题目
今有连续逆流操作得填料吸收塔,用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000 m3/h(操作状态),原料气中含甲醇7%(体积百分数),吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的67%。设在常压25℃下操作,吸收的平衡关系取为,甲醇回收率要求为98%,,塔内填料的有效表面积为200 m2/m3,塔内气体的空塔气速为0.5 m/s。试求:(1)水的用量,kg/h;(2)塔径;(3)传质单元高度;(4)传质单元数;(5)填料层高度。
今有连续逆流操作得填料吸收塔,用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000 m3/h(操作状态),原料气中含甲醇7%(体积百分数),吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的67%。设在常压25℃下操作,吸收的平衡关系取为,甲醇回收率要求为98%,,塔内填料的有效表面积为200 m2/m3,塔内气体的空塔气速为0.5 m/s。试求:(1)水的用量,kg/h;(2)塔径;(3)传质单元高度;(4)传质单元数;(5)填料层高度。
题目解答
答案
解:此题为一典型的吸收塔计算中设计类型题。解题时就按上面所述之五个方面进行。
(1)
(2)
,
(3)
(4)用平均推动力法:
,
,
,
,
可见平衡线为
时,
可用平均推动力法或解析法的任一种计算方法求取。
(5)
解析
步骤 1：计算原料气中甲醇的摩尔分数
原料气中甲醇的体积百分数为7%，因此原料气中甲醇的摩尔分数为：
${Y}_{1}=\dfrac {{y}_{1}}{1-{y}_{1}}=\dfrac {0.07}{1-0.07}=0.0753$
步骤 2：计算吸收后气体中甲醇的摩尔分数
甲醇回收率为98%，因此吸收后气体中甲醇的摩尔分数为：
${Y}_{2}={Y}_{1}(1-\varphi )=0.0753\times (1-0.98)=1.5\times {10}^{-3}$
步骤 3：计算吸收后水中甲醇的摩尔分数
吸收后水中甲醇的摩尔分数等于与进料气体中相平衡时浓度的67%，因此：
${X}_{1}=67\% {X}_{1}'=0.67\times \dfrac {{Y}_{1}}{m}=\dfrac {0.0753}{1.15}\times 0.67=0.0439$
步骤 4：计算水的用量
水的用量为：
$l=1.68r=1.68\times 38=63.8kmol/h=1.15\times {10}^{-3}kg/h$
步骤 5：计算塔径
塔径为：
$D=\sqrt {\dfrac {4{V}_{1}}{\pi u}}=\sqrt {\dfrac {4\times 1000}{3600\times 3.14\times 0.5}}=0.84m$
步骤 6：计算传质单元高度
传质单元高度为：
${H}_{we}=\dfrac {v}{{k}_{1}Q0}=\dfrac {38}{0.5\times 200\times \dfrac {\pi }{4}\times {0.84}^{2}}=0.686m$
步骤 7：计算传质单元数
传质单元数为：
${N}_{ax}=\dfrac {1}{1-\dfrac {mv}{L}}\ln ((1-\dfrac {mv}{L})\dfrac {{x}_{1}-m{x}_{2}}{{v}_{2}-m{x}_{2}}+\dfrac {mv}{L}] $ $=\dfrac {1}{1-\dfrac {1.15}{1.68}}\ln [ (1-\dfrac {1.15}{1.68})\dfrac {0.0753-0}{1.5\times {10}^{-3}-0}+\dfrac {1.15}{1.68}] $ =8.89
步骤 8：计算填料层高度
填料层高度为：
$Z={H}_{OG}\cdot {N}_{OG}=0.686\times 8.89=6.1m$
原料气中甲醇的体积百分数为7%，因此原料气中甲醇的摩尔分数为：
${Y}_{1}=\dfrac {{y}_{1}}{1-{y}_{1}}=\dfrac {0.07}{1-0.07}=0.0753$
步骤 2：计算吸收后气体中甲醇的摩尔分数
甲醇回收率为98%，因此吸收后气体中甲醇的摩尔分数为：
${Y}_{2}={Y}_{1}(1-\varphi )=0.0753\times (1-0.98)=1.5\times {10}^{-3}$
步骤 3：计算吸收后水中甲醇的摩尔分数
吸收后水中甲醇的摩尔分数等于与进料气体中相平衡时浓度的67%，因此：
${X}_{1}=67\% {X}_{1}'=0.67\times \dfrac {{Y}_{1}}{m}=\dfrac {0.0753}{1.15}\times 0.67=0.0439$
步骤 4：计算水的用量
水的用量为：
$l=1.68r=1.68\times 38=63.8kmol/h=1.15\times {10}^{-3}kg/h$
步骤 5：计算塔径
塔径为：
$D=\sqrt {\dfrac {4{V}_{1}}{\pi u}}=\sqrt {\dfrac {4\times 1000}{3600\times 3.14\times 0.5}}=0.84m$
步骤 6：计算传质单元高度
传质单元高度为：
${H}_{we}=\dfrac {v}{{k}_{1}Q0}=\dfrac {38}{0.5\times 200\times \dfrac {\pi }{4}\times {0.84}^{2}}=0.686m$
步骤 7：计算传质单元数
传质单元数为：
${N}_{ax}=\dfrac {1}{1-\dfrac {mv}{L}}\ln ((1-\dfrac {mv}{L})\dfrac {{x}_{1}-m{x}_{2}}{{v}_{2}-m{x}_{2}}+\dfrac {mv}{L}] $ $=\dfrac {1}{1-\dfrac {1.15}{1.68}}\ln [ (1-\dfrac {1.15}{1.68})\dfrac {0.0753-0}{1.5\times {10}^{-3}-0}+\dfrac {1.15}{1.68}] $ =8.89
步骤 8：计算填料层高度
填料层高度为：
$Z={H}_{OG}\cdot {N}_{OG}=0.686\times 8.89=6.1m$