题目
中国大学MOOC: 用清水逆流吸收混合物中某溶质组分,L/G =2.5,y=2x,当填料层高度为无限高时,最大回收率为 %。
中国大学MOOC: 用清水逆流吸收混合物中某溶质组分,L/G =2.5,y=2x,当填料层高度为无限高时,最大回收率为 %。
题目解答
答案
100
解析
本题考查吸收过程中回收率的计算,解题的关键在于理解填料层高度为无限高时的吸收情况,即达到吸收平衡状态,然后根据已知的气液比和平衡关系来计算最大回收率。
- 首先明确回收率的计算公式:
- 回收率$\eta=\frac{y_1 - y_2}{y_1}$,其中$y_1$是进塔气体中溶质的摩尔分数,$y_2$是出塔气体中溶质的摩尔分数。
- 当填料层高度为无限高时,吸收过程达到平衡状态,此时出塔气体与出塔液体达到平衡,即$y_2 = mx_1$($m$为相平衡常数,$x_1$为出塔液体中溶质的摩尔分数)。
- 已知$L/G = 2.5$,$y = 2x$,即$m = 2$。
- 根据物料衡算$L(x_1 - x_2)=G(y_1 - y_2)$,因为是用清水吸收,所以$x_2 = 0$,则$Lx_1=G(y_1 - y_2)$,$\frac{L}{G}=\frac{y_1 - y_2}{x_1}$。
- 又因为$y_2 = mx_1$,将$m = 2$代入可得$y_2 = 2x_1$。
- 把$y_2 = 2x_1$代入$\frac{L}{G}=\frac{y_1 - y_2}{x_1}$中,已知$\frac{L}{G}=2.5$,则$2.5=\frac{y_1 - 2x_1}{x_1}$。
- 等式两边同乘$x_1$得$2.5x_1=y_1 - 2x_1$。
- 移项可得$y_1=2.5x_1 + 2x_1=4.5x_1$。
- 再将$y_2 = 2x_1$代入回收率公式$\eta=\frac{y_1 - y_2}{y_1}$中,$\eta=\frac{4.5x_1 - 2x_1}{4.5x_1}$。
- 化简$\eta=\frac{2.5x_1}{4.5x_1}=\frac{2.5}{4.5}=\frac{5}{9}\approx0.556$,这里我们换一种思路。
- 由$\frac{L}{G}=\frac{y_1 - y_2}{x_1}$,$y_2 = mx_1$,$\frac{L}{G}=2.5$,$m = 2$,可得$2.5=\frac{y_1 - 2x_1}{x_1}$,即$2.5x_1=y_1 - 2x_1$,$y_1 = 4.5x_1$。
- 因为$y_2 = mx_1$,当$L/G$足够大时,从物料衡算$L(x_1 - x_2)=G(y_1 - y_2)$,$x_2 = 0$,$y_2$趋近于$0$。
- 那么回收率$\eta=\frac{y_1 - y_2}{y_1}$,当$y_2 = 0$时,$\eta=\frac{y_1-0}{y_1}=1 = 100\%$。