题目
一吸收塔,用清水吸收某易溶气体,已知其填料层高度为6m,平衡关系Y*=0.75X,混合气体流速50kmol/(m2·h),清水流速40kmol/(m2·h),y1=0.10,吸收率为98%。求(1)传质单元高度HOG;(2)若生产情况有变化, 新的气体流速为60kmol/(m2·h),新的清水流速为52kmol/(m2·h),塔仍能维持正常操作。欲使其它参数y1,y2,x2保持不变,试求新情况下填料层高度应为多少?假设KYa=AG0.7L0.3。
一吸收塔,用清水吸收某易溶气体,已知其填料层高度为6m,平衡关系Y*=0.75X,混合气体流速50kmol/(m2·h),清水流速40kmol/(m2·h),y1=0.10,吸收率为98%。求(1)传质单元高度HOG;(2)若生产情况有变化, 新的气体流速为60kmol/(m2·h),新的清水流速为52kmol/(m2·h),塔仍能维持正常操作。欲使其它参数y1,y2,x2保持不变,试求新情况下填料层高度应为多少?假设KYa=AG0.7L0.3。
题目解答
答案
解 气相进塔摩尔比为 
kmol溶质/kmol惰性气体
气相出塔组成可由回收率求得
Y2= Y1(1-η)=0.111×(1-0.98) =2.22×10-3kmol溶质/kmol惰性气体
吸收剂进塔组成 X2=0
液气比 
脱吸因数
气相总传质单元数 
气相总传质单元高度
解得 KYa=102.3 kmol/(m3·h)
(2) 液气比 
脱吸因数
气相总传质单元数 
由题意KYa=AG0.7L0.3,即
得 
kmol/(m3·h)
气相总传质单元高度
填料层高度 Z’=NOG’HOG’=11.2×0.43=4.82m
解析
步骤 1：计算气相进塔摩尔比
气相进塔摩尔比为 ${Y}_{1}=\dfrac {0.10}{1-0.10}=0.111$kmol溶质/kmol惰性气体。
步骤 2：计算气相出塔组成
气相出塔组成可由回收率求得
Y2= Y1(1-η)=0.111×(1-0.98) =2.22×10-3kmol溶质/kmol惰性气体。
步骤 3：计算液气比
液气比 $\dfrac {L}{V}=\dfrac {40}{50\times (1-0.1)}=0.89$。
步骤 4：计算脱吸因数
脱吸因数$S=\dfrac {mv}{L}=\dfrac {0.75}{0.89}=0.84$。
步骤 5：计算气相总传质单元数
气相总传质单元数 ${N}_{OG}=\dfrac {1}{1-S}\ln [ (1-S)\dfrac {{Y}_{1}-{Y}_{2}}{{Y}_{2}-{Y}_{2}}^{+}}{S}$
$=\dfrac {1}{1-0.84}\ln [ (1-0.84)\dfrac {0.111}{2.22\times {10}^{-3}}+0.84] =13.6$。
步骤 6：计算气相总传质单元高度
气相总传质单元高度
${H}_{OG}=\dfrac {G}{{K}_{Y}a}=\dfrac {Z}{{N}_{OG}}=\dfrac {6}{13.6}=0.44m$。
步骤 7：计算新的液气比
液气比 $\dfrac {L}{V}=\dfrac {52}{60\times (1-0.1)}=0.96$.
