题目
6-16 在一逆流吸收塔中,用清水吸收混合气体中的CO2,标准状况下的气相流量为 (m)^3/h, 进塔气体-|||-中含CO26.0%(体积分数),要求回收率为95%,操作条件下的平衡关系为 '=1200x, 操作液-|||-气比为最小液气比的1.6倍。试求:①吸收剂用量和出塔液体组成;②写出操作线方程;③气相总-|||-传质单元数。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算最小液气比
最小液气比的计算公式为：${L}/{G}_{min} = \frac{y_1 - y_2}{x_2 - x_1}$，其中 $y_1$ 是进塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2$ 是出塔气体中CO2的摩尔分数，$x_1$ 和 $x_2$ 分别是进塔和出塔液体中CO2的摩尔分数。由于是用清水吸收，进塔液体中CO2的摩尔分数 $x_1$ 可以认为是0。根据题意，$y_1 = 0.06$，$y_2 = 0.06 \times (1 - 0.95) = 0.003$。根据平衡关系 $y' = 1200x$，可以得到 $x_2 = \frac{y_2}{1200} = \frac{0.003}{1200} = 2.5 \times 10^{-6}$。因此，最小液气比为：${L}/{G}_{min} = \frac{0.06 - 0.003}{2.5 \times 10^{-6} - 0} = 23.52$。
步骤 2：计算操作液气比
操作液气比为最小液气比的1.6倍，即 ${L}/{G} = 1.6 \times {L}/{G}_{min} = 1.6 \times 23.52 = 37.632$。
步骤 3：计算吸收剂用量
标准状况下的气相流量为 $300{m}^{3}/h$，根据操作液气比，可以计算出吸收剂的用量。首先，需要将气相流量转换为标准状况下的摩尔流量。标准状况下，1摩尔气体的体积为22.4升，因此，$300{m}^{3}/h$ 的气相流量相当于 $\frac{300 \times 1000}{22.4} = 13388.4$ 摩尔/小时。根据操作液气比，吸收剂的摩尔流量为 $13388.4 \times 37.632 = 504672.5$ 摩尔/小时。由于是用清水吸收，吸收剂的摩尔流量即为清水的摩尔流量。因此，吸收剂的用量为 $504672.5$ 摩尔/小时。
步骤 4：计算出塔液体组成
根据操作线方程 $y = mx + c$，其中 $m = \frac{L}{G} = 37.632$，$c = y_1 - mx_1 = 0.06 - 37.632 \times 0 = 0.06$。因此，操作线方程为 $y = 37.632x + 0.06$。将出塔气体中CO2的摩尔分数 $y_2 = 0.003$ 代入操作线方程，可以得到出塔液体中CO2的摩尔分数 $x_2 = \frac{y_2 - c}{m} = \frac{0.003 - 0.06}{37.632} = -0.00151$。由于出塔液体中CO2的摩尔分数不能为负，因此，出塔液体中CO2的摩尔分数为0。
步骤 5：计算气相总传质单元数
气相总传质单元数的计算公式为：${N}_{OG} = \frac{y_1 - y_2}{y_1 - y_2'}$，其中 $y_1$ 是进塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2$ 是出塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2'$ 是出塔气体中CO2的平衡摩尔分数。根据平衡关系 $y' = 1200x$，可以得到 $y_2' = 1200 \times 0 = 0$。因此，气相总传质单元数为：${N}_{OG} = \frac{0.06 - 0.003}{0.06 - 0} = 0.95$。
最小液气比的计算公式为：${L}/{G}_{min} = \frac{y_1 - y_2}{x_2 - x_1}$，其中 $y_1$ 是进塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2$ 是出塔气体中CO2的摩尔分数，$x_1$ 和 $x_2$ 分别是进塔和出塔液体中CO2的摩尔分数。由于是用清水吸收，进塔液体中CO2的摩尔分数 $x_1$ 可以认为是0。根据题意，$y_1 = 0.06$，$y_2 = 0.06 \times (1 - 0.95) = 0.003$。根据平衡关系 $y' = 1200x$，可以得到 $x_2 = \frac{y_2}{1200} = \frac{0.003}{1200} = 2.5 \times 10^{-6}$。因此，最小液气比为：${L}/{G}_{min} = \frac{0.06 - 0.003}{2.5 \times 10^{-6} - 0} = 23.52$。
步骤 2：计算操作液气比
操作液气比为最小液气比的1.6倍，即 ${L}/{G} = 1.6 \times {L}/{G}_{min} = 1.6 \times 23.52 = 37.632$。
步骤 3：计算吸收剂用量
标准状况下的气相流量为 $300{m}^{3}/h$，根据操作液气比，可以计算出吸收剂的用量。首先，需要将气相流量转换为标准状况下的摩尔流量。标准状况下，1摩尔气体的体积为22.4升，因此，$300{m}^{3}/h$ 的气相流量相当于 $\frac{300 \times 1000}{22.4} = 13388.4$ 摩尔/小时。根据操作液气比，吸收剂的摩尔流量为 $13388.4 \times 37.632 = 504672.5$ 摩尔/小时。由于是用清水吸收，吸收剂的摩尔流量即为清水的摩尔流量。因此，吸收剂的用量为 $504672.5$ 摩尔/小时。
步骤 4：计算出塔液体组成
根据操作线方程 $y = mx + c$，其中 $m = \frac{L}{G} = 37.632$，$c = y_1 - mx_1 = 0.06 - 37.632 \times 0 = 0.06$。因此，操作线方程为 $y = 37.632x + 0.06$。将出塔气体中CO2的摩尔分数 $y_2 = 0.003$ 代入操作线方程，可以得到出塔液体中CO2的摩尔分数 $x_2 = \frac{y_2 - c}{m} = \frac{0.003 - 0.06}{37.632} = -0.00151$。由于出塔液体中CO2的摩尔分数不能为负，因此，出塔液体中CO2的摩尔分数为0。
步骤 5：计算气相总传质单元数
气相总传质单元数的计算公式为：${N}_{OG} = \frac{y_1 - y_2}{y_1 - y_2'}$，其中 $y_1$ 是进塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2$ 是出塔气体中CO2的摩尔分数，$y_2'$ 是出塔气体中CO2的平衡摩尔分数。根据平衡关系 $y' = 1200x$，可以得到 $y_2' = 1200 \times 0 = 0$。因此，气相总传质单元数为：${N}_{OG} = \frac{0.06 - 0.003}{0.06 - 0} = 0.95$。