题目
(15分)今拟在某一直径为0.5m的填料塔中,在20℃、760mmHg下用清水对空气—氨混合气进行逆流吸收操作,每小时向塔送入含NH31.5%的混合气480m(操作态) ,要求NH3的回收率为95%。已知20℃的平衡关系为y=0.75x(x、y均为摩尔分率),出塔溶液中NH3的浓度为平衡浓度的80%。试求:(1)出塔溶液中氨的浓度(分别用摩尔分率与kmol.m3表示);(2)水用量(kg/h); (3)已知气相体积总传质系数Kya为0.09kmol/(m3.s.Δy),计算所需填料层高度(m)。
(15分)今拟在某一直径为0.5m的填料塔中,在20℃、760mmHg下用清水对空气—氨混合气进行逆流吸收操作,每小时向塔送入含NH31.5%的混合气480m(操作态) ,要求NH3的回收率为95%。已知20℃的平衡关系为y=0.75x(x、y均为摩尔分率),出塔溶液中NH3的浓度为平衡浓度的80%。试求:(1)出塔溶液中氨的浓度(分别用摩尔分率与kmol.m3表示);(2)水用量(kg/h); (3)已知气相体积总传质系数Kya为0.09kmol/(m3.s.Δy),计算所需填料层高度(m)。
题目解答
答案
解: (1)x1=0.8x1*=0.8y1/m=0.8×0.015/0.75=0.016C=C总x=ρX/[MX+(1-X)M]≈ρX/M;∴ C≈0.016/(18/1000)=0.889kmol/m3(2) L/G=(y1-y2)/x1=(y1-y2)/(0.8y1/m)=mη/0.8 =0.75×0.95/0.8=0.891G=(480×273/293)/22.4=20 kmol/hL=0.891G=17.82 kmol/h=320 kg/h(3)HOG=G/Kya=20/(0.785×0.52)3600/0.09=0.3145 mS=m/(L/G)=0.75/0.891=0.842y1/y2=1/(1-η)=1/0.05=20NOG=1/(1-S)ln[(1-S)y1/y2+S]=8.78h=HOG×NOG=0.3145×8.78=2.76 m
解析
步骤 1：计算出塔溶液中氨的浓度
根据题意，出塔溶液中氨的浓度为平衡浓度的80%，而平衡关系为y=0.75x，其中y为气相摩尔分率，x为液相摩尔分率。因此，出塔溶液中氨的摩尔分率x1为0.8y1/0.75，其中y1为进塔气相摩尔分率，即1.5%。计算出x1后，再根据溶液的密度和摩尔质量计算出氨的浓度C。
步骤 2：计算水用量
根据题意，要求NH3的回收率为95%，即出塔气相摩尔分率y2为进塔气相摩尔分率y1的5%。根据气液相摩尔分率关系，计算出液相摩尔分率x2。再根据气液相摩尔分率关系，计算出水用量L。
步骤 3：计算所需填料层高度
根据题意，已知气相体积总传质系数Kya，计算所需填料层高度h。首先计算出气相摩尔流量G，再根据气相体积总传质系数Kya计算出所需填料层高度h。
根据题意，出塔溶液中氨的浓度为平衡浓度的80%，而平衡关系为y=0.75x，其中y为气相摩尔分率，x为液相摩尔分率。因此，出塔溶液中氨的摩尔分率x1为0.8y1/0.75，其中y1为进塔气相摩尔分率，即1.5%。计算出x1后，再根据溶液的密度和摩尔质量计算出氨的浓度C。
步骤 2：计算水用量
根据题意，要求NH3的回收率为95%，即出塔气相摩尔分率y2为进塔气相摩尔分率y1的5%。根据气液相摩尔分率关系，计算出液相摩尔分率x2。再根据气液相摩尔分率关系，计算出水用量L。
步骤 3：计算所需填料层高度
根据题意，已知气相体积总传质系数Kya，计算所需填料层高度h。首先计算出气相摩尔流量G，再根据气相体积总传质系数Kya计算出所需填料层高度h。