题目

用纯水吸收空气mdash;氨混合气体中的氨，氨的初始浓度为0.05（摩尔分率），要求氨回收率不低于95％，塔底得到的氨水浓度不低于0.05。已知在操作条件下气液平衡关系ye=0.95x，试计算： (1) 采用逆流操作,气体流率取 y1-|||--x,-|||-L-|||-G-|||-yi-|||-x1.02kmol/L-|||-((m)^2cdot s) ,体积传质系数 _(Y)a=2times (10)^-2kmol/((m)^3cdot s) 所-|||-需塔高为多少?-|||-(2)采用部分吸收剂再循环流程(见附图),新鲜-|||-吸收剂与循环量之比 _(1)(R)_(R)=20 气体流速不变,K,a也-|||-假定不变,所需塔高为多少? (1) 采用逆流操作,气体流率取 y1-|||--x,-|||-L-|||-G-|||-yi-|||-x1.02kmol/L-|||-((m)^2cdot s) ,体积传质系数 _(Y)a=2times (10)^-2kmol/((m)^3cdot s) 所-|||-需塔高为多少?-|||-(2)采用部分吸收剂再循环流程(见附图),新鲜-|||-吸收剂与循环量之比 _(1)(R)_(R)=20 气体流速不变,K,a也-|||-假定不变,所需塔高为多少?

用纯水吸收空气mdash;氨混合气体中的氨，氨的初始浓度为0.05（摩尔分率），要求氨回收率不低于95％，塔底得到的氨水浓度不低于0.05。已知在操作条件下气液平衡关系ye=0.95x，试计算：

题目解答

答案

解析

本题考查吸收过程的物料衡算、传质推动力计算以及塔高高计算等知识。解题思路如下：

（1）采用逆流操作情况

  1. 计算气体出口浓度
    已知氨回收率不低于95％，氨的初始浓度为$y_{i}=0.05$（摩尔分率）。根据回收率公式$n=\frac{y_{1}-y_{2}}{y_{1}$，可得$y_{2}=(1 - n)y_{1}=(1 - 0.95)\times0.05 = 0.0025$。
  2. 计算液气比
    由物料衡算$\frac{L}{G}=\frac{y_{1}-y_{2}}{x_{1}-x_{2}}$，已知$y_{1}=0.05$，$y_{2}=0.0025$，$x_{1}=0.05\x$，$x_{2}=0$，则$\frac{L}{G}=\frac{0.05 - 0.0025}{0.05 - 0}=0.95$。
  3. 计算平均传质推动力
    已知气液平衡关系$y_{e}=0.95x$，$m = 0.95$。
    $\Delta y_{1}-mx_{3})- (y_{2}-mx_{2}))$
    $=(0.05 - 0.95\times0.05)-(0.0025 - 0.95\times0.00238)$
    $=0.000963$

$\Delta y_{m}=\frac{(y_{1}-mx_{1})-(y_{2}-mx_{2})}}{\ln\frac{y_{1}-mx_{1}}{y_{2}-mx_{2}}}$
$=\frac{(0.05 - 0.95\times0.05)-(0.0025 - 0.95\times0.002388)}{\ln\frac{0.05 - 0.95\times0.05}{0.0025 - 0.95\times0.00238}}$
$=\frac{0.000963}{\ln\frac{0.0025 - 0.95\times0.00238}{0.0025 - 0.95\times0.00238}}$
$=\frac{0.00963}{\ln\frac{0.0025 - 0.95\times0.00238}{0.0025 - 0.95\times0.00238}}{0.0025 - 0.95\times0.00238}}$
$=\frac{0.00963}{ln\frac{0.0025 - 0.95\times0.00238}{0.0025 - 0.95\times0.00238}}$
$= 0.000963$
4. 计算所需塔高
根据传质速率公式$N_{Y}a=\frac{G}{L}\frac{y_{1}-y_{2}}{\Delta y_{m}}$，已知$K_{Y}a = 2\times10^{-2}kmol/(m^{3}\cdot s)$，$G = 0.02kmol/(m^{2}\cdot s)$，$\frac{L}{G}=0.95$，$\Delta y_{m}=0.000963$。
$H=\frac{G}{K_{Y}a}\frac{y_{Y}a}{\frac{G}{L}\frac{y_{1}-y_{2}}{\Delta y_{m}}}$
$=\frac{G}{K_{Y}a}\frac{y_{1}-y_{2}}{\frac{G}{L}\frac{y_{1}-y_{2}}{\Delta y_{m}}}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\times\frac\frac{y_{1}-y_{2}}=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\frac{0.05 - 0.0025}{0.95\times0.000963}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\frac{0.0475}{0.95\times0.000963}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\frac{0.0475}{0.00091485}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\times\frac{0.0475}{0.0091485}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\times}\frac{0.0475}{0.0091485}$
$=\frac{0.02}{2\times10^{-2}}\times5.192$
$= 0.5192m$

（2）采用部分吸收剂再循环流程情况

  1. 计算新鲜吸收剂与循环量之比为$L_{1}/R_{R}=20$时的相关参数
    由于新鲜吸收剂与循环量之比为$L_{1}/_{R}=20$，吸收剂入口浓度提高、平均传质推动力减小。
    根据物料衡算和传质推动力计算方法，此时平均传质推动力$\Delta y_{m}$减小。
    假设传质系数$K_{Y}a$不变，根据塔高计算公式\(1)中计算方法，此时所需塔高增加。 具体计算过程与(1)类似，只是平均传质推动力$\Delta y_{m}$的值不同。
    $\Delta y_{m}$的值变小，$H=\frac{G}{K_{Y}a}\frac{y_{1}-y_{2}}{\Delta y_{m}}$的值变大。