题目
(15分) 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气--氨混合气中的氨,已知混合气量为2826Nm3/h,气体空塔速度为1m/s(标准状),平衡关系为Y=1.2X(摩尔比)气相体积总传质系数Kya为180kmol/(m3.h.ΔY),吸收剂用量为最小用量的1.4 倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度HOG和气相总传质单元数NOG; (3)若吸收剂改为含NH3为0.0015(摩尔比)的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求?为什么?
(15分) 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气--氨混合气中的氨,已知混合气量为2826Nm3/h,气体空塔速度为1m/s(标准状),平衡关系为Y=1.2X(摩尔比)气相体积总传质系数Kya为180kmol/(m3.h.ΔY),吸收剂用量为最小用量的1.4 倍,要求吸收率为98%,试求:(1)溶液的出口浓度X1(摩尔比);(2)气相总传质单元高度HOG和气相总传质单元数NOG; (3)若吸收剂改为含NH3为0.0015(摩尔比)的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求?为什么?
题目解答
答案
答案 ①Y1=y1/(1-y1)=0.05/0.95=0.05263; Y2=Y1 (1-η)=0.05263(1-0.98)=0.001053X2=0; X1*=Y1/1.2=0.05263/1.2=0.04386X1= X1*/1.4=0.03133②ΔY1=Y1-Y1*=0.05236-1.2×0.03133=0.01503ΔY2=Y2=0.001053ΔYm=(ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)=0.005258NOG=(Y1-Y2)/ΔYm=9.81GB=2826(1-0.05)/(22.4×(2826/3600/1)) =152.7 kmol/(m2h)HOG=GB/Kya=152.7/180=0.848 m③LS/GB=(Y1-Y2)/X1=1.646,所以S=1.2/1.646<1操作线将在塔顶位置与平衡线相交(当塔高为无穷高时),今:X2=0.0015,Y2*=1.2×0.0015=0.0018故最大可能回收率 η=(Y1-Y2)/Y1=(0.05263-0.001 8)/0.05263=96.5%<98%,即达不到吸收率98%的要求。
解析
步骤 1：计算Y1和Y2
根据题目，混合气中氨的体积分数为5%，即Y1=0.05/(1-0.05)=0.05263。吸收率为98%，则Y2=Y1(1-η)=0.05263(1-0.98)=0.001053。
步骤 2：计算X1和X1*
根据平衡关系Y=1.2X，X1*=Y1/1.2=0.05263/1.2=0.04386。吸收剂用量为最小用量的1.4倍，X1=X1*/1.4=0.03133。
步骤 3：计算ΔY1和ΔY2
ΔY1=Y1-Y1*=0.05263-1.2×0.03133=0.01503，ΔY2=Y2=0.001053。
步骤 4：计算ΔYm和NOG
ΔYm=(ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)=0.005258，NOG=(Y1-Y2)/ΔYm=9.81。
步骤 5：计算GB和HOG
GB=2826(1-0.05)/(22.4×(2826/3600/1))=152.7 kmol/(m2h)，HOG=GB/Kya=152.7/180=0.848 m。
步骤 6：判断能否达到吸收率98%的要求
LS/GB=(Y1-Y2)/X1=1.646，所以S=1.2/1.646<1。操作线将在塔顶位置与平衡线相交(当塔高为无穷高时)，今:X2=0.0015,Y2*=1.2×0.0015=0.0018。故最大可能回收率 η=(Y1-Y2)/Y1=(0.05263-0.0018)/0.05263=96.5%<98%，即达不到吸收率98%的要求。
根据题目，混合气中氨的体积分数为5%，即Y1=0.05/(1-0.05)=0.05263。吸收率为98%，则Y2=Y1(1-η)=0.05263(1-0.98)=0.001053。
步骤 2：计算X1和X1*
根据平衡关系Y=1.2X，X1*=Y1/1.2=0.05263/1.2=0.04386。吸收剂用量为最小用量的1.4倍，X1=X1*/1.4=0.03133。
步骤 3：计算ΔY1和ΔY2
ΔY1=Y1-Y1*=0.05263-1.2×0.03133=0.01503，ΔY2=Y2=0.001053。
步骤 4：计算ΔYm和NOG
ΔYm=(ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)=0.005258，NOG=(Y1-Y2)/ΔYm=9.81。
步骤 5：计算GB和HOG
GB=2826(1-0.05)/(22.4×(2826/3600/1))=152.7 kmol/(m2h)，HOG=GB/Kya=152.7/180=0.848 m。
步骤 6：判断能否达到吸收率98%的要求
LS/GB=(Y1-Y2)/X1=1.646，所以S=1.2/1.646<1。操作线将在塔顶位置与平衡线相交(当塔高为无穷高时)，今:X2=0.0015,Y2*=1.2×0.0015=0.0018。故最大可能回收率 η=(Y1-Y2)/Y1=(0.05263-0.0018)/0.05263=96.5%<98%，即达不到吸收率98%的要求。