在总压为101.3kPa、温度为30℃的条件下,在逆流操作的填料塔中,用清水吸收焦炉气中-|||-的氨,氨的组成为0.0155摩尔比),焦炉气的处理量为5000标准 ^3/h, 氨的回收率为96%,吸-|||-收剂用量为最小用量的1.55倍,操作的空塔气速为 https:/img.cdnjtzy.com/zyb_6f8fc1584970415872649677f3282424.jpg.2m/s-|||-已知:101.3kPa、30℃条件下气液平衡关系为 =1.2X; 101.3kPa、10℃条件下气液平衡-|||-关系为 =0.5X-|||-(1)计算填料塔的直径;-|||-(2)若操作温度降为10℃,而其他条件不变,试求此时的回收率。

题目考察知识和解题思路

本题主要考察吸收塔的设计计算及操作条件变化对回收率的影响，涉及以下关键知识点：

1. 填料塔直径计算：基于气体流量和空塔气速，需将标准状态下的气体流量转换为操作条件下的实际体积流量，再用流量公式计算直径。
2. 最小液气比与操作液气比：纯溶剂吸收时，最小液气比由平衡关系和吸收率决定，操作液气比为最小液气比的倍数。
3. 传质单元数计算：低浓度气体吸收中，用对数平均推动力法或解析法计算传质单元数，解析法适用于平衡线为直线的情况。
4. 温度对回收率的影响：气膜控制的吸收过程，温度降低时平衡常数减小，液气比不变时操作线斜率增大，传质推动力增加，回收率提高。

详细解析

（1）填料塔直径计算

1. 气体实际体积流量计算
   标准状态（0℃，101.3kPa）下气体流量 $V_0 = 5000 \, \text{m}^3/\text{h}$，操作条件（30℃，101.3kPa）下的实际体积流量：
   $V_s = V_0 \times \frac{273 + t}{273} = \frac{5000}{3600} \times \frac{303}{273} \approx 1.542 \, \text{m}^3/\text{s}$
2. 塔径计算
   空塔气速 $u = 1.2 \, \text{m/s}$，塔径公式 $D = \sqrt{\frac{4V_s}{\pi u}}$：
   $D = \sqrt{\frac{4 \times 1.542}{\pi \times 1.2}} \approx 1.279 \, \text{m}$

（2）温度降为10℃时的回收率

1. 原工况参数

   • 进口气相组成 $Y_1 = 0.0155$（摩尔比），回收率 $\eta = 96\%$，出口 $Y_2 = (1 - \eta)Y_1 = 0.00062$。
   • 惰性气体流量 $V = \frac{5000}{3600 \times 22.4} \times (1 - 0.0155) \approx 0.061 \, \text{kmol/s}$。
   • 最小液气比 $\left(\frac{L}{V}\right)_{\text{min}} = m\eta = 1.2 \times 0.96 = 1.152$，操作液气比 $\frac{L}{V} = 1.55 \times 1.152 \approx 1.786$。

2. 传质单元数 $N_{\text{OG}}$
   平衡线斜率 $m = 1.2$，脱吸因子 $S = \frac{mV}{L} = \frac{1.2}{1.786} \approx 0.672$，用解析法：
   $N_{\text{OG}} = \frac{1}{1 - S} \ln\left[(1 - S)\frac{Y_1 - Y_2}{Y_2} + S\right] \approx 6.655$

3. 新工况（10℃）回收率计算
   平衡线斜率 $m' = 0.5$，脱吸因子 $S' = \frac{m'V}{L} = \frac{0.5}{1.786} \approx 0.28$，假设 $N_{\text{OG}}$ 不变（气膜控制，温度影响忽略），联立解析法公式：
   $6.655 = \frac{1}{1 - 0.28} \ln\left[(1 - 0.28)\frac{0.0155}{Y_2'} + 0.28\right]$
   解得 $Y_2' \approx 0.0000928$，新回收率：
   $\eta' = \frac{Y_1 - Y_2'}{Y_1} \approx 99.4\%$