题目
【计算题】某矿石焙烧炉排出含 SO 2 的混合气体,除 SO 2 外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中,用清水洗涤以除去其中的 SO 2 。吸收塔的操作温度为 20°C ,压力为 101.3kPa 。混合气的流量为 1000m 3 /h ,其中含 SO 2 体积百分数为 9% ,要求 SO2 的回收率为 90% 。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍,试计算: ( 1 )吸收剂用量及塔底吸收液的组成 Xb ; ( 2 )当用含 SO 2 0.0003 (摩尔比)的水溶液作吸收剂时,保持二氧化硫回收率不变,吸收剂用量比原情况增加还是减少?塔底吸收液组成变为多少?已知 101.3kPa , 20°C 条件下 SO 2 在水中的平衡数据如表所示
【计算题】某矿石焙烧炉排出含 SO 2 的混合气体,除 SO 2 外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中,用清水洗涤以除去其中的 SO 2 。吸收塔的操作温度为 20°C ,压力为 101.3kPa 。混合气的流量为 1000m 3 /h ,其中含 SO 2 体积百分数为 9% ,要求 SO2 的回收率为 90% 。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍,试计算: ( 1 )吸收剂用量及塔底吸收液的组成 Xb ; ( 2 )当用含 SO 2 0.0003 (摩尔比)的水溶液作吸收剂时,保持二氧化硫回收率不变,吸收剂用量比原情况增加还是减少?塔底吸收液组成变为多少?已知 101.3kPa , 20°C 条件下 SO 2 在水中的平衡数据如表所示
题目解答
答案
解:按题意进行组成换算: 进塔气体 中 SO 2 的组成为: 出塔气体 中 SO 2 的组成为: 进吸收塔惰性气体的摩尔流量为: ( 1 ) 由表中 X ~ Y 数据,采用内差法得到与气相进口组成 Y b 相平衡的液相组成 。 实际吸收剂用量 塔底吸收液的组成 X b 由全塔物料衡算求得: ( 2 )回收率不变,即出塔气体中 SO 2 的组成 Y a 不变, ,而 所以: 实际吸收剂用量: 塔底吸收液的组成 X b 由全塔物料衡算求得: 由该题计算结果可见,当保持溶质回收率不变,吸收剂所含溶质溶解度越低,所需溶剂量越小,塔底吸收液浓度越低。
解析
步骤 1：计算进塔气体中 SO2 的组分
根据题目，混合气的流量为 1000m³/h，其中含 SO2 体积百分数为 9%。因此，进塔气体中 SO2 的组成为：
\[ Y_b = 0.09 \]
步骤 2：计算出塔气体中 SO2 的组分
题目要求 SO2 的回收率为 90%，因此出塔气体中 SO2 的组成为：
\[ Y_a = 0.09 \times (1 - 0.9) = 0.009 \]
步骤 3：计算惰性气体的摩尔流量
混合气的流量为 1000m³/h，假设标准状况下气体摩尔体积为 22.4m³/mol，因此混合气的摩尔流量为：
\[ V_{\text{混合气}} = \frac{1000}{22.4} = 44.64 \text{ mol/h} \]
其中 SO2 的摩尔流量为：
\[ V_{\text{SO2}} = 44.64 \times 0.09 = 4.02 \text{ mol/h} \]
因此，惰性气体的摩尔流量为：
\[ V_{\text{惰性}} = 44.64 - 4.02 = 40.62 \text{ mol/h} \]
步骤 4：计算理论最小吸收剂用量
根据吸收塔的操作温度为 20°C，压力为 101.3kPa，查表得到与气相进口组成 Yb 相平衡的液相组成 Xb。假设 Xb = 0.001（根据题目给出的平衡数据表，具体数值需要查表确定）。
理论最小吸收剂用量为：
\[ V_{\text{理论}} = \frac{V_{\text{SO2}}}{X_b} = \frac{4.02}{0.001} = 4020 \text{ mol/h} \]
步骤 5：计算实际吸收剂用量
题目要求吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍，因此实际吸收剂用量为：
