题目
由矿石焙烧炉出来的气体含有9%(摩尔分数)的SO2，炉气中其余气体视为惰性气体(其性质可认为与空气相同)。炉气进入填料吸收塔用纯水吸收SO2，炉气量为1000m3/h，温度为20℃，操作压力为101.33kPa，在此条件下，气液平衡关系式为y=1.25x，操作的实际液气比为最小液气比的1.2倍。要求SO2的回收率不小于90%，已知填料塔直径为1m，体积传质系数Kya=0.0025kmol/(s·m3)，试求： (1)出塔的溶液组成x1和吸收剂用量； (2)填料层高度。
由矿石焙烧炉出来的气体含有9%(摩尔分数)的SO2，炉气中其余气体视为惰性气体(其性质可认为与空气相同)。炉气进入填料吸收塔用纯水吸收SO2，炉气量为1000m3/h，温度为20℃，操作压力为101.33kPa，在此条件下，气液平衡关系式为y=1.25x，操作的实际液气比为最小液气比的1.2倍。要求SO2的回收率不小于90%，已知填料塔直径为1m，体积传质系数Kya=0.0025kmol/(s·m3)，试求：
(1)出塔的溶液组成x1和吸收剂用量；
(2)填料层高度。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算气体出口含量
根据题目要求，SO2的回收率不小于90%，即气体出口含量 ${y}_{2}=(1-n){y}_{1}=(1-0.90)\times 0.09=0.009$。
步骤 2：计算最小液气比
根据气液平衡关系式y=1.25x，最小液气比 ${(\dfrac {L}{G})}_{min}=\dfrac {{y}_{1}-{y}_{2}}{{y}_{1}/m-{x}_{2}}=\dfrac {0.09-0.009}{0.09/1.25-0}=1.125$。
步骤 3：计算实际液气比
实际液气比 $\dfrac {L}{G}=1.2{(\dfrac {L}{G})}_{min}=1.2\times 1.125=1.35$。
步骤 4：计算出塔液相组成
出塔液相组成 ${x}_{1}=\dfrac {{y}_{1}-{y}_{2}}{1.6}{x}_{2}=\dfrac {0.09-0.009}{1.35}+0=0.06$。
步骤 5：计算气体流量
气体流量 $G=\dfrac {1000}{22.4}\times \dfrac {273}{273+20}kmol/h=41.6kmol/h=0.012kmol/s$。
步骤 6：计算吸收剂用量
吸收剂用量 ${L}_{1}=1.35G=1.35\times 41.6kmol/h=56.16kmol/h$ =0.0156kmol/s=0.28kg/s。
步骤 7：计算传质单元高度
传质单元高度 ${H}_{\alpha }=\dfrac {G}{{K}_{2}aA}=\dfrac {0.012}{0.0025\times \dfrac {\pi }{4}\times {1}^{2}}m=6.12m$。
步骤 8：计算平均推动力
平均推动力 $\Delta {v}_{0}=\dfrac {({y}_{1}-{m}_{2})-({y}_{1}-m{x}_{2})}{\ln \dfrac {y-m{x}_{1}}{{h}_{1}-m{x}_{2}}}=\dfrac {(0.09-1.25\times 0.05$。
步骤 9：计算传质单元数
传质单元数 N0C=(y1-y2)/4=0.09-0.009=6.75。
步骤 10：计算填料层高度
填料层高度 H=HocNoc=6.12 ×6.75m=41.3m。
根据题目要求，SO2的回收率不小于90%，即气体出口含量 ${y}_{2}=(1-n){y}_{1}=(1-0.90)\times 0.09=0.009$。
步骤 2：计算最小液气比
根据气液平衡关系式y=1.25x，最小液气比 ${(\dfrac {L}{G})}_{min}=\dfrac {{y}_{1}-{y}_{2}}{{y}_{1}/m-{x}_{2}}=\dfrac {0.09-0.009}{0.09/1.25-0}=1.125$。
步骤 3：计算实际液气比
实际液气比 $\dfrac {L}{G}=1.2{(\dfrac {L}{G})}_{min}=1.2\times 1.125=1.35$。
步骤 4：计算出塔液相组成
出塔液相组成 ${x}_{1}=\dfrac {{y}_{1}-{y}_{2}}{1.6}{x}_{2}=\dfrac {0.09-0.009}{1.35}+0=0.06$。
步骤 5：计算气体流量
气体流量 $G=\dfrac {1000}{22.4}\times \dfrac {273}{273+20}kmol/h=41.6kmol/h=0.012kmol/s$。
步骤 6：计算吸收剂用量
吸收剂用量 ${L}_{1}=1.35G=1.35\times 41.6kmol/h=56.16kmol/h$ =0.0156kmol/s=0.28kg/s。
步骤 7：计算传质单元高度
传质单元高度 ${H}_{\alpha }=\dfrac {G}{{K}_{2}aA}=\dfrac {0.012}{0.0025\times \dfrac {\pi }{4}\times {1}^{2}}m=6.12m$。
步骤 8：计算平均推动力
平均推动力 $\Delta {v}_{0}=\dfrac {({y}_{1}-{m}_{2})-({y}_{1}-m{x}_{2})}{\ln \dfrac {y-m{x}_{1}}{{h}_{1}-m{x}_{2}}}=\dfrac {(0.09-1.25\times 0.05$。
步骤 9：计算传质单元数
传质单元数 N0C=(y1-y2)/4=0.09-0.009=6.75。
步骤 10：计算填料层高度
填料层高度 H=HocNoc=6.12 ×6.75m=41.3m。