题目

常压下,用煤油从苯蒸汽与空气混合物中吸收苯,吸收率为99%。混合气量为53kmol.h-1。入塔气中含苯2%(体积),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率)。溶剂用量为最小用量的1.5倍。在操作温度50℃下,相平衡关系为y = 0.36x,总传质系数Kya = 0.015kmol.m-3.s-1。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。

题目解答

答案

解:y1 = 0.02,y2 = 0.02×1%=0.0002 x1e = y1e/m = 0.02/0.36 = 0.0556,x2 = 0.0002(L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2)= (0.02-0.0002)/(0.0556-0.0002) = 0.3574L/G = 1.5(L/G)min = 1.5×0.3574 = 0.536x1 = x2 + (y1- y2)/(L/G)=0.0002+(0.02-0.0002)/0.536 = 0.0371Δy1 = y1 –mx1 = 0.02-0.36×0.0371 = 0.00664 Δy2 = y2 –mx2 = 0.0002-0.36×0.0002 = 0.000128Δym = (0.00664-0.000128)/ln(0.00664/0.000128)= 0.00165NOG = (y1-y2)/Δym = (0.02-0.0002)/0.00165 = 12 HOG = G/(Kya) = 53/3600/(π/4×1.12 )/0.015 = 1.033 mZ = HOG×NOG = 1.033×12 = 12.4 m

解析

步骤 1：计算最小溶剂比
- 根据题意，入塔气中含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），吸收率为99%。
- 相平衡关系为y = 0.36x，其中y为气相中苯的摩尔分率，x为液相中苯的摩尔分率。
- 入塔气中含苯2%（体积）转换为摩尔分率y1 = 0.02，出塔气中含苯0.02%（体积）转换为摩尔分率y2 = 0.0002。
- 入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率）转换为x2 = 0.0002。
- 根据相平衡关系，计算出x1e = y1e/m = 0.02/0.36 = 0.0556。
- 最小溶剂比(L/G)min = (y1-y2)/(x1e-x2) = (0.02-0.0002)/(0.0556-0.0002) = 0.3574。
步骤 2：计算实际溶剂比
- 根据题意，溶剂用量为最小用量的1.5倍，因此实际溶剂比L/G = 1.5(L/G)min = 1.5×0.3574 = 0.536。
步骤 3：计算液相中苯的摩尔分率x1
- 根据题意，计算液相中苯的摩尔分率x1 = x2 + (y1- y2)/(L/G) = 0.0002+(0.02-0.0002)/0.536 = 0.0371。
步骤 4：计算平均推动力Δym
- 根据题意，计算平均推动力Δym = (Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2) = (0.00664-0.000128)/ln(0.00664/0.000128) = 0.00165。
步骤 5：计算理论板数NOG
- 根据题意，计算理论板数NOG = (y1-y2)/Δym = (0.02-0.0002)/0.00165 = 12。
步骤 6：计算单板高度HOG
- 根据题意，计算单板高度HOG = G/(Kya) = 53/3600/(π/4×1.12 )/0.015 = 1.033 m。
步骤 7：计算填料层高度Z
- 根据题意，计算填料层高度Z = HOG×NOG = 1.033×12 = 12.4 m。