\[ V_{\text{实际}} = 4020 \times 1.2 = 4824 \text{ mol/h} \]
步骤 6：计算塔底吸收液的组成 Xb
根据全塔物料衡算，塔底吸收液的组成 Xb 为：
\[ X_b = \frac{V_{\text{SO2}}}{V_{\text{实际}}} = \frac{4.02}{4824} = 0.000833 \]
步骤 7：计算当用含 SO2 0.0003 (摩尔比)的水溶液作吸收剂时的吸收剂用量
保持 SO2 回收率不变，即出塔气体中 SO2 的组成 Ya 不变，因此：
\[ V_{\text{SO2}} = 4.02 \text{ mol/h} \]
实际吸收剂用量为：
\[ V_{\text{实际}} = \frac{V_{\text{SO2}}}{X_b} = \frac{4.02}{0.0003} = 13400 \text{ mol/h} \]
步骤 8：计算塔底吸收液的组成 Xb
根据全塔物料衡算，塔底吸收液的组成 Xb 为：
\[ X_b = \frac{V_{\text{SO2}}}{V_{\text{实际}}} = \frac{4.02}{13400} = 0.0003 \]
根据题目，混合气的流量为 1000m³/h，其中含 SO2 体积百分数为 9%。因此，进塔气体中 SO2 的组成为：
\[ Y_b = 0.09 \]
步骤 2：计算出塔气体中 SO2 的组分
题目要求 SO2 的回收率为 90%，因此出塔气体中 SO2 的组成为：
\[ Y_a = 0.09 \times (1 - 0.9) = 0.009 \]
步骤 3：计算惰性气体的摩尔流量
混合气的流量为 1000m³/h，假设标准状况下气体摩尔体积为 22.4m³/mol，因此混合气的摩尔流量为：
\[ V_{\text{混合气}} = \frac{1000}{22.4} = 44.64 \text{ mol/h} \]
其中 SO2 的摩尔流量为：
\[ V_{\text{SO2}} = 44.64 \times 0.09 = 4.02 \text{ mol/h} \]
因此，惰性气体的摩尔流量为：
\[ V_{\text{惰性}} = 44.64 - 4.02 = 40.62 \text{ mol/h} \]
步骤 4：计算理论最小吸收剂用量
根据吸收塔的操作温度为 20°C，压力为 101.3kPa，查表得到与气相进口组成 Yb 相平衡的液相组成 Xb。假设 Xb = 0.001（根据题目给出的平衡数据表，具体数值需要查表确定）。
理论最小吸收剂用量为：
\[ V_{\text{理论}} = \frac{V_{\text{SO2}}}{X_b} = \frac{4.02}{0.001} = 4020 \text{ mol/h} \]
步骤 5：计算实际吸收剂用量
题目要求吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍，因此实际吸收剂用量为：
\[ V_{\text{实际}} = 4020 \times 1.2 = 4824 \text{ mol/h} \]
步骤 6：计算塔底吸收液的组成 Xb
根据全塔物料衡算，塔底吸收液的组成 Xb 为：
\[ X_b = \frac{V_{\text{SO2}}}{V_{\text{实际}}} = \frac{4.02}{4824} = 0.000833 \]
步骤 7：计算当用含 SO2 0.0003 (摩尔比)的水溶液作吸收剂时的吸收剂用量
保持 SO2 回收率不变，即出塔气体中 SO2 的组成 Ya 不变，因此：
\[ V_{\text{SO2}} = 4.02 \text{ mol/h} \]
实际吸收剂用量为：
\[ V_{\text{实际}} = \frac{V_{\text{SO2}}}{X_b} = \frac{4.02}{0.0003} = 13400 \text{ mol/h} \]
步骤 8：计算塔底吸收液的组成 Xb
根据全塔物料衡算，塔底吸收液的组成 Xb 为：
\[ X_b = \frac{V_{\text{SO2}}}{V_{\text{实际}}} = \frac{4.02}{13400} = 0.0003 \]