题目
在逆流操作的吸收塔中,于101.3KPa、25E下用清水吸收混合气中的 H2S, 将其浓度由2%降至0.1 %(体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=5.52 X 104 KPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.5倍,试计算操作液气比L/V 及出口液相组成X1。(12分
在逆流操作的吸收塔中,于101.3KPa、25E下用清水吸收混合气中的 H2S, 将其浓度由2%降至0.1 %(体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=5.52 X 104 KPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.5倍,试计算操作液气比L/V 及出口液相组成X1。(12分
题目解答
答案
解:已知 y1=0.02 y2=0.001 E=5.52X 104 KPa P=101.33 KPa则 Y 1=0.02/ (1-0.02) =0.0204 Y2=0.001/ (1-0.001) =0.001m=E/P =5.25x 104/101.33=544.75(L/V ) min= (Y1 - 丫2)/ ( Y/m) = (0.0204-- 0.001) / (0.0204/544.75)=517.5L/V=1.5 ( L/V) min=1.5X 517.5=776.25又据全塔物料衡算L (X1 - X2 ) =V (Y1 - Y2 )X1= (V/L ) / (Y1 - Y2)+ X2= (1/776.25) (0.0204-0.001)=2.5 x 10即操作液气比L/V为776.25出口液相组成X1为2.5X 105、
解析
步骤 1：计算摩尔分数
根据题目，混合气中H2S的初始浓度为2%，最终浓度为0.1%。这些浓度是体积分数，需要转换为摩尔分数。由于H2S在混合气中的体积分数等于其摩尔分数，因此：
\[ Y_1 = \frac{0.02}{1 - 0.02} = 0.0204 \]
\[ Y_2 = \frac{0.001}{1 - 0.001} = 0.001 \]
步骤 2：计算亨利系数
题目给出亨利系数 \( E = 5.52 \times 10^4 \) KPa，总压 \( P = 101.33 \) KPa，因此：
\[ m = \frac{E}{P} = \frac{5.52 \times 10^4}{101.33} = 544.75 \]
步骤 3：计算理论最小液气比
根据亨利定律，理论最小液气比 \( (L/V)_{\text{min}} \) 可以通过以下公式计算：
\[ (L/V)_{\text{min}} = \frac{Y_1 - Y_2}{Y_1 / m} = \frac{0.0204 - 0.001}{0.0204 / 544.75} = 517.5 \]
步骤 4：计算实际操作液气比
题目要求实际操作液气比为理论最小液气比的1.5倍，因此：
\[ L/V = 1.5 \times (L/V)_{\text{min}} = 1.5 \times 517.5 = 776.25 \]
步骤 5：计算出口液相组成
根据全塔物料衡算，有：
\[ L(X_1 - X_2) = V(Y_1 - Y_2) \]
假设吸收剂的初始浓度 \( X_2 = 0 \)，则：
\[ X_1 = \frac{V}{L} \times (Y_1 - Y_2) = \frac{1}{776.25} \times (0.0204 - 0.001) = 2.5 \times 10^{-5} \]
根据题目，混合气中H2S的初始浓度为2%，最终浓度为0.1%。这些浓度是体积分数，需要转换为摩尔分数。由于H2S在混合气中的体积分数等于其摩尔分数，因此：
\[ Y_1 = \frac{0.02}{1 - 0.02} = 0.0204 \]
\[ Y_2 = \frac{0.001}{1 - 0.001} = 0.001 \]
步骤 2：计算亨利系数
题目给出亨利系数 \( E = 5.52 \times 10^4 \) KPa，总压 \( P = 101.33 \) KPa，因此：
\[ m = \frac{E}{P} = \frac{5.52 \times 10^4}{101.33} = 544.75 \]
步骤 3：计算理论最小液气比
根据亨利定律，理论最小液气比 \( (L/V)_{\text{min}} \) 可以通过以下公式计算：
\[ (L/V)_{\text{min}} = \frac{Y_1 - Y_2}{Y_1 / m} = \frac{0.0204 - 0.001}{0.0204 / 544.75} = 517.5 \]
步骤 4：计算实际操作液气比
题目要求实际操作液气比为理论最小液气比的1.5倍，因此：
\[ L/V = 1.5 \times (L/V)_{\text{min}} = 1.5 \times 517.5 = 776.25 \]
步骤 5：计算出口液相组成
根据全塔物料衡算，有：
\[ L(X_1 - X_2) = V(Y_1 - Y_2) \]
假设吸收剂的初始浓度 \( X_2 = 0 \)，则：
\[ X_1 = \frac{V}{L} \times (Y_1 - Y_2) = \frac{1}{776.25} \times (0.0204 - 0.001) = 2.5 \times 10^{-5} \]