在填料层高为8m的填料塔中,用纯溶剂逆流吸收空气—H2S混合气中的H2S以净化空气。已知入塔气中含H2S 2.8% (体积%),要求回收率为95%,塔在1atm、15℃下操作,此时平衡关系为y=2x,出塔溶液中含H2S为0.0126(摩尔分率),混合气体通过塔截面的摩尔流率为100kmol/(m2·h)。试求:①单位塔截面上吸收剂用量和出塔溶液的饱和度;②气相总传质单元数;③气相体积总传质系数。注:计算中可用摩尔分率代替摩尔比

步骤 1：计算入塔气中H2S的摩尔分率
入塔气中H2S的体积分数为2.8%，即y1=0.028。
步骤 2：计算出塔气中H2S的摩尔分率
要求回收率为95%，即h=0.95，因此出塔气中H2S的摩尔分率y2=y1(1-h)=0.028(1-0.95)=0.0014。
步骤 3：计算单位塔截面上吸收剂用量
根据吸收剂用量的计算公式L=(y1-y2)/x1×V，其中x1为出塔溶液中H2S的摩尔分率，V为混合气体通过塔截面的摩尔流率。代入已知数据，得到L=(0.028-0.0014)/0.0126×100=211kmol/(m2h)。
步骤 4：计算出塔溶液的饱和度
根据平衡关系y=2x，计算出塔溶液的饱和度x1*=y1/m=0.028/2=0.014。出塔溶液的饱和度为x1/x1*=0.0126/0.014=90%。
步骤 5：计算气相总传质单元数
根据气相总传质单元数的计算公式NOG=(y1-y2)/Δym，其中Δym=(Δy1-Δy2)/(ln(Δy1/Δy2))，Δy1=y1-mx1=0.028-2×0.0126=0.0028，Δy2=y2=0.0014。代入已知数据，得到NOG=(0.028-0.0014)/(0.0028-0.0014)/(ln(0.0028/0.0014))=13.2。
步骤 6：计算气相体积总传质系数
根据气相体积总传质系数的计算公式Kya=V NOG /h，代入已知数据，得到Kya=100/8×13.2=165kmol/(m3h)。