题目
在常压逆流接触的填料塔内,用纯溶剂S吸收混合气中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03,要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为1,相平衡关系服从亨利定律,与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。试计算:(1)操作液气比是最小液气比的多少倍;(2)出塔液体的浓度;(3)完成上述分离任务所需的气相总传质单元数。
在常压逆流接触的填料塔内,用纯溶剂S吸收混合气中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03,要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为1,相平衡关系服从亨利定律,与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。
试计算:(1)操作液气比是最小液气比的多少倍;
(2)出塔液体的浓度;
(3)完成上述分离任务所需的气相总传质单元数。
题目解答
答案
解:(1)属于低浓气体吸收
;
根据解吸因数(吸收因数)的定义,有:
(2) 根据全塔物料衡算,
,有:
(3) 气相总传质单元数
为:
因数为1时:
,故:
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解析
步骤 1：计算最小液气比
根据题意，操作条件下的解吸因数为1，相平衡关系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。根据解吸因数的定义，有：
$$
\frac{L}{G} = \frac{m}{\frac{1}{A}} = \frac{m}{S} = \frac{1}{1} = 1
$$
步骤 2：计算操作液气比是最小液气比的多少倍
根据吸收率的定义，有：
$$
n = \frac{y_1}{x_{1e}} = \frac{0.03}{0.03} = 1
$$
操作液气比是最小液气比的倍数为：
$$
\frac{1}{G} / \left(\frac{L}{G}\right)_{min} = \frac{1}{0.95} = 1.05
$$
步骤 3：计算出塔液体的浓度
根据全塔物料衡算，有：
$$
G_1(y_1 - y_2) = L(x_1 - x_2)
$$
其中，$y_2 = y_1(1 - n) = 0.03 \times (1 - 95\%) = 0.0015$，$x_2 = 0$，代入上式，有：
$$
x_1 = \frac{y_1 - y_2}{1} + x_2 = \frac{0.03 - 0.0015}{1} + 0 = 0.0285
$$
步骤 4：计算完成上述分离任务所需的气相总传质单元数
根据题意，解吸因数为1时，有：
$$
\Delta y_m = \Delta y_2 = \Delta y_1
$$
气相总传质单元数为：
$$
N_{OG} = \frac{y_1 - y_2}{\Delta y_m} = \frac{y_1 - y_2}{y_2} = \frac{0.03 - 0.0015}{0.0015} = 19
$$
根据题意，操作条件下的解吸因数为1，相平衡关系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03(摩尔分率)。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。根据解吸因数的定义，有：
$$
\frac{L}{G} = \frac{m}{\frac{1}{A}} = \frac{m}{S} = \frac{1}{1} = 1
$$
步骤 2：计算操作液气比是最小液气比的多少倍
根据吸收率的定义，有：
$$
n = \frac{y_1}{x_{1e}} = \frac{0.03}{0.03} = 1
$$
操作液气比是最小液气比的倍数为：
$$
\frac{1}{G} / \left(\frac{L}{G}\right)_{min} = \frac{1}{0.95} = 1.05
$$
步骤 3：计算出塔液体的浓度
根据全塔物料衡算，有：
$$
G_1(y_1 - y_2) = L(x_1 - x_2)
$$
其中，$y_2 = y_1(1 - n) = 0.03 \times (1 - 95\%) = 0.0015$，$x_2 = 0$，代入上式，有：
$$
x_1 = \frac{y_1 - y_2}{1} + x_2 = \frac{0.03 - 0.0015}{1} + 0 = 0.0285
$$
步骤 4：计算完成上述分离任务所需的气相总传质单元数
根据题意，解吸因数为1时，有：
$$
\Delta y_m = \Delta y_2 = \Delta y_1
$$
气相总传质单元数为：
$$
N_{OG} = \frac{y_1 - y_2}{\Delta y_m} = \frac{y_1 - y_2}{y_2} = \frac{0.03 - 0.0015}{0.0015} = 19
$$