1794、在填料塔中,低浓度难溶气体逆流吸收时,若其他条件不变,但入口气量增加,则出口气体吸收质组成将( )。

这是一道关于化工原理中气体吸收过程的经典题目。以下是详细的解析： ### 核心结论 **答案：A. 增加** ### 详细推导过程 在填料塔中进行低浓度难溶气体的逆流吸收时，我们需要分析入口气量（$G$）增加对传质过程的影响。主要可以从以下两个角度进行分析： #### 1. 从传质单元数（$N_{OG}$）和传质推动力角度分析 * **气膜控制特性**：题目指出是“难溶气体”。对于难溶气体，其亨利系数 $E$ 很大，溶解度很小。根据双膜理论，吸收过程的阻力主要集中在**气膜侧**，即属于**气膜控制**。 * **传质系数的变化**：当入口气量 $G$ 增加时，塔内气体流速增加，湍流程度增强。这会导致气膜传质系数 $k_y$（或 $K_y$）显著增大。 * **传质单元高度（$H_{OG}$）的变化**： $$ H_{OG} = \frac{G}{K_y a \Omega} $$ 虽然 $G$ 增加了，但对于气膜控制的过程，$K_y$ 通常与 $G^{0.7 \sim 0.8}$ 成正比。因此，$H_{OG}$ 随 $G$ 的增加而略有增加（因为 $G$ 的一次方增长快于 $K_y$ 的增长），但变化幅度相对较小。 * **传质单元数（$N_{OG}$）的变化**： 塔高 $Z$ 是固定的，$Z = H_{OG} \times N_{OG}$。 由于 $H_{OG}$ 略有增加，导致有效的传质单元数 $N_{OG}$ **减小**。 $N_{OG}$ 代表了分离能力的强弱。$N_{OG}$ 减小，意味着塔的分离能力下降，因此出口气体中的溶质组成 $y_2$ 会**升高**（即吸收不完全，残留更多）。 #### 2. 从操作线与平衡线的相对位置（吸收因数法）分析 * **吸收因数 $A$**： $$ A = \frac{L}{mG} $$ 其中 $L$ 为液量，$m$ 为相平衡常数，$G$ 为气量。 当入口气量 $G$ **增加**时，分母变大，导致吸收因数 $A$ **减小**。 * **物理意义**： 吸收因数 $A$ 反映了操作线斜率（$L/G$）与平衡线斜率（$m$）的比值。 * $A$ 越大，操作线越远离平衡线，平均传质推动力越大，吸收效果越好。 * $A$ 越小，操作线越靠近平衡线，平均传质推动力越小，吸收效果越差。 * **结果**： 因为 $G$ 增加导致 $A$ 减小，传质推动力降低，吸收效率下降。在 inlet 浓度 $y_1$ 不变的情况下，出口浓度 $y_2$ 必然**增加**。 ### 总结 当入口气量增加时： 1. 气体在塔内的停留时间缩短。 2. 液气比（$L/G$）减小，操作线靠近平衡线，传质推动力减小。 3. 尽管气膜传质系数有所提高，但不足以补偿因气量增加带来的负荷效应和推动力损失。 因此，吸收效果变差，出口气体中未被吸收的溶质增多，即出口气体吸收质组成将**增加**。 故正确选项为 **A**。