题目
在压力为 101.3(kPa)、温度为 30^circ(C) 的操作条件下，在某填料吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的 (NH)_3。已知入塔混合气体的流量为 220 (kmol/h)，其中含 (NH)_3 为 1.2%（摩尔分数）。操作条件下的平衡关系为 Y=1.2X（X、Y 均为摩尔比），空塔气速为 1.25(m/s)；气相总体积吸收系数为 0.06 (kmol) / ((m)^3 cdot (s))；水的用量为最小用量的 1.5 倍；要求 (NH)_3 的回收率为 95%。试求：(1) 水的用量；(2) 填料塔的直径和填料层高度。
在压力为 $101.3\text{kPa}$、温度为 $30^{\circ}\text{C}$ 的操作条件下，在某填料吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的 $\text{NH}_3$。已知入塔混合气体的流量为 $220\ \text{kmol/h}$，其中含 $\text{NH}_3$ 为 $1.2\%$（摩尔分数）。操作条件下的平衡关系为 $Y=1.2X$（$X$、$Y$ 均为摩尔比），空塔气速为 $1.25\text{m/s}$；气相总体积吸收系数为 $0.06\ \text{kmol} / (\text{m}^3 \cdot \text{s})$；水的用量为最小用量的 $1.5$ 倍；要求 $\text{NH}_3$ 的回收率为 $95\%$。 试求： (1) 水的用量； (2) 填料塔的直径和填料层高度。
题目解答
答案
1. 根据吸收过程，$ (L/G)_{\min} = 1.2 $，操作液气比 $ L/G = 1.8 $。
气体流量 $ G = 0.06111 \, \text{kmol/s} $，水的用量为：
$ L = 1.8 \times 0.06111 = 0.11 \, \text{kmol/s} = 396 \, \text{kmol/h} $。
2. 塔截面积 $ A = \frac{q_v}{u} = \frac{1.521}{1.25} = 1.2168 \, \text{m}^2 $，塔径：
$ D = \sqrt{\frac{4 \times 1.2168}{\pi}} \approx 1.245 \, \text{m} $。
3. 传质单元数：
$ N_{OG} = \frac{1}{1 - 0.6667} \ln \left[ \frac{0.01215}{0.0006075} \times 0.3333 + 0.6667 \right] \approx 6 $。
填料层高度：
$ h = N_{OG} \times \frac{G}{K_Y a A} = 6 \times \frac{0.06111}{0.06 \times 1.2168} \approx 5.02 \, \text{m} $。
最终结果：
1. 水的用量为 $ 396 \, \text{kmol/h} $。
2. 填料塔直径约为 $ 1.25 \, \text{m} $（四舍五入）。
3. 填料层高度约为 $ 5.02 \, \text{m} $。