某一逆流操作的填料塔中,用水吸收空气中的氨气。已知塔底气体进气浓度为 0.026 (摩尔比)(下同),塔顶气相浓度为 0.0026,填料层高度为1.2m,塔内径为0.2m,吸收过程中 亨利系数为0.5atm,操作压力0.95atm,平衡关系和操作关系(以摩尔比浓度表示)均为直 线关系。水用量为 0.1m3/h,混合气中空气量为 100m3/h (标准状态下)。试求此条件下,吸收塔的气相总体积传质系数。

步骤 1：计算亨利系数和操作压力下的摩尔比
亨利系数 \(E = 0.5 \, \text{atm}\)，操作压力 \(P = 0.95 \, \text{atm}\)。因此，摩尔比 \(m = \frac{E}{P} = \frac{0.5}{0.95} = 0.526\)。
步骤 2：计算液气比
水用量 \(L_s = 0.1 \, \text{m}^3/\text{h}\)，混合气中空气量 \(G_b = 100 \, \text{m}^3/\text{h}\)（标准状态下）。因此，液气比 \(L_s/G_b = \frac{0.1 \times 1000}{18} / \frac{100}{22.4} = 1.244\)。
步骤 3：计算气相总体积传质系数
塔底气体进气浓度 \(Y_1 = 0.026\)，塔顶气相浓度 \(Y_2 = 0.0026\)。填料层高度 \(h = 1.2 \, \text{m}\)，塔内径 \(D = 0.2 \, \text{m}\)。因此，气相总体积传质系数 \(K_{ya} = \frac{G_b}{h \times N_{og}}\)，其中 \(N_{og}\) 为理论板数。
步骤 4：计算理论板数
理论板数 \(N_{og} = \frac{Y_1 - Y_2}{\Delta Y_m}\)，其中 \(\Delta Y_m = \frac{\Delta Y_1 - \Delta Y_2}{\ln(\Delta Y_1 / \Delta Y_2)}\)，\(\Delta Y_1 = Y_1 - mX_1\)，\(\Delta Y_2 = Y_2 - mX_2\)，\(X_1 = \frac{Y_1 - Y_2}{L_s/G_b} = \frac{0.026 - 0.0026}{1.244} = 0.0188\)，\(X_2 = 0\)。
步骤 5：计算 \(\Delta Y_1\) 和 \(\Delta Y_2\)
\(\Delta Y_1 = Y_1 - mX_1 = 0.026 - 0.526 \times 0.0188 = 0.0161\)，\(\Delta Y_2 = Y_2 - mX_2 = 0.0026\)。
步骤 6：计算 \(\Delta Y_m\)
\(\Delta Y_m = \frac{0.0161 - 0.0026}{\ln(0.0161 / 0.0026)} = 0.00741\)。
步骤 7：计算理论板数 \(N_{og}\)
\(N_{og} = \frac{0.026 - 0.0026}{0.00741} = 3.16\)。
步骤 8：计算气相总体积传质系数 \(K_{ya}\)
\(K_{ya} = \frac{G_b}{h \times N_{og}} = \frac{100 / 22.4}{1.2 \times 3.16} = 37.42 \, \text{kmol} / (\text{m}^3 \cdot \text{h})\)。