题目
拟设计一填料塔,在常温常压下用清水吸收空气-丙酮混合气中的丙酮,混合-|||-气入塔流率为 /h, 含丙酮5%(体积分率),要求吸收率达到95%。已-|||-知塔径0.8m,操作条件下的相平衡关系可用 y=2.0x 表示,气相总体积传质-|||-系数 _(y)a=150kmol/((m)^3cdot h), 而出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%。-|||-试求:-|||-(2)所需填料层高度(单位为m);-|||-(3)用水量是最小用水量的倍数。-|||-(1)所需水量;-|||-yat ya2-|||-吸 解-|||-收-|||-塔 吸-|||-G1 yb xb G yb-|||-图 9-16 题34附图
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算吸收前后的丙酮摩尔流量
- 吸收前的丙酮摩尔流量为：$80kmol/h \times 5\% = 4kmol/h$
- 吸收后的丙酮摩尔流量为：$4kmol/h \times (1-95\%) = 0.2kmol/h$
步骤 2：计算吸收剂的流量
- 根据相平衡关系 $y=2.0x$，出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%，即 $x=0.7 \times \frac{y}{2.0}$
- 出塔气相丙酮的摩尔分数为：$y=\frac{0.2kmol/h}{80kmol/h}=0.0025$
- 出塔液相丙酮的摩尔分数为：$x=0.7 \times \frac{0.0025}{2.0}=0.000875$
- 吸收剂的流量为：$\frac{4kmol/h-0.2kmol/h}{0.000875}=4342.86kmol/h$
步骤 3：计算所需填料层高度
- 根据传质速率方程：$K_{y}a(h)=\frac{G_{1}(y_{1}-y_{2})}{L_{1}(x_{1}-x_{2})}$
- 其中，$G_{1}=80kmol/h$，$y_{1}=0.05$，$y_{2}=0.0025$，$L_{1}=4342.86kmol/h$，$x_{1}=0$，$x_{2}=0.000875$
- 代入数据计算得：$h=\frac{80kmol/h \times (0.05-0.0025)}{4342.86kmol/h \times (0-0.000875)}=7.2m$
步骤 4：计算用水量是最小用水量的倍数
- 最小用水量时，$x_{2}=0.00125$，代入传质速率方程计算得：$L_{1}=3040kmol/h$
- 用水量是最小用水量的倍数为：$\frac{4342.86kmol/h}{3040kmol/h}=1.43$
- 吸收前的丙酮摩尔流量为：$80kmol/h \times 5\% = 4kmol/h$
- 吸收后的丙酮摩尔流量为：$4kmol/h \times (1-95\%) = 0.2kmol/h$
步骤 2：计算吸收剂的流量
- 根据相平衡关系 $y=2.0x$，出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%，即 $x=0.7 \times \frac{y}{2.0}$
- 出塔气相丙酮的摩尔分数为：$y=\frac{0.2kmol/h}{80kmol/h}=0.0025$
- 出塔液相丙酮的摩尔分数为：$x=0.7 \times \frac{0.0025}{2.0}=0.000875$
- 吸收剂的流量为：$\frac{4kmol/h-0.2kmol/h}{0.000875}=4342.86kmol/h$
步骤 3：计算所需填料层高度
- 根据传质速率方程：$K_{y}a(h)=\frac{G_{1}(y_{1}-y_{2})}{L_{1}(x_{1}-x_{2})}$
- 其中，$G_{1}=80kmol/h$，$y_{1}=0.05$，$y_{2}=0.0025$，$L_{1}=4342.86kmol/h$，$x_{1}=0$，$x_{2}=0.000875$
- 代入数据计算得：$h=\frac{80kmol/h \times (0.05-0.0025)}{4342.86kmol/h \times (0-0.000875)}=7.2m$
步骤 4：计算用水量是最小用水量的倍数
- 最小用水量时，$x_{2}=0.00125$，代入传质速率方程计算得：$L_{1}=3040kmol/h$
- 用水量是最小用水量的倍数为：$\frac{4342.86kmol/h}{3040kmol/h}=1.43$