题目
(17分) 常压下,用煤油从苯蒸汽与空气混合物吸收苯,吸收率为99%,混合气量为53Kmol/h,入塔气含苯2%(体积),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率),溶剂用量为最小用量的1.5倍,在操作温度50℃下,相平衡关系为y*=0.36x,总传质系数Kya=0.015kmol/m2·s,塔径为1.1米,试求所需填料层高度(m)。
(17分) 常压下,用煤油从苯蒸汽与空气混合物吸收苯,吸收率为99%,混合气量为53Kmol/h,入塔气含苯2%(体积),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率),溶剂用量为最小用量的1.5倍,在操作温度50℃下,相平衡关系为y*=0.36x,总传质系数Kya=0.015kmol/m2·s,塔径为1.1米,试求所需填料层高度(m)。
题目解答
答案
解:1,○由题意,可得:
y1=0.02 y2=y1(1—η)=0.02×(1—0.99)=0.0002
x1e= y1/m=0.02/0.36=0.0556 --------2分
x2=0.0002
∴(L/G)min=(y1—y2) /(x1e—x2)=(0.02—0.0002)/[(0.0556—0.0002)=0.3577--------2分
(L/G)=1.5(L/G)min=1.5×0.3577=0.5366
∴x1=x2+( G / L)(y1—y2)=0.0002+(1/0.5366)(0.02—0.0002)=0.0371 --------2分
2,○△y111=y—y*=0.02—0.36×0.0002=0.00664
△y2=y2—y2*=0.0002—0.36×0.0002=0.000128 --------2分
∴△ym=(△y1—△y2)/ln(△y1/△y2)=(0.00664—0.000128) /ln(0.00664/0.000128)=0.00165
--------3分
解析
步骤 1：计算最小溶剂比 (L/G)min
根据题意，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），吸收率为99%。因此，出塔气含苯为0.02%（体积），入塔气含苯为2%（体积）。相平衡关系为y*=0.36x，其中y*为气相组成，x为液相组成。最小溶剂比 (L/G)min 可以通过以下公式计算：
(L/G)min = (y1 - y2) / (x1e - x2)
其中，y1为入塔气含苯，y2为出塔气含苯，x1e为入塔液相组成，x2为出塔液相组成。
步骤 2：计算实际溶剂比 (L/G)
根据题意，溶剂用量为最小用量的1.5倍，因此实际溶剂比 (L/G) 可以通过以下公式计算：
(L/G) = 1.5 × (L/G)min
步骤 3：计算入塔液相组成 x1
根据题意，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），溶剂用量为最小用量的1.5倍。因此，入塔液相组成 x1 可以通过以下公式计算：
x1 = x2 + (G/L) × (y1 - y2)
步骤 4：计算平均推动力 △ym
根据题意，相平衡关系为y*=0.36x，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），出塔气含苯为0.02%（体积），出塔液相组成 x2 为0.0002。因此，平均推动力 △ym 可以通过以下公式计算：
△ym = (△y1 - △y2) / ln(△y1 / △y2)
其中，△y1 = y1 - y1*，△y2 = y2 - y2*，y1* = 0.36x1，y2* = 0.36x2。
步骤 5：计算所需填料层高度 H
根据题意，总传质系数 Kya = 0.015 kmol/m2·s，塔径为1.1米。因此，所需填料层高度 H 可以通过以下公式计算：
H = (G / Kya) × △ym
根据题意，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），吸收率为99%。因此，出塔气含苯为0.02%（体积），入塔气含苯为2%（体积）。相平衡关系为y*=0.36x，其中y*为气相组成，x为液相组成。最小溶剂比 (L/G)min 可以通过以下公式计算：
(L/G)min = (y1 - y2) / (x1e - x2)
其中，y1为入塔气含苯，y2为出塔气含苯，x1e为入塔液相组成，x2为出塔液相组成。
步骤 2：计算实际溶剂比 (L/G)
根据题意，溶剂用量为最小用量的1.5倍，因此实际溶剂比 (L/G) 可以通过以下公式计算：
(L/G) = 1.5 × (L/G)min
步骤 3：计算入塔液相组成 x1
根据题意，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），溶剂用量为最小用量的1.5倍。因此，入塔液相组成 x1 可以通过以下公式计算：
x1 = x2 + (G/L) × (y1 - y2)
步骤 4：计算平均推动力 △ym
根据题意，相平衡关系为y*=0.36x，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），出塔气含苯为0.02%（体积），出塔液相组成 x2 为0.0002。因此，平均推动力 △ym 可以通过以下公式计算：
△ym = (△y1 - △y2) / ln(△y1 / △y2)
其中，△y1 = y1 - y1*，△y2 = y2 - y2*，y1* = 0.36x1，y2* = 0.36x2。
步骤 5：计算所需填料层高度 H
根据题意，总传质系数 Kya = 0.015 kmol/m2·s，塔径为1.1米。因此，所需填料层高度 H 可以通过以下公式计算：
H = (G / Kya) × △ym