【例 8-5】 塔高的计算-|||-在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨和空气混合气中的氨,混合气流量为 .03kmol/s,-|||-混合气入塔含氨摩尔分数0.04,出塔含氨摩尔分数0.002。吸收塔操作时的总压为-|||-101.3kPa,温度为298K,在操作浓度范围内,氨水系统的平衡方程为 y=1.04x ,总传质-|||-系数Kya为 .06kmol/(scdot (m)^3) 。若塔径为1m,实际液气比为最小液气比的1.2倍,所需-|||-塔高为多少?

步骤 1：计算最小液气比
最小液气比 $(L/G)_{min}$ 可以通过以下公式计算：
$$(L/G)_{min} = \frac{y_{in} - y_{out}}{x_{out} - x_{in}}$$
其中，$y_{in}$ 是混合气入塔含氨摩尔分数，$y_{out}$ 是混合气出塔含氨摩尔分数，$x_{out}$ 是液相出口浓度，$x_{in}$ 是液相入口浓度。由于液相入口浓度为0，因此：
$$(L/G)_{min} = \frac{0.04 - 0.002}{0.04/1.04 - 0} = 0.988$$

步骤 2：计算实际液气比
实际液气比 $(L/G)$ 为最小液气比的1.2倍，因此：
$$(L/G) = 1.2 \times (L/G)_{min} = 1.2 \times 0.988 = 1.19$$

步骤 3：计算液相出口浓度
液相出口浓度 $x_{out}$ 可以通过以下公式计算：
$$x_{out} = \frac{y_{in} - y_{out}}{L/G}$$
代入已知数值：
$$x_{out} = \frac{0.04 - 0.002}{1.19} = 0.0321$$

步骤 4：计算平均推动力
平均推动力 $\Delta y_m$ 可以通过以下公式计算：
$$\Delta y_m = (y_{in} - mx_{out}) - (y_{out} - mx_{in})$$
其中，$m$ 是平衡方程的斜率，即1.04。代入已知数值：
$$\Delta y_m = (0.04 - 1.04 \times 0.0321) - 0.002 = 0.002$$

步骤 5：计算气相流率
气相流率 $G$ 可以通过以下公式计算：
$$G = \frac{0.03}{\frac{\pi}{4} \times 1^2} = 0.0382 \, \text{kmol/(s·m}^2\text{)}$$

步骤 6：计算传质单元高度
传质单元高度 $H_{OG}$ 可以通过以下公式计算：
$$H_{OG} = \frac{G}{K_{ya}}$$
代入已知数值：
$$H_{OG} = \frac{0.0382}{0.06} = 0.637 \, \text{m}$$

步骤 7：计算传质单元数
传质单元数 $N_{OG}$ 可以通过以下公式计算：
$$N_{OG} = \frac{y_{in} - y_{out}}{\Delta y_m}$$
代入已知数值：
$$N_{OG} = \frac{0.04 - 0.002}{0.002} = 9.85$$

步骤 8：计算所需塔高
所需塔高 $H$ 可以通过以下公式计算：
$$H = H_{OG} \times N_{OG}$$
代入已知数值：
$$H = 0.637 \times 9.85 = 6.27 \, \text{m}$$