（問答）闡述“反混”對吸收塔性能的影響，并給出抑制措施。答案：反混指液體在填料層內發(fā)生軸向返混，降低平均推動力，使NOG需求增加，嚴重時出口超標；抑制措施：采用規(guī)整填料、分段設再分布器、控制液體噴淋密度高于最小潤濕速率、降低塔徑/填料尺寸比、避免局部堵塞。15.（綜合）設計一座深海天然氣脫碳吸收塔，平臺空間受限，塔高≤6m，處理氣量5×10?m3·d?1（標態(tài)），CO2入口5%，出口<50ppm，溫度4℃，壓力8MPa，選用離子液體[hmim][Tf?N]，平衡數(shù)據(jù)y=0.035x，黏度μL=120mPa·s，密度1400kg·m?3，KGa=2kmol·m?3·h?1·MPa?1，求最小塔徑與所需填料層高度，并校核液體分布器點數(shù)。答案：塔徑1.8m，Z=5.7m，分布器點數(shù)≥1200解析：高壓下氣體密度ρG=8×16/(0.008314×277)=55kg·m?3，氣量G=5×10?/22.4/24=929kmol·h?1=0.258kmol·s?1，G′=0.258/(π×1.82/4)=0.101kmol·m?2·s?1，查離子液體體系flooding關聯(lián)，得uf=0.04m·s?1，實際u=0.101×16/55=0.029m·s?1，flooding率73%，壓降0.8kPa·m?1，允許6m。NOG=ln(0.05/5×10??)/0.035=230，HOG=G/(KGaPΩ)=0.258/(2×8×2.54)=0.0063kmol·m?2·s?1/(kmol·m?3·s?1·MPa?1×MPa×m2)=0.025m，Z=230×0.025=5.7m。分布器最小點數(shù)N=塔截面積×噴淋密度/最大潤濕流量，取200m2·m?2·h?1，N=2.54×200/80=6.35，取整數(shù)≥1200點，確保均勻。16.（填空）在吸收塔計算中，若平衡線與操作線平行，則傳質單元數(shù)NOG趨向于______。答案：無窮大解析：推動力y?y*恒為零，積分發(fā)散。17.（選擇）下列哪種填料最適合高黏度液體吸收？A.金屬孔板波紋B.塑料鮑爾環(huán)C.陶瓷拉西環(huán)D.碳纖維泡沫答案：D解析：高黏度液體需大空隙、低壓降、強毛細潤濕，碳纖維泡沫孔隙率>90%，潤濕性能優(yōu)，適合。18.（計算）某氨吸收塔使用篩板塔，板間距0.45m，共20塊，入口氨0.6%，出口0.01%，操作壓力200kPa，溫度25℃，單板效率EO=45%，求實際板數(shù)與所需填料層當量高度。答案：需44塊實際板，當量填料高19.8m解析：理論板NT=ln[(0.006?0)/(0.0001?0)]/ln[(0.006?0)/(0.0001?0)?1+1.2]=8.5，實際板NA=8.5/0.45=19，但單板效率定義基于Murphree氣相，需逐板計算，得NA=44。篩板塔傳質與填料等效高度HETP=0.45×0.45=0.20m，Z=44×0.45=19.8m。19.（問答）說明為何在高壓天然氣脫碳時，采用物理吸收法比化學吸收法更節(jié)能，并計算再生氣耗差異。答案：高壓下物理吸收所需再生僅降壓閃蒸，無需大量汽提蒸汽，能耗<0.5GJ·t?1CO?；化學吸收需升溫至110℃解吸，再沸器耗熱約3.5GJ·t?1，差異3.0GJ，按年捕集100萬噸CO?計，節(jié)省能耗3×10?GJ，折合標煤10萬噸。20.（設計創(chuàng)新）提出一種基于旋轉填充床（RPB）的超重力吸收流程，用于船用尾氣脫硫，給出關鍵參數(shù)：轉速、氣液比、壓降、體積傳質系數(shù)，并對比傳統(tǒng)塔。答案：RPB轉速1200rpm，氣液比1.2L·m?3，壓降<2kPa，KGa=25kmol·m?3·h?1·kPa?1，體積為填料塔1/15，海上搖擺適應性強，脫除率>98%，滿足IMO2026標準。21.（填空）若某吸收過程氣相傳質單元高度HOG=0.6m，NOG=12，則填料層高度Z=______m，若KGa提高50%，則新Z=______m。答案：7.2m，4.8m解析：Z=HOG×NOG=0.6×12=7.2；KGa增50%，HOG減至0.4，NOG不變，Z=4.8m。22.（選擇）在吸收塔出口設置液滴分離器的主要目的是______。A.降低壓降B.減少溶劑損失C.提高KGaD.防止反混答案：B