6-21 在一逆流接触的填料吸收塔中,用纯水吸收空气-氨混合气体中的NH3,入塔气体中含NH3为9 %,-|||-要求吸收率为95%,吸收剂用量为最小用量的1.2倍,操作条件下的平衡关系为 '=1.2x 传质-|||-单元高度为0.8m。试求:①填料层高度H;②若改用含NH30.05%(摩尔分数)的稀氨水作吸收-|||-剂,x1及其他条件均不变,吸收率为多少?

步骤 1：确定最小吸收剂用量
根据题意，吸收剂用量为最小用量的1.2倍。首先，我们需要确定最小吸收剂用量。最小吸收剂用量是指在吸收过程中，吸收剂的摩尔流量与吸收质的摩尔流量之比为最小值时的吸收剂用量。在吸收过程中，吸收剂的摩尔流量与吸收质的摩尔流量之比为最小值时，吸收质的吸收率最高。因此，最小吸收剂用量为：
$$
L_{min} = \frac{y_1 - y_2}{x_2 - x_1}
$$
其中，$y_1$为入塔气体中NH3的摩尔分数，$y_2$为出塔气体中NH3的摩尔分数，$x_1$为入塔吸收剂中NH3的摩尔分数，$x_2$为出塔吸收剂中NH3的摩尔分数。根据题意，$y_1 = 0.09$，$y_2 = 0.09 \times (1 - 0.95) = 0.0045$，$x_1 = 0$，$x_2 = \frac{y_2}{1.2} = 0.00375$。因此，最小吸收剂用量为：
$$
L_{min} = \frac{0.09 - 0.0045}{0.00375 - 0} = 22.8
$$
步骤 2：计算实际吸收剂用量
根据题意，实际吸收剂用量为最小吸收剂用量的1.2倍。因此，实际吸收剂用量为：
$$
L = 1.2 \times L_{min} = 1.2 \times 22.8 = 27.36
$$
步骤 3：计算填料层高度
根据题意，操作条件下的平衡关系为 $y'=1.2x$。因此，传质单元数为：
$$
N_{OG} = \frac{y_1 - y_2}{y_1' - y_2'} = \frac{0.09 - 0.0045}{0.09 \times 1.2 - 0.0045 \times 1.2} = 1.04
$$
其中，$y_1'$和$y_2'$分别为入塔气体和出塔气体中NH3的平衡摩尔分数。根据题意，传质单元高度为0.8m。因此，填料层高度为：
$$
H = N_{OG} \times H_{OG} = 1.04 \times 0.8 = 0.832m
$$
步骤 4：计算吸收率
根据题意，若改用含NH30.05%(摩尔分数)的稀氨水作吸收剂，x1及其他条件均不变。因此，出塔吸收剂中NH3的摩尔分数为：
$$
x_2 = \frac{y_2}{1.2} = \frac{0.0045}{1.2} = 0.00375
$$
因此，吸收率为：
$$
\eta = \frac{y_1 - y_2}{y_1} = \frac{0.09 - 0.0045}{0.09} = 0.95
$$