题目
流量为 0.03 cdot (kmol)/((m)^2 cdot (s)) 的空气混合气中含氨 2%(摩尔分率),拟用填料吸收塔逆流吸收以回收其中 95% 的氨。吸收液是摩尔分率为 0.0004 的稀氨水溶液,操作液气比为最小液气比的 1.5 倍,操作范围内的平衡关系为 y=1.2x,填料塔的气相总传质数 K_ya=0.041 cdot (kmol)/((m)^3 cdot (s))。试求:(2018-19·2B)(1)出塔液体浓度(摩尔分率);(2)填料层高度,(m);(3)若其他操作条件维持不变,请分析吸收液温度升高对吸收过程的推动力以及出塔气体、液体浓度的影响。
流量为 $0.03 \cdot \text{kmol}/(\text{m}^2 \cdot \text{s})$ 的空气混合气中含氨 $2\%$(摩尔分率),拟用填料吸收塔逆流吸收以回收其中 $95\%$ 的氨。吸收液是摩尔分率为 $0.0004$ 的稀氨水溶液,操作液气比为最小液气比的 $1.5$ 倍,操作范围内的平衡关系为 $y=1.2x$,填料塔的气相总传质数 $K_ya=0.041 \cdot \text{kmol}/(\text{m}^3 \cdot \text{s})$。试求:(2018-19·2B)
(1)出塔液体浓度(摩尔分率);
(2)填料层高度,$\text{m}$;
(3)若其他操作条件维持不变,请分析吸收液温度升高对吸收过程的推动力以及出塔气体、液体浓度的影响。
题目解答
答案
1. 根据吸收回收率 $ \eta = 95\% $,得 $ y_2 = 0.001 $。
最小液气比为:
\[
\left( \frac{L}{G} \right)_{\text{min}} = \frac{0.02 - 0.001}{0.01667 - 0.0004} \approx 1.168
\]
操作液气比为:
\[
\frac{L}{G} = 1.5 \times 1.168 \approx 1.752
\]
出塔液体浓度为:
\[
x_1 = 0.0004 + \frac{0.019}{1.752} \approx 0.0112
\]
2. 对数平均推动力为:
\[
(y - y^*)_m = \frac{0.006506 - 0.00052}{\ln (12.5115)} \approx 0.00237
\]
填料层高度为:
\[
H = \frac{0.03 \times 0.019}{0.041 \times 0.00237} \approx 5.87 \, \text{m}
\]
3. 吸收液温度升高导致:
- 平衡常数 $ m $ 增大,$ y_1^* $ 和 $ y_2^* $ 增大。
- 推动力 $ (y - y^*)_m $ 减小。
- 出塔气体中氨浓度 $ y_2 $ 增大。
- 出塔液体中氨浓度 $ x_1 $ 减小。
- 吸收效果变差。
答案:
(1) $ x_1 \approx 0.0112 $。
(2) $ H \approx 5.87 \, \text{m} $。
(3) 吸收推动力减小,$ y_2 $ 增大,$ x_1 $ 减小,吸收效果变差。