4.(15分)在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A,进塔气体中溶质A的-|||-含量为8%(体积分数),吸收率为98 %,操作条件下的平衡关系为 =2.5x, 取吸收剂用量为最小用-|||-量的1.2倍,试求:-|||-(1)水溶液的出塔浓度;-|||-(2)若气相总传质单元高度为0.6m,现有一填料层高为6m的塔,问该塔是否合用?-|||-注:计算中可用摩尔分数代替摩尔比,用混合气体量代替隋性气体量,用溶液量代替溶剂量。

考查要点：本题主要考察填料吸收塔的吸收率计算、最小液气比的确定，以及填料层高度的校核。
解题思路：

1. 第一问需利用吸收率定义确定气相出口浓度，结合平衡关系求液相出口浓度，再通过最小液气比公式及吸收剂用量关系求液相进口浓度。
2. 第二问需计算总传质单元数，结合给定的气相总传质单元高度，判断填料层高度是否满足要求。
   关键点：

• 吸收率与浓度关系：吸收率定义式与平衡关系的联用。
• 最小液气比公式：当吸收剂用量为最小用量的倍数时，需调整公式求解。
• 总传质单元数公式：需正确代入参数计算理论塔板数，并转化为实际填料高度。

第（1）题：水溶液的出塔浓度

确定气相出口浓度

根据吸收率定义：
$\eta = \frac{y_1 - y_2}{y_1} \implies y_2 = y_1(1 - \eta) = 0.08 \times 0.02 = 0.0016.$

求液相出口浓度

由平衡关系 $y = 2.5x$，得：
$x_2 = \frac{y_2}{2.5} = \frac{0.0016}{2.5} = 0.00064.$

计算最小液气比

最小液气比公式为：
$\left(\frac{L}{G}\right)_{\text{min}} = \frac{y_1 - y_2}{x_1} = \frac{0.08 - 0.0016}{0.08/2.5} = 2.45.$

确定实际液气比

实际吸收剂用量为最小用量的1.2倍：
$\frac{L}{G} = 1.2 \times 2.45 = 2.94.$

求液相进口浓度

操作线方程为：
$x_1 = \frac{L}{G}(y_1 - x_2) = 2.94 \times (0.08 - 0.00064) = 0.0267.$

第（2）题：填料层高度校核

计算参数 $s$

$s = \frac{1}{1 + m \cdot \frac{L}{G}} = \frac{1}{1 + 2.5 \times 2.94} = 0.8503.$

计算总传质单元数 $N$

$N = \frac{1}{1 - s} \ln \left[ (1 - s)\frac{y_1}{y_2} + s \right] = \frac{1}{1 - 0.8503} \ln \left[ 0.1497 \times \frac{0.08}{0.0016} + 0.8503 \right] \approx 14.2.$

计算实际填料高度

$H_{\text{总}} = N \times H_{\text{OG}} = 14.2 \times 0.6 = 8.52 \, \text{m}.$

结论：实际所需高度 $8.52 \, \text{m} > 6 \, \text{m}$，故填料塔不合用。