题目

题号:j06c15040在逆流操作的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分A,已知:吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相总传质单元高度90 H=1.11m,操作条件下的气液平衡关系为90 H(气液组成均以摩尔比表示),要求A的回收率为90%,试求所需填料层高度。在上面填料塔内若将混合气体的流率增加10%,而其他条件不变(气相入塔组成、吸收剂用量、操作温度和压强均不变),试定性判断尾气中A的含量及吸收液的组成将如何变化?已知90 H∝90 H。

题号:j06c15040

在逆流操作的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分A,已知:吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相总传质单元高度=1.11m,操作条件下的气液平衡关系为(气液组成均以摩尔比表示),要求A的回收率为90%,试求所需填料层高度。

在上面填料塔内若将混合气体的流率增加10%,而其他条件不变(气相入塔组成、吸收剂用量、操作温度和压强均不变),试定性判断尾气中A的含量及吸收液的组成将如何变化?已知∝。

题目解答

答案

答案:已知:

解:(1)

(2)

解析

本题主要考查吸收塔的相关计算以及操作条件改变对吸收效果的影响，解题思路如下：

第一问：求所需填料层高度

  1. 计算最小液气比：
    • 已知吸收剂为纯溶剂，即$X_2 = 0$，回收率$\varphi_A=90\%$，气液平衡关系为$Y^{*}=mX$。
    • 根据最小液气比的定义$(\frac{L}{V})_{min}=\frac{Y_1 - Y_2}{X_1^{*}}$，因为$Y_2=(1 - \varphi_A)Y_1$，$X_1^{*}=\frac{Y_1}{m}$，所以$(\frac{L}{V})_{min}=\frac{Y_1-(1 - \varphi_A)Y_1}{\frac{Y_1}{m}}=m\varphi_A$。
  2. 计算实际液气比：
    • 已知吸收剂用量为最小用量的$1.5$倍，即$\frac{L}{V}=1.5(\frac{L}{V})_{min}$，将$(\frac{L}{V})_{min}=m\varphi_A$代入可得$\frac{L}{V}=1.5m\varphi_A$。
  3. 计算脱吸因数$S$：
    • 脱吸因数$S=\frac{mV}{L}$，将$\frac{L}{V}=1.5m\varphi_A$代入可得$S = \frac{1}{1.5\varphi_A}$，把$\varphi_A = 0.9$代入，$S=\frac{1}{1.5\times0.9}\approx0.74$。
  4. 计算气相总传质单元数$N_{OG}$：
    • 对于逆流吸收塔，当$X_2 = 0$时，$N_{OG}=\frac{1}{1 - S}\ln[(1 - S)\frac{1}{1-\varphi_A}+S]$。
    • 把$S = 0.74$，$\varphi_A = 0.9$代入可得：
      $\begin{align*}N_{OG}&=\frac{1}{1 - 0.74}\ln[(1 - 0.74)\times\frac{1}{1 - 0.9}+0.74]\\&=\frac{1}{0.26}\ln(0.26\times10 + 0.74)\\&=\frac{1}{0.26}\ln(2.6+0.74)\\&=\frac{1}{0.26}\ln3.34\\&\approx\frac{1}{0.26}\times1.206\\&\approx4.64\end{align*}$
  5. 计算填料层高度$Z$：
    • 已知气相总传质单元高度$H_{OG}=1.11m$，根据$Z = H_{OG}\cdot N_{OG}$，可得$Z=1.11\times4.64 = 5.15m$。

第二问：定性判断尾气中$A$的含量及吸收液的组成变化

  1. 分析气相总传质单元高度$H_{OG}$的变化：
    • 已知$K_{y}a\propto L^{0.7}V^{0.2}$，$H_{OG}=\frac{V}{K_{y}a\Omega}$，当$V' = 1.1V$，$L$不变时，\(K_{y}'a=K_{y}a\times1.1\\)。
    • 则$H_{OG}'=\frac{V'}{K_{y}'a\Omega}=\frac{1.1V}{K_{y}a\times1.1^{0.2}\Omega}=1.1^{0.8}H_{OG}\approx1.142m$，即$H_{OG}$增大。
  2. 分析尾气中$A$的含量变化：
    • 因为$Z = H_{OG}\cdot N_{OG}$，$Z$不变，$H_{OG}$增大，所以$N_{OG}$减小。
    • 由$N_{OG}=\frac{1}{1 - S}\ln[(1 - S)\frac{1}{1-\varphi_A}+S]$可知，$N_{OG}$减小，$\varphi_A$减小，即尾气中$A$的含量$Y_2$增大。
  3. 分析吸收液的组成变化：
    • 根据物料衡算$L(X_1 - X_2)=V(Y_1 - Y_2)$，因为$X_2 = 0$，所以$L X_1=V(Y_1 - Y_2)=V\varphi_A Y_1$，则$X_1=\frac{V\varphi_A Y_1}{L}$。
    • 当$V' = 1.1V$，$L$不变，$\varphi_A$减小，设变化后的回收率为$\varphi_A'$，则$\frac{X_1'}{X_1}=\frac{V'\varphi_A'Y_1}{V\varphi_A Y_1}=\frac{1.1\varphi_A'}{\varphi_A}$。
    • 由于$N_{OG}$减小，通过$N_{OG}$的计算公式可推出$\varphi_A'$会比原来的$\varphi_A$有一定变化，经计算可得$\frac{X_1'}{X_1}\approx1.07$，所以$X_1'\gt X_1$，即吸收液的组成增大。