流率为0.014kmol/(s·m2)的空气-氨混合气中含氨体积分数为2%，拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，所用填料的总传质系数Kya=0.052kmol/(s·m3)。试求： （1）液体在塔底的摩尔分数x1； （2）全塔的平均推动力Δym； （3）所需填料层高度m
流率为0.014kmol/(s·m2)的空气-氨混合气中含氨体积分数为2%，拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，所用填料的总传质系数Kya=0.052kmol/(s·m3)。试求：
（1）液体在塔底的摩尔分数x1；
（2）全塔的平均推动力Δym；
（3）所需填料层高度m
题目解答
答案
据题意，知：G＝0.018kmol/(s·㎡)， y1=3%=0.03， x2=0.00005， （L/G）=1.8（L/G）min， ye=1.2x， ky·a＝0.055kmol/(s·m3) y2= y1(1-η)=0.03×(1-95%)=0.0015，x1e=y1/m=0.03/1.2=0.025
（1） （L/G）min＝(y1-y2)/( x1e-x2)
＝(0.03-0.0015)/(0.025-0.00005)=1.1423
（L/G）=1.8（L/G）min＝1.8×1.1423=2.05614 （L/G）＝(y1-y2)/( x1-x2)
x1=x2+(y1-y2)/（L/G）=0.00005+(0.03-0.0015)/2.05614=0.01391
(2) Δy1=y1-m.x1=0.03-1.2×0.01391=0.013307
Δy2=y2-m.x2=0.0015-1.2×0.00005=0.00144
Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)
=(0.013307-0.00144)/ln(0.013307/0.00144) =0.011867/ln11.672807=0.011867/2.22365 =0.005337
(3) HOG=G/ ky·a=0.018/0.055=0.3273m NOG=(y1-y2)/Δym=(0.03-0.0015)/0.005337=0.0285/0.005337=5.34 H= HOG×NOG=0.3273×5.34=1.75m
答：通过计算知： （1）液体在塔底的摩尔分数x1为0.014； （2）全塔的平均推动力Δym为0.005337；（3）所需填料层高度为1.75m。
解析
根据题意，空气-氨混合气中含氨体积分数为2%，即y1=0.02。拟用逆流吸收以回收其中95%的氨，即η=95%，则y2=y1(1-η)=0.02×(1-0.95)=0.001。塔顶淋入摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，即x2=0.0004。操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，即m=1.2。
步骤 2：计算最小液气比和实际液气比
最小液气比(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)=(0.02-0.001)/(0.02/1.2-0.0004)=1.45。设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，即(L/G)=1.5×(L/G)min=1.5×1.45=2.175。
步骤 3：计算液体在塔底的摩尔分数x1
根据(L/G)=(y1-y2)/(x1-x2)，可得x1=x2+(y1-y2)/(L/G)=0.0004+(0.02-0.001)/2.175=0.0091。
步骤 4：计算全塔的平均推动力Δym
Δy1=y1-mx1=0.02-1.2×0.0091=0.00908，Δy2=y2-mx2=0.001-1.2×0.0004=0.00052。全塔的平均推动力Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=(0.00908-0.00052)/ln(0.00908/0.00052)=0.00856/ln17.46=0.00856/2.86=0.0030。
步骤 5：计算所需填料层高度H
HOG=G/(Ky·a)=0.014/(0.052)=0.2692m。NOG=(y1-y2)/Δym=(0.02-0.001)/0.0030=1.967。所需填料层高度H=HOG×NOG=0.2692×1.967=0.529m。