题目
四、(20分)在逆流操作的填料塔内,用20℃的清水吸收氨气-空气混合气中的氨气,已知混合气流量为540m3/h(标准状态下),塔底气体进塔浓度为0.06(摩尔分率),要求氨的回收率为99%,已知塔内径(直径)为0.8m,清水用量为1.1m3/h,操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X,气相总体积传质系数Kya=107kmol/m3.h,20℃水的密度为998.2kg/m3。试求:(1)吸收液的出口浓度X1(摩尔比);(2)气相总传质单元数NOG及所需的填料层高度Z;(3)若混合气流量(标准状态下)增加20%,维持操作压强和用水量不变,要达到原来的回收率,填料层高度至少应调整为多少?(已知吸收过程为气膜控制,Kya与气体流速的0.8次方成正比)。[考查重点]本题考查吸收单元操作的具体计算,此类题考生需要掌握逆流吸收的过程原理、物料衡算及填料层高度的计算等。[答案解析]本题涉及物料衡算、传质系数和填料层高度的计算。
四、(20分)
在逆流操作的填料塔内,用20℃的清水吸收氨气-空气混合气中的氨气,已知混合气流量为540m3/h(标准状态下),塔底气体进塔浓度为0.06(摩尔分率),要求氨的回收率为99%,已知塔内径(直径)为0.8m,清水用量为1.1m3/h,操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X,气相总体积传质系数Kya=107kmol/m3.h,20℃水的密度为998.2kg/m3。试求:
(1)吸收液的出口浓度X1(摩尔比);
(2)气相总传质单元数NOG及所需的填料层高度Z;
(3)若混合气流量(标准状态下)增加20%,维持操作压强和用水量不变,要达到原来的回收率,填料层高度至少应调整为多少?(已知吸收过程为气膜控制,Kya与气体流速的0.8次方成正比)。
[考查重点]
本题考查吸收单元操作的具体计算,此类题考生需要掌握逆流吸收的过程原理、物料衡算及填料层高度的计算等。
[答案解析]
本题涉及物料衡算、传质系数和填料层高度的计算。
题目解答
答案
解:(1)入塔惰性气体流量:
入塔吸收液流量:
入塔气体浓度:
出塔气体浓度:
由全塔物料衡算得:
故吸收液的出口浓度为;
(2)解析因数
气相总传质单元数:
气相总传质单元高度为:
故所需的填料层高度为:
(3)因混合气流量增加20%,故,则
此时
由可知,
故
则
所以,填料层高度至少要调整为2.99m。
解析
步骤 1：计算入塔惰性气体流量
根据题意，混合气流量为540m³/h（标准状态下），塔底气体进塔浓度为0.06（摩尔分率），要求氨的回收率为99%。首先，计算入塔惰性气体流量。
步骤 2：计算入塔吸收液流量
已知清水用量为1.1m³/h，20℃水的密度为998.2kg/m³，计算入塔吸收液流量。
步骤 3：计算出塔气体浓度
根据题意，要求氨的回收率为99%，计算出塔气体浓度。
步骤 4：计算吸收液的出口浓度
根据全塔物料衡算，计算吸收液的出口浓度。
步骤 5：计算气相总传质单元数
根据题意，操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X，计算气相总传质单元数。
步骤 6：计算气相总传质单元高度
根据气相总体积传质系数Kya=107kmol/m³.h，计算气相总传质单元高度。
步骤 7：计算所需的填料层高度
根据气相总传质单元高度，计算所需的填料层高度。
步骤 8：计算混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数
根据题意，混合气流量增加20%，维持操作压强和用水量不变，计算混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数。
步骤 9：计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元数
根据混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数，计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元数。
步骤 10：计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度
根据混合气流量增加20%后的气相总传质单元数，计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度。
步骤 11：计算混合气流量增加20%后的填料层高度
根据混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度，计算混合气流量增加20%后的填料层高度。
根据题意，混合气流量为540m³/h（标准状态下），塔底气体进塔浓度为0.06（摩尔分率），要求氨的回收率为99%。首先，计算入塔惰性气体流量。
步骤 2：计算入塔吸收液流量
已知清水用量为1.1m³/h，20℃水的密度为998.2kg/m³，计算入塔吸收液流量。
步骤 3：计算出塔气体浓度
根据题意，要求氨的回收率为99%，计算出塔气体浓度。
步骤 4：计算吸收液的出口浓度
根据全塔物料衡算，计算吸收液的出口浓度。
步骤 5：计算气相总传质单元数
根据题意，操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X，计算气相总传质单元数。
步骤 6：计算气相总传质单元高度
根据气相总体积传质系数Kya=107kmol/m³.h，计算气相总传质单元高度。
步骤 7：计算所需的填料层高度
根据气相总传质单元高度，计算所需的填料层高度。
步骤 8：计算混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数
根据题意，混合气流量增加20%，维持操作压强和用水量不变，计算混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数。
步骤 9：计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元数
根据混合气流量增加20%后的气相总体积传质系数，计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元数。
步骤 10：计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度
根据混合气流量增加20%后的气相总传质单元数，计算混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度。
步骤 11：计算混合气流量增加20%后的填料层高度
根据混合气流量增加20%后的气相总传质单元高度，计算混合气流量增加20%后的填料层高度。