用20℃的清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨,已知混合气体总压为101.3 kPa,其中氨的分压为1。0133 kPa,要求混合气体处理量为773m3/h,水吸收混合气中氨的吸收率为99%。在操作条件下物系的平衡关系为,若吸收剂用量为最小用的2倍,试求(1)塔内每小时所需清水的量为多少kg?(1)塔底液相浓度(用摩尔分率表示)。

步骤 1：计算混合气体中氨的摩尔分率
混合气体中氨的分压为1.0133 kPa，总压为101.3 kPa，因此氨的摩尔分率为：
${Y}_{1}=\dfrac {{P}_{A}}{{P}_{B}}=\dfrac {1.0133}{101.3-1.0133}=0.01$。
步骤 2：计算吸收后的氨摩尔分率
要求吸收率为99%，因此吸收后的氨摩尔分率为：
${Y}_{2}={Y}_{1}(1-n)=0.01(1-0.99)=1\times {10}^{-4}$。
步骤 3：计算混合气体的摩尔流量
混合气体的处理量为773m3/h，因此混合气体的摩尔流量为：
$y=\dfrac {773\times 273}{293\times 22.4}(1-0.01)=31.8kmol/h$。
步骤 4：计算最小吸收剂用量
根据平衡关系${Y}^{*}=0.757X$，最小吸收剂用量为：
$L_{min}=\dfrac {V(Y_{1}-Y_{2})}{Y_{1}^{*}-Y_{2}^{*}}=\dfrac {31.8(0.01-0.0001)}{0.757\times 0.01-0.757\times 0.0001}=23.8kmol/h$。
步骤 5：计算实际吸收剂用量
实际吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍，即：
$L=2L_{min}=2\times 23.8=47.6kmol/h$。
步骤 6：计算塔内每小时所需清水的量
清水的摩尔质量为18g/mol，因此塔内每小时所需清水的量为：
$47.6\times 18=856.8 kg/h$。
步骤 7：计算塔底液相浓度
塔底液相浓度为：
$X_{1} = X_{2}+\dfrac {V(Y_{1}-Y_{2})}{L}=0+\dfrac {31.8(0.01-0.0001)}{47.6}=0.0066$。