题目
-17. 有一吸收塔,其填料层高为3 m,操作压强为0.1 MPa(绝对压-|||-强),温度为20℃。现用来吸收氨-空气混合气体中的氨,吸收率为99%。-|||-混合气体中含氨0.06 (摩尔分数),进口气体流率为 .161kgcdot (({m)^2cdot s)}^-1 (标-|||-准状态下),进口清水流率为 .214kg(({m)^2cdot s)}^-1 假定等温逆流操作,平衡-|||-关系为 _(A)=0.9(X)_(A) ,且KG与气体流速的0.8次方成正比。试分别计算-|||-下列情况下的填料层高度。-|||-(1)将操作压强增加一倍;-|||-(2)将进口水流量增加一倍;-|||-(3)将进口气体流量增加一倍。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算初始条件下的传质系数
根据题意，传质系数 $K_G$ 与气体流速的0.8次方成正比。首先，我们需要计算初始条件下的传质系数 $K_G$。由于题目没有给出具体的传质系数，我们假设初始条件下的传质系数为 $K_{G0}$，则有：
$$ K_{G0} = K_G \left(\frac{L}{G}\right)^{0.8} $$
其中，$L$ 为进口清水流率，$G$ 为进口气体流率。将题目中的数据代入，得到：
$$ K_{G0} = K_G \left(\frac{0.214}{0.161}\right)^{0.8} $$
步骤 2：计算吸收塔的填料层高度
根据吸收塔的填料层高度计算公式，有：
$$ H = \frac{1}{K_G} \ln \left(\frac{Y_1 - Y_2}{Y_1 - Y_3}\right) $$
其中，$Y_1$ 为进口氨的摩尔分数，$Y_2$ 为出口氨的摩尔分数，$Y_3$ 为平衡氨的摩尔分数。根据题意，$Y_1 = 0.06$，$Y_2 = 0.06 \times (1 - 0.99) = 0.0006$，$Y_3 = 0.9X_A$。由于题目没有给出具体的 $X_A$ 值，我们假设 $X_A = 0.06$，则有：
$$ Y_3 = 0.9 \times 0.06 = 0.054 $$
将上述数据代入，得到：
$$ H = \frac{1}{K_{G0}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$
步骤 3：计算不同条件下的填料层高度
(1) 将操作压强增加一倍，由于传质系数与操作压强无关，因此填料层高度不变，仍为3 m。
(2) 将进口水流量增加一倍，此时进口清水流率为 $0.428 kg{({m}^{2}\cdot s)}^{-1}$，则有：
$$ K_{G1} = K_G \left(\frac{0.428}{0.161}\right)^{0.8} $$
将上述数据代入，得到：
$$ H_1 = \frac{1}{K_{G1}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$
(3) 将进口气体流量增加一倍，此时进口气体流率为 $0.322 kg{({m}^{2}\cdot s)}^{-1}$，则有：
$$ K_{G2} = K_G \left(\frac{0.214}{0.322}\right)^{0.8} $$
将上述数据代入，得到：
$$ H_2 = \frac{1}{K_{G2}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$
根据题意，传质系数 $K_G$ 与气体流速的0.8次方成正比。首先，我们需要计算初始条件下的传质系数 $K_G$。由于题目没有给出具体的传质系数，我们假设初始条件下的传质系数为 $K_{G0}$，则有：
$$ K_{G0} = K_G \left(\frac{L}{G}\right)^{0.8} $$
其中，$L$ 为进口清水流率，$G$ 为进口气体流率。将题目中的数据代入，得到：
$$ K_{G0} = K_G \left(\frac{0.214}{0.161}\right)^{0.8} $$
步骤 2：计算吸收塔的填料层高度
根据吸收塔的填料层高度计算公式，有：
$$ H = \frac{1}{K_G} \ln \left(\frac{Y_1 - Y_2}{Y_1 - Y_3}\right) $$
其中，$Y_1$ 为进口氨的摩尔分数，$Y_2$ 为出口氨的摩尔分数，$Y_3$ 为平衡氨的摩尔分数。根据题意，$Y_1 = 0.06$，$Y_2 = 0.06 \times (1 - 0.99) = 0.0006$，$Y_3 = 0.9X_A$。由于题目没有给出具体的 $X_A$ 值，我们假设 $X_A = 0.06$，则有：
$$ Y_3 = 0.9 \times 0.06 = 0.054 $$
将上述数据代入，得到：
$$ H = \frac{1}{K_{G0}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$
步骤 3：计算不同条件下的填料层高度
(1) 将操作压强增加一倍，由于传质系数与操作压强无关，因此填料层高度不变，仍为3 m。
(2) 将进口水流量增加一倍，此时进口清水流率为 $0.428 kg{({m}^{2}\cdot s)}^{-1}$，则有：
$$ K_{G1} = K_G \left(\frac{0.428}{0.161}\right)^{0.8} $$
将上述数据代入，得到：
$$ H_1 = \frac{1}{K_{G1}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$
(3) 将进口气体流量增加一倍，此时进口气体流率为 $0.322 kg{({m}^{2}\cdot s)}^{-1}$，则有：
$$ K_{G2} = K_G \left(\frac{0.214}{0.322}\right)^{0.8} $$
将上述数据代入，得到：
$$ H_2 = \frac{1}{K_{G2}} \ln \left(\frac{0.06 - 0.0006}{0.06 - 0.054}\right) $$