题目
用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯,要回收99%。入塔的混合气中,含苯2%(摩尔分数)。入塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的1.5倍,操作温度为50%,压力为100kPa,相平衡关系为Y*=0.36X,气相总传质系数KYa=0.015kmol/(m3·s),入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol/(m2·s)。试求:填料塔的填料层高度。气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。
用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯,要回收99%。入塔的混合气中,含苯2%(摩尔分数)。入塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的1.5倍,操作温度为50%,压力为100kPa,相平衡关系为Y*=0.36X,气相总传质系数KYa=0.015kmol/(m3·s),入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol/(m2·s)。试求:填料塔的填料层高度。气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。
题目解答
答案
答案:12
解析:
解析
步骤 1:确定气相和液相的摩尔分数
根据题目,入塔的混合气中含苯2%(摩尔分数),入塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。因此,${y}_{1}=0.02$,${x}_{2}=0.0002$。
步骤 2:计算最小溶剂用量
根据相平衡关系$Y^*=0.36X$,最小溶剂用量的计算公式为$\frac{L}{V}=\frac{y_1-y_2}{x_1-x_2}$,其中$y_2$为出塔气相中苯的摩尔分数,$x_1$为入塔液相中苯的摩尔分数。由于要回收99%的苯,所以$y_2=0.02(1-0.99)=0.0002$,$x_1=0.02/0.36=0.0556$。因此,$\frac{L}{V}=\frac{0.02-0.0002}{0.0556-0.0002}=0.357$。
步骤 3:计算实际溶剂用量
题目中给出溶剂用量为最小用量的1.5倍,因此$\frac{L}{V}=1.5\times0.357=0.536$。
步骤 4:计算吸收因数
吸收因数$A$的计算公式为$A=\frac{L}{V}\times\frac{1}{m}$,其中$m$为相平衡常数。根据题目,$m=0.36$,因此$A=\frac{0.536}{0.36}=1.489$。
步骤 5:计算气相总传质单元数
气相总传质单元数$N_{OG}$的计算公式为$N_{OG}=\frac{1}{1-\frac{1}{A}}\ln\left[\left(1-\frac{1}{A}\right)\frac{y_1-mx_2}{y_2-mx_2}+\frac{1}{A}\right]$。将已知数值代入,得到$N_{OG}=\frac{1}{1-0.672}\ln\left[\left(1-0.672\right)\frac{0.02-0.36\times0.0002}{0.0002-0.36\times0.0002}+\frac{1}{1.489}\right]=12$。
步骤 6:计算填料层高度
填料层高度$H$的计算公式为$H=H_{OG}\times N_{OG}$,其中$H_{OG}$为气相总传质单元高度。根据题目,$H_{OG}=\frac{V}{K_{Ya}\Omega}=\frac{0.015}{0.015}=1m$。因此,$H=12\times1=12m$。
根据题目,入塔的混合气中含苯2%(摩尔分数),入塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。因此,${y}_{1}=0.02$,${x}_{2}=0.0002$。
步骤 2:计算最小溶剂用量
根据相平衡关系$Y^*=0.36X$,最小溶剂用量的计算公式为$\frac{L}{V}=\frac{y_1-y_2}{x_1-x_2}$,其中$y_2$为出塔气相中苯的摩尔分数,$x_1$为入塔液相中苯的摩尔分数。由于要回收99%的苯,所以$y_2=0.02(1-0.99)=0.0002$,$x_1=0.02/0.36=0.0556$。因此,$\frac{L}{V}=\frac{0.02-0.0002}{0.0556-0.0002}=0.357$。
步骤 3:计算实际溶剂用量
题目中给出溶剂用量为最小用量的1.5倍,因此$\frac{L}{V}=1.5\times0.357=0.536$。
步骤 4:计算吸收因数
吸收因数$A$的计算公式为$A=\frac{L}{V}\times\frac{1}{m}$,其中$m$为相平衡常数。根据题目,$m=0.36$,因此$A=\frac{0.536}{0.36}=1.489$。
步骤 5:计算气相总传质单元数
气相总传质单元数$N_{OG}$的计算公式为$N_{OG}=\frac{1}{1-\frac{1}{A}}\ln\left[\left(1-\frac{1}{A}\right)\frac{y_1-mx_2}{y_2-mx_2}+\frac{1}{A}\right]$。将已知数值代入,得到$N_{OG}=\frac{1}{1-0.672}\ln\left[\left(1-0.672\right)\frac{0.02-0.36\times0.0002}{0.0002-0.36\times0.0002}+\frac{1}{1.489}\right]=12$。
步骤 6:计算填料层高度
填料层高度$H$的计算公式为$H=H_{OG}\times N_{OG}$,其中$H_{OG}$为气相总传质单元高度。根据题目,$H_{OG}=\frac{V}{K_{Ya}\Omega}=\frac{0.015}{0.015}=1m$。因此,$H=12\times1=12m$。