用20℃的清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨,已知混合气体温度为20℃,总压为101.3 kPa,其中氨的分压为1.0133 kPa,要求混合气体处理量为773m3/h,水吸收混合气中氨的吸收率为99%。在操作条件下物系的平衡关系为=0.757X,若吸收剂用量为最小用的2倍,试求(1)塔内每小时所需清水的量为多少kg?(2)塔底液相浓度(用摩尔分数表示)。

步骤 1：计算混合气体中氨的摩尔分率
混合气体中氨的分压为1.0133 kPa，总压为101.3 kPa，因此氨的摩尔分率为：
${Y}_{1}=\dfrac {{P}_{A}}{{P}_{B}}=\dfrac {1.0133}{101.3-1.0133}=0.01$
步骤 2：计算吸收后混合气体中氨的摩尔分率
吸收率为99%，因此吸收后混合气体中氨的摩尔分率为：
${Y}_{2}={Y}_{1}(1-n)=0.01(1-0.99)=1\times {10}^{-4}$
步骤 3：计算混合气体的摩尔流量
混合气体处理量为773m3/h，温度为20℃，总压为101.3 kPa，因此混合气体的摩尔流量为：
$V=\dfrac {773\times 273}{293\times 22.4}(1-0.01)=31.8kmol/h$
步骤 4：计算最小吸收剂用量
在操作条件下物系的平衡关系为$Y=0.757X$，因此最小吸收剂用量为：
${L}_{max}=V\dfrac {{Y}_{1}-{Y}_{2}}{{X}_{i}-{X}_{2}}=\dfrac {31.8(0.01-0.0001)}{\dfrac {0.01}{0.017}-0}=23.8kmol/h$
步骤 5：计算实际吸收剂用量
实际吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍，因此实际吸收剂用量为：
$L=2L_{max}=2\times 23.8=47.6kmol/h=856.8 kg/h$
步骤 6：计算塔底液相浓度
塔底液相浓度为：
$X_{1} = X_{2}+V(Y_{1}-Y_{2})/L=0+\dfrac {31.8(0.01-0.0001)}{47.6}=0.0066$