某一逆流操作的填料塔中,用水吸收空气中的氨气。已知塔底气体进气浓度 为0.026 (摩尔比)(下同),塔顶气相浓度为0.0026,填料层高度为1.2m,塔 内径为0.2m,吸收过程中亨利系数为0.5 atm,操作压力0.95 atm,平衡关系和 操作关系(以摩尔比浓度表示)均为直线关系。水用量为 0.1m3.h-1,混合气中空气量为100m3.h-1 (标准状态下)。试求此条件下,吸收塔的气相总体积传质系 数。

步骤 1：计算亨利系数与操作压力的比值
亨利系数为0.5 atm，操作压力为0.95 atm，因此比值为：
\[ m = \frac{E}{P} = \frac{0.5}{0.95} = 0.526 \]

步骤 2：计算液气比
水用量为0.1 m³/h，混合气中空气量为100 m³/h（标准状态下），因此液气比为：
\[ \frac{L_s}{G_b} = \frac{0.1 \times 1000}{18} \div \frac{100}{22.4} = 1.244 \]

步骤 3：计算气相体积流速
混合气中空气量为100 m³/h（标准状态下），塔内径为0.2 m，因此气相体积流速为：
\[ \frac{G_b}{A} = \frac{100}{22.4} \div \left(\frac{\pi}{4} \times 0.2^2\right) = 142.1 \text{ kmol.m}^{-2}\text{.h}^{-1} \]

步骤 4：计算液相浓度
塔底气体进气浓度为0.026，塔顶气相浓度为0.0026，因此液相浓度为：
\[ X_1 = \frac{Y_1 - Y_2}{\frac{L_s}{G_b}} = \frac{0.026 - 0.0026}{1.244} = 0.0188 \]

步骤 5：计算气相浓度差
\[ \Delta Y_1 = Y_1 - Y_{1e} = 0.026 - 0.526 \times 0.0188 = 0.0161 \]
\[ \Delta Y_2 = Y_2 - Y_{2e} = 0.0026 \]
\[ \Delta Y_m = \frac{\Delta Y_1 - \Delta Y_2}{\ln\left(\frac{\Delta Y_1}{\Delta Y_2}\right)} = 0.00741 \]

步骤 6：计算理论板数
\[ N_{og} = \frac{Y_1 - Y_2}{\Delta Y_m} = \frac{0.026 - 0.0026}{0.00741} = 3.16 \]

步骤 7：计算气相总体积传质系数
\[ K_{y,a} = \frac{\frac{G_b}{A}}{Z} \times N_{og} = \frac{142.1}{1.2} \times 3.16 = 37.42 \text{ kmol.m}^{-3}\text{.h}^{-1} \]