题目
有一吸收塔,填料层高度为4m,用清水吸收混合气中的A组分。混合气的摩尔流速为30kmol/(m2.h),含A组分6%(体积),吸收率为98%;水的摩尔流速为60kmol/(m2.h)。等温逆流吸收,平衡关系Y*=0.8X。吸收过程为气膜控制,KGa与气相摩尔流速的0.8次方成正比。若塔径,吸收率和其它操作条件不变,试计算仅当混合气摩尔流速增大一倍时的填料层高度。
有一吸收塔,填料层高度为4m,用清水吸收混合气中的A组分。混合气的摩尔流速为30kmol/(m2.h),含A组分6%(体积),吸收率为98%;水的摩尔流速为60kmol/(m2.h)。等温逆流吸收,平衡关系Y*=0.8X。吸收过程为气膜控制,KGa与气相摩尔流速的0.8次方成正比。若塔径,吸收率和其它操作条件不变,试计算仅当混合气摩尔流速增大一倍时的填料层高度。
题目解答
答案
解:(1)原来工况:
,
脱吸因数
清水吸收,气相传质单元数可用下式计算:
(2)后来工况:
,塔径,吸收率和其它操作条件不变
KYa与气相摩尔流速的0.8次方成正比,即
则后来填料层高度变为
解析
步骤 1：计算原工况下的气相摩尔流速和脱吸因数
原工况下，混合气的摩尔流速为30kmol/(m2.h)，含A组分6%（体积），吸收率为98%。水的摩尔流速为60kmol/(m2.h)。因此，混合气中不含A组分的摩尔流速为$V/S=30\times (1-6\% )=28.2kmol/({m}^{2}\cdot h)$。脱吸因数$S=mV/L=0.8\times 28.2/60=0.376$。
步骤 2：计算原工况下的气相传质单元数和气相传质单元高度
清水吸收，气相传质单元数可用下式计算：$-\ln (1-1)\dfrac {1}{1-n}+8] =\dfrac {1}{1-0.376}\ln [ (1-0.376)\dfrac {1}{1-0.376}+0.376] =5.333$。气相传质单元高度${A}_{OG}=\dfrac {V}{{K}_{ra\Omega }}=\dfrac {V}{P{K}_{0.02}}=\dfrac {I}{{N}_{a3}}=\dfrac {4}{5.333}=0.723m$。
步骤 3：计算新工况下的气相传质单元高度和填料层高度
新工况下，混合气摩尔流速增大一倍，即V'=2V。塔径，吸收率和其它操作条件不变。KYa与气相摩尔流速的0.8次方成正比，即${K}_{a}a=K{(V/\Omega )}^{0.8}$。因此，${H}_{0Q}\cdot {H}_{OQ}=\dfrac {V'P{V}_{0}{Q}_{2}}{V'P{R}_{0}\Omega }=\dfrac {2V'PK{(2V/2)}^{9\times 5\Omega }}{V'PK{(V)}^{13}\Omega }={2}^{0.$ ${\int }_{0.}^{1}{C}_{0.6}^{1}={2}^{0.2}\times 0.723=0.831m$。新工况下的脱吸因数$S'=mV'/L=0.8\times (2\times 28.2):60=0.752$。气相传质单元数$N'G=\dfrac {1}{1-S'}\ln [ (1-S')\dfrac {1}{1-n}+S'] $ $=\dfrac {1}{1-0.752}\ln [ (1-0.752)\dfrac {1}{1-0.98}+0.752] =10.39$。则新工况下的填料层高度变为$Z'={H}_{OG}\cdot N'OG=0.831\times 10.39=8.63m$。
原工况下，混合气的摩尔流速为30kmol/(m2.h)，含A组分6%（体积），吸收率为98%。水的摩尔流速为60kmol/(m2.h)。因此，混合气中不含A组分的摩尔流速为$V/S=30\times (1-6\% )=28.2kmol/({m}^{2}\cdot h)$。脱吸因数$S=mV/L=0.8\times 28.2/60=0.376$。
步骤 2：计算原工况下的气相传质单元数和气相传质单元高度
清水吸收，气相传质单元数可用下式计算：$-\ln (1-1)\dfrac {1}{1-n}+8] =\dfrac {1}{1-0.376}\ln [ (1-0.376)\dfrac {1}{1-0.376}+0.376] =5.333$。气相传质单元高度${A}_{OG}=\dfrac {V}{{K}_{ra\Omega }}=\dfrac {V}{P{K}_{0.02}}=\dfrac {I}{{N}_{a3}}=\dfrac {4}{5.333}=0.723m$。
步骤 3：计算新工况下的气相传质单元高度和填料层高度
新工况下，混合气摩尔流速增大一倍，即V'=2V。塔径，吸收率和其它操作条件不变。KYa与气相摩尔流速的0.8次方成正比，即${K}_{a}a=K{(V/\Omega )}^{0.8}$。因此，${H}_{0Q}\cdot {H}_{OQ}=\dfrac {V'P{V}_{0}{Q}_{2}}{V'P{R}_{0}\Omega }=\dfrac {2V'PK{(2V/2)}^{9\times 5\Omega }}{V'PK{(V)}^{13}\Omega }={2}^{0.$ ${\int }_{0.}^{1}{C}_{0.6}^{1}={2}^{0.2}\times 0.723=0.831m$。新工况下的脱吸因数$S'=mV'/L=0.8\times (2\times 28.2):60=0.752$。气相传质单元数$N'G=\dfrac {1}{1-S'}\ln [ (1-S')\dfrac {1}{1-n}+S'] $ $=\dfrac {1}{1-0.752}\ln [ (1-0.752)\dfrac {1}{1-0.98}+0.752] =10.39$。则新工况下的填料层高度变为$Z'={H}_{OG}\cdot N'OG=0.831\times 10.39=8.63m$。