六、在直径为1.2m的填料吸收塔中,拟装填3m高DN25塑料阶梯环填料,该填料的比表面积-|||-为 (m)^2/(m)^3, 在该填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。已知入塔混合气体的流-|||-量为 /h, 溶质的含量为0.06(摩尔分数);溶质的吸收率为95%;操作条件下的气液平衡关系-|||-为 =2.2X X、Y均为摩尔比);溶剂用量为最小用量的1.5倍;气相总吸收系数为 .35kmol/((m)^3cdot h)-|||-试通过计算判断拟装填的填料高度能否达到分离要求。(注:填料的有效比表面积可近似取为填料-|||-比表面积的90%)(15分)

本题考查填料吸收塔的设计计算，核心在于确定填料层高度是否满足分离要求。解题关键点包括：

1. 计算处理量：根据入塔气体流量和溶质含量确定处理量；
2. 确定气相组成：计算入塔（Y₁）和出塔（Y₂）的气相组成；
3. 溶剂用量关系：利用最小溶剂用量的倍数关系计算实际溶剂用量；
4. 传质单元数计算：通过操作线方程和平衡关系求解传质单元数N；
5. 传质单元高度计算：结合气相总吸收系数、有效比表面积和塔径计算H；
6. 总填料高度判断：比较计算高度与实际装填高度。

1. 计算处理量V

入塔气体流量为40 kmol/h，溶质含量为0.06，处理量为：
$V = 40 \times (1 - 0.06) = 37.6 \, \text{kmol/h}$

2. 确定气相组成Y₁和Y₂

• 入塔气相组成Y₁：由摩尔分数y₁=0.06计算：
  $Y_1 = \frac{y_1}{1 - y_1} = \frac{0.06}{1 - 0.06} = 0.06383$
• 出塔气相组成Y₂：吸收率为95%，故：
  $Y_2 = Y_1 \times (1 - \varphi_A) = 0.06383 \times 0.05 = 0.00319$

3. 计算溶剂用量L/V

• 最小溶剂用量：由平衡关系Y=2.2X，最小溶剂用量对应$L/V_{\text{min}} = Y_{\text{max}}/X_{\text{max}} = 2.2$；
• 实际溶剂用量：为最小用量的1.5倍：
  $\frac{L}{V} = 1.5 \times 2.2 \times 0.95 = 3.135 \, \text{kmol/kmol}$

4. 计算溶剂比S

$S = \frac{L}{V(Y_1 - Y_2)} = \frac{2.2}{3.135} = 0.702$

5. 计算传质单元数N

利用平均推动力法公式：
$N = \frac{1}{1 - S} \ln \left[ (1 - S) \frac{Y_1 - Y_2}{Y_2} + S \right]$
代入数据：
$N = \frac{1}{1 - 0.702} \ln \left[ (1 - 0.702) \times \frac{0.06383 - 0.00319}{0.00319} + 0.702 \right] = 6.365$

6. 计算传质单元高度H

有效比表面积$E = 228 \times 0.9 = 205.2 \, \text{m}^2/\text{m}^3$，塔截面积$A = \frac{\pi \times 1.2^2}{4} = 1.131 \, \text{m}^2$，则：
$H = \frac{V}{K \cdot E \cdot A} = \frac{37.6}{0.35 \times 205.2 \times 1.131} = 0.4629 \, \text{m}$

7. 计算总填料高度Z

$Z = N \times H = 6.365 \times 0.4629 = 2.946 \, \text{m} < 3 \, \text{m}$