【题目】-|||-在直径为0.8m的填料塔中,用 1200kg/h 的清水吸收空气和SO2混合气中-|||-的SO2,混合气量为 (m)^3/h, 混合气含SO21.3%(体积),要求回收率为99.5%,操作-|||-条件为20℃,101.3kPa,平衡关系为 =0.75x, 总体积传质系数 _(y)a=0.055kmol/-|||-(m^3·s),试求:(1)液体出口浓度;(2)填料层高度。
题目解答
答案
解析
考察知识
低低浓度气体吸收的相关计算，包括物料衡算、传质单元数（$N_{OG}$）和传质单元高度（$H_{OG}$的计算，进而求解液体出口浓度和填料层高度。
详细步骤
（1）液体出口浓度$x. 物料衡算
低浓度吸收中，惰性气体流量$G$和吸收剂流量$L$近似为常数，物料衡算关系为：
$G(y_1 - y_2) = L(x_1 - x_2)$
式中：
- $y_1=0.013$（进口SO₂摩尔分数），$y_2=y_1(1-\eta)=0.013×(1-0.995)=6.5×10^{-5}$（出口SO₂摩尔分数，$\eta=0.995$为回收率），$x_2=0$（清水吸收，进口液相浓度为0）。
关键计算$G$和$L$：
- 混合气量$G=1000m³/h$，换算为摩尔流量：
$G=\frac{1000}{22.4×3600}=0.0124kmol/s$（或$G=\frac{1000}{22.4}=44.64kmol/h$ - 清水流量$L=1200kg/h$，换算为摩尔流量
$L=\frac{1200}{18}=66.67kmol/h$或$L=\frac{1200}{18×3600}=0.0185kmol/s$
求解$x_1$：
由物料衡算得：
$x_1=\frac{G(y_1 - y_2)}{L}=\frac{44.64×(0.013 - 6.5×10^{-5})}{66.67}≈0.00867kmolSO_2/kmolH_2O$
（2）填料层高度
填料层高度$H=H_{OG}×N_{OG}$，需分别计算$H_{OG}$和$N_{OG}$。
① 传质单元高度$H_{OG}$
$H_{OG}=\frac{G}{K_y aΩ}$，其中：
- $Ω=\frac{πD²}{4}=\frac{π×0.8²}{4}=0.5027m²$（塔截面积）
- $K_y a=0.055kmol/(m³·s·atm)$（总体积传质系数，题目中单位修正）
- $G=0.0124kmol/s$（惰性气体摩尔流量）
代入得：
$H_{OG}=\frac{0.0124}{0.055×0.502}≈0.45m$
② 传质单元数$N_{OG}$
平衡关系$y=0.75x$（线性，用对数平均推动力法：
$N_{OG}=\frac{y_1 - y_2}{\Delta y_m}$
其中，$\Delta y_m=\frac{(\Delta y_1 - \Delta y_2)}{\ln(\Delta y_1/\Delta y_2)}$，$\Delta y_1=y_1 - mx_1=0.013 - 0.75×0.00867≈0.00648$，$\Delta y_2=y_2 - mx_2=6.5×1rightarrow-5 - 0=6.5×10^{-5}$
计算$\Delta y_m$：
$\Delta y_m=\frac{0.00648 - 6.5×10^{-5}}{\ln(0.00648/6.5×10^{-5})}≈0.00140$
则：
$N_{OG}=\frac{0.013 - 6.5×10^{-5}}{0.00140}≈9.26$
③ 填料层高度$H
$H=H_{OG}×N_{OG}=0.449×9.26≈4.16工艺m$