步骤 8：计算新的脱吸因数
脱吸因数$S'=\dfrac {mV}{L}=\dfrac {0.75}{0.96}=0.78$。
步骤 9：计算新的气相总传质单元数
气相总传质单元数 ${N}_{OG}'=\dfrac {1}{1-S'}\ln [ (1-S')\dfrac {{Y}_{1}-{Y}_{2}'}{{Y}_{2}-{Y}_{2}}^{t}+{S'}^{t}$
$=\dfrac {1}{1-0.78}\ln [ (1-0.78)\dfrac {0.111}{2.22\times {10}^{-3}}+0.78] =11.2$。
步骤 10：计算新的KYa
由题意KYa=AG0.7L0.3,即$\dfrac {{K}_{Y}a)'}{{K}_{Y}a}=\dfrac {AG'0'\cdot {L}^{0.3}}{{AG}^{0.7}{L}^{0.3}}={(\dfrac {G}{G})}^{0.7}{(\dfrac {L'}{L})}^{0.3}$
得 $({K}_{1},a)'={K}_{n}a{(\dfrac {{C}_{n}'}{C})}^{n-}{(\dfrac {L'}{L})}^{0.3}=102.3\times {(\dfrac {60}{50})}^{n-{(\dfrac {52}{40})}^$kmol/(m3·h)。
步骤 11：计算新的气相总传质单元高度
气相总传质单元高度
${H}_{oG}=\dfrac {G'}{({K}_{Y}a)'}=\dfrac {60\times (1-0.1)}{125.7}=0.43m$。
步骤 12：计算新的填料层高度
填料层高度 Z’=NOG’HOG’=11.2×0.43=4.82m。
气相进塔摩尔比为 ${Y}_{1}=\dfrac {0.10}{1-0.10}=0.111$kmol溶质/kmol惰性气体。
步骤 2：计算气相出塔组成
气相出塔组成可由回收率求得
Y2= Y1(1-η)=0.111×(1-0.98) =2.22×10-3kmol溶质/kmol惰性气体。
步骤 3：计算液气比
液气比 $\dfrac {L}{V}=\dfrac {40}{50\times (1-0.1)}=0.89$。
步骤 4：计算脱吸因数
脱吸因数$S=\dfrac {mv}{L}=\dfrac {0.75}{0.89}=0.84$。
步骤 5：计算气相总传质单元数
气相总传质单元数 ${N}_{OG}=\dfrac {1}{1-S}\ln [ (1-S)\dfrac {{Y}_{1}-{Y}_{2}}{{Y}_{2}-{Y}_{2}}^{+}}{S}$
$=\dfrac {1}{1-0.84}\ln [ (1-0.84)\dfrac {0.111}{2.22\times {10}^{-3}}+0.84] =13.6$。
步骤 6：计算气相总传质单元高度
气相总传质单元高度
${H}_{OG}=\dfrac {G}{{K}_{Y}a}=\dfrac {Z}{{N}_{OG}}=\dfrac {6}{13.6}=0.44m$。
步骤 7：计算新的液气比
液气比 $\dfrac {L}{V}=\dfrac {52}{60\times (1-0.1)}=0.96$.
步骤 8：计算新的脱吸因数
脱吸因数$S'=\dfrac {mV}{L}=\dfrac {0.75}{0.96}=0.78$。
步骤 9：计算新的气相总传质单元数
气相总传质单元数 ${N}_{OG}'=\dfrac {1}{1-S'}\ln [ (1-S')\dfrac {{Y}_{1}-{Y}_{2}'}{{Y}_{2}-{Y}_{2}}^{t}+{S'}^{t}$
$=\dfrac {1}{1-0.78}\ln [ (1-0.78)\dfrac {0.111}{2.22\times {10}^{-3}}+0.78] =11.2$。
步骤 10：计算新的KYa
由题意KYa=AG0.7L0.3,即$\dfrac {{K}_{Y}a)'}{{K}_{Y}a}=\dfrac {AG'0'\cdot {L}^{0.3}}{{AG}^{0.7}{L}^{0.3}}={(\dfrac {G}{G})}^{0.7}{(\dfrac {L'}{L})}^{0.3}$
得 $({K}_{1},a)'={K}_{n}a{(\dfrac {{C}_{n}'}{C})}^{n-}{(\dfrac {L'}{L})}^{0.3}=102.3\times {(\dfrac {60}{50})}^{n-{(\dfrac {52}{40})}^$kmol/(m3·h)。
步骤 11：计算新的气相总传质单元高度
气相总传质单元高度
${H}_{oG}=\dfrac {G'}{({K}_{Y}a)'}=\dfrac {60\times (1-0.1)}{125.7}=0.43m$。
步骤 12：计算新的填料层高度
填料层高度 Z’=NOG’HOG’=11.2×0.43=4.82m。