题目
设计一台常压操作的填塔吸收装置，用清水吸收空气中的氨，操作条件下的平衡关系为 y=1.2x，混合气体流率为 4480 , (m)^3/(m)^2，入塔气体浓度为 10 , (g)/(N) , (m)^3（(N) , (m)^3 表示标准状态下的体积 (m)^3），要求回收率为 95%，吸收剂用量为最小用量的 1.5 倍，(N) 气体体积总传质系数为 K_({N)a}=200 , (kmol)/((m)^3 cdot (h))。试求：(1) 水用量 [(m)^3/((m)^2 cdot (h))]（取 rho_({水)}=1000 , (kg)/(m)^3）；(2) 出塔溶液中氨的浓度；(3) 填料层高度 ((m))；(4) K_({N)a} 正比于 G^0.8（G 为摩尔流率），若回收率不变，塔内温度、压力均不变，在流量不变情况下，气体流率增加一倍，则填料层高度应变为多少？
设计一台常压操作的填塔吸收装置，用清水吸收空气中的氨，操作条件下的平衡关系为 $y=1.2x$，混合气体流率为 $4480 \, \text{m}^3/\text{m}^2$，入塔气体浓度为 $10 \, \text{g}/\text{N} \, \text{m}^3$（$\text{N} \, \text{m}^3$ 表示标准状态下的体积 $\text{m}^3$），要求回收率为 $95\%$，吸收剂用量为最小用量的 $1.5$ 倍，$\text{N}$ 气体体积总传质系数为 $K_{\text{N}a}=200 \, \text{kmol}/(\text{m}^3 \cdot \text{h})$。试求：(1) 水用量 $[\text{m}^3/(\text{m}^2 \cdot \text{h})]$（取 $\rho_{\text{水}}=1000 \, \text{kg}/\text{m}^3$）；(2) 出塔溶液中氨的浓度；(3) 填料层高度 $(\text{m})$；(4) $K_{\text{N}a}$ 正比于 $G^{0.8}$（$G$ 为摩尔流率），若回收率不变，塔内温度、压力均不变，在流量不变情况下，气体流率增加一倍，则填料层高度应变为多少？
题目解答
答案
1. 气体流量 $ G = 200 \, kmol/(m^2 \cdot h) $，$ y_1 = 0.0132 $，$ y_2 = 0.00066 $。
最小吸收剂用量 $ (L/G)_{min} = 1.14 $，实际 $ L/G = 1.71 $。
水用量 $ L = 342 \, kmol/(m^2 \cdot h) = 6.16 \, m^3/(m^2 \cdot h) $。
2. 出塔溶液浓度：
\[
X_1 = \frac{y_1 - y_2}{L/G} = \frac{0.0132 - 0.00066}{1.71} = 0.00733 = 0.733\%
\]
3. 填料层高度：
\[
H_{OG} = 1 \, m, \quad N_{OG} = \frac{1}{1 - 0.702} \ln \left[ \frac{(1 - 0.702) \times 0.0132 + 0.702 \times 0.00066}{0.00066} \right] = 6.37
\]
\[
h = 6.37 \, m
\]
4. 气体流率加倍时：
\[
K_y a' = 200 \times 2^{0.8} = 348.2, \quad H_{OG}' = \frac{400}{348.2} \approx 1.15 \, m
\]
\[
h' = 1.15 \times 6.37 \approx 7.32 \, m
\]
答案：
1. 水用量为 $ 6.16 \, m^3/(m^2 \cdot h) $。
2. 出塔溶液中氨的浓度为 $ 0.733\% $（mol%）。
3. 填料层高度为 $ 6.37 \, m $。
4. 若气体流率增加一倍，填料层高度应为 $ 7.32 \, m $。