题目

在常压填料吸收塔中,用清水吸收废气中的氨气。废气流量为 2500m3/h (标准状态),废气中氨的浓度为15g/m3,要求回收率不低于 98%。若吸收剂用量为3.6 m3/h,操作条件下的平衡关系为Y=1.2X ,气相总传质单元高度为 0.7m。试求:1.塔底、塔顶及全塔的吸收推动力(气相);2.气相总传质单元数;3.总填料层高。

在常压填料吸收塔中,用清水吸收废气中的氨气。废气流量为 2500m3/h (标准状态),废

气中氨的浓度为15g/m3,要求回收率不低于 98%。若吸收剂用量为3.6 m3/h,操作条件下的平衡关系为Y=1.2X ,气相总传质单元高度为 0.7m。试求:1.塔底、塔顶及全塔的吸收推动

力(气相);2.气相总传质单元数;3.总填料层高。

题目解答

答案

答:y1=15/17/ (1000/22.4) =0.01977[kmolNH 3/kmol B+NH 3]

Y1 =y 1/(1-y 1 )=0.01977/(1-0.01977) =0.02017[kmol NH 3/kmol B]

Y2=0.02017(1-0.98)=4.034 10-4> V=2500/22.4 (K0.01977)=109.4[kmol B/h]

L=3.6 为000/18=200[kmol B/h]

全塔物料衡算

Ls(X 1-X 2)=V b(Y1-Y2)

200(X 1-0)=109.4(0.02017-4.034 10-4>< 得 X1=0.01081

AY 1=Y 1-Y1 *=0.02017-1.2 0.0108 仁0.0072; AY2=Y2-Y 2*=0.0004034

AYm=(0.0072-0.0004034)/l n(0.0072/0.0004034)=0.00235

Nog=(Y 1-Y 2)/ A Ym =(0.020-0.0004304)/0.00235=8.34

H = Hog Nog=8.34 0.7 =5.84m

7•用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。混合气体中含苯 5% (体积%),其余为空气,要

求苯的回收率为90%(以摩尔比表示),吸收塔为常压操作,温度为 25C,入塔混合气体为

每小时940[标准m ],入塔吸收剂为纯煤油,煤油的耗用量为最小耗用量的 1.5倍,已知

该系统的平衡关系 =0.14X (其中 Y、X为摩尔比),已知气相体积传质系数 Kya =

0.035[kmol/(m 3.s)],纯煤油的平均分子量 Ms = 170,塔径D = 0.6[m]。试求:(1 )吸收剂的

耗用量为多少[kg/h]? (2)溶液出塔浓度 X!为多少?(3)填料层高度Z为多少[m]?

答: n =9)%, yi=0.05,

Y1 =yi/(1-y 1)=0.05/(1-0.05)=0.05263; Y2=Yi(1- n )=0.005263

G=940/22.4=41.96 kmol/h

Gb =G(1-y 1)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h

(Ls /GB ) min =(Y1-Y2)/(Y 1/m) =(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14) =0.126

Ls =1.5Ls min =1.5 (X126 39.87=7.536 kmol/h =7.536 170 kg/h=1281kg/h

X1=(Y 1-Y 2)/ (1.5(Ls /Gb )min) =(0.05263-0.005263)/(1.5 0.126)=0.251

X1=X1/(1+X 1)=0.2006

Hog =Gb /(Kya Q )=(39.87/3600)/(0.035 X006?)35 =1.12 m

Nog=(Y 1-Y2)/ △ Ym

△ Y1=Y 1-Y1*=0.05263-0.14 0.251=0.01749

△ Y2=Y2-Y2* =0.005263

△ Ym =(0.01749-0.00526)/l n(0.01749/0.00526) =0.01018

Nog =(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65

Z = Hog >Nog =1.12 4.65=5.2 m

解析

步骤 1：计算废气中氨的摩尔浓度
废气中氨的浓度为15g/m3，需要将其转换为摩尔浓度。氨的摩尔质量为17g/mol，因此：
\[ y_1 = \frac{15}{17} \times \frac{1}{1000/22.4} = 0.01977 \text{ kmol NH}_3/\text{kmol B+NH}_3 \]
步骤 2：计算气相摩尔比
\[ Y_1 = \frac{y_1}{1-y_1} = \frac{0.01977}{1-0.01977} = 0.02017 \text{ kmol NH}_3/\text{kmol B} \]
步骤 3：计算塔顶气相摩尔比
要求回收率不低于98%，因此：
\[ Y_2 = Y_1 \times (1-0.98) = 0.02017 \times 0.02 = 4.034 \times 10^{-4} \text{ kmol NH}_3/\text{kmol B} \]
步骤 4：计算气相总传质单元数
已知吸收剂用量为3.6 m3/h，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相总传质单元高度为0.7m。首先计算全塔物料衡算：
\[ L_s(X_1 - X_2) = V_b(Y_1 - Y_2) \]
其中，L_s为吸收剂流量，V_b为废气流量，X_1为塔底液相摩尔比，X_2为塔顶液相摩尔比。已知吸收剂流量为3.6 m3/h，废气流量为2500m3/h，因此：
\[ L_s = \frac{3.6 \times 1000}{18} = 200 \text{ kmol B/h} \]
\[ V_b = \frac{2500}{22.4} = 111.6 \text{ kmol B/h} \]
代入全塔物料衡算公式：
\[ 200(X_1 - 0) = 111.6(0.02017 - 4.034 \times 10^{-4}) \]
解得：
\[ X_1 = 0.01081 \]
步骤 5：计算塔底、塔顶及全塔的吸收推动力
\[ \Delta Y_1 = Y_1 - Y_1^* = 0.02017 - 1.2 \times 0.01081 = 0.0072 \]
\[ \Delta Y_2 = Y_2 - Y_2^* = 4.034 \times 10^{-4} \]
\[ \Delta Y_m = \frac{\Delta Y_1 - \Delta Y_2}{\ln(\Delta Y_1 / \Delta Y_2)} = \frac{0.0072 - 4.034 \times 10^{-4}}{\ln(0.0072 / 4.034 \times 10^{-4})} = 0.00235 \]
步骤 6：计算气相总传质单元数
\[ N_{og} = \frac{Y_1 - Y_2}{\Delta Y_m} = \frac{0.02017 - 4.034 \times 10^{-4}}{0.00235} = 8.34 \]
步骤 7：计算总填料层高
\[ Z = H_{og} \times N_{og} = 0.7 \times 8.34 = 5.84 \text{ m} \]