拟用内径为1.8 m逆流操作的吸收塔,在常温常压下吸收氨—空气混合气中的氨。已知空气的摩尔流量为0.14 kmol·s-1,进口气体中含氨的体积分数为0.020,出口气体中含氨的体积分数为0.0010,喷淋的稀氨水溶液中氨的摩尔分数为5.0×10-4,喷淋量为0.25 kmol·s-1。在操作条件下,物系服从亨利定律,Y*=1.25 X,体积吸收总系数KY a=4.8×10-2 kmol·m-3·s-1。试求:(1) 塔底所得溶液的浓度;(2) 全塔的平均推动力Delta (Y)_(m);(3) 吸收塔所需的填料层高度。(1) Y1 ===0.0204 Y2 ===0.0010X2 ===0.00050 X1=X2+(Y1-Y2)=0.00050+(0.0204-0.0010)=0.0114(2)1=Y1 -mX1=0.0204-1.25×0.0114=0.00615 2=Y2-mX2=0.001-1.25×0.00050=0.000375则m == =2.07×10-3(3) N0G=Delta (Y)_(m)=9.37 S=d2=0.785×1.82=2.54 m2H0G===1.15 m 则H=H0G·N0G=1.15×9.37=11 m

考查要点：本题主要考查吸收塔的逆流操作计算，涉及物料平衡、亨利定律、平均推动力及填料层高度的计算。

解题核心思路：

1. 塔底溶液浓度：通过逆流操作的物料平衡关系，结合喷淋量与气体流量的比值确定。
2. 平均推动力：利用亨利定律计算气液平衡关系，结合对数平均法求解。
3. 填料层高度：通过理论板数与体积吸收总系数的关系计算。

破题关键点：

• 逆流操作的物料平衡：喷淋液浓度变化与气体浓度变化的关联。
• 亨利定律：建立气相浓度与液相浓度的线性关系。
• 对数平均推动力：正确应用积分平均法计算全塔推动力。

(1) 塔底所得溶液的浓度

物料平衡关系

逆流操作中，喷淋液的摩尔流量 $L$ 与气体摩尔流量 $V$ 的比值为 $\frac{V}{L} = \frac{0.14}{0.25} = 0.56$。
根据物料平衡方程：
$X_1 = X_2 + (Y_1 - Y_2) \cdot \frac{V}{L}$
代入已知条件 $X_2 = 5.0 \times 10^{-4}$，$Y_1 = 0.020$，$Y_2 = 0.0010$：
$X_1 = 0.0005 + (0.020 - 0.0010) \cdot 0.56 = 0.0114$

(2) 全塔的平均推动力 $\Delta Y_m$

气液平衡关系

根据亨利定律 $Y^* = 1.25X$，计算进出塔处的平衡浓度：
$Y_1^* = 1.25 \cdot 0.0114 = 0.01425, \quad Y_2^* = 1.25 \cdot 0.0005 = 0.000625$

推动力计算

对数平均推动力公式：
$\Delta Y_m = \frac{Y_1 - Y_1^* - (Y_2 - Y_2^*)}{\ln \frac{Y_1 - Y_1^*}{Y_2 - Y_2^*}}$
代入数值：
$\Delta Y_m = \frac{0.0204 - 0.01425 - (0.0010 - 0.000625)}{\ln \frac{0.00615}{0.000375}} = \frac{0.005775}{2.796} \approx 2.07 \times 10^{-3}$

(3) 吸收塔所需填料层高度

理论板数计算

理论板数 $N_0G$ 为：
$N_0G = \frac{Y_1 - Y_2}{\Delta Y_m} = \frac{0.0204 - 0.0010}{2.07 \times 10^{-3}} \approx 9.37$

填料层高度计算

体积吸收总系数 $K_Y a = 4.8 \times 10^{-2} \, \text{kmol·m}^{-3}\text{s}^{-1}$，塔径 $d = 1.8 \, \text{m}$，则：
$H = \frac{N_0G}{K_Y a \cdot d} = \frac{9.37}{4.8 \times 10^{-2} \cdot 1.8} \approx 11 \, \text{m}$