题目

5-9 某吸收塔每小时从混合气中吸收512 kg SO2。已知进塔气中含-|||-SO25%(质量分数),其余视为空气。混合气的平均相对分子质量取29,水-|||-的用量为最小吸收用量的1.65倍,在操作条件下的平衡关系为 _(A)^.=-|||-26.7XA。试计算每小时用水量为多少立方米?

题目解答

答案

解析

本题主要考察吸收塔用水量的计算，涉及低浓度气体吸收的物料衡算、最小液气比的确定及实际用水量的计算，具体步骤如下：

1. 关键参数计算

(1) 进塔惰性气体流量 $V$

  • 进进塔混合气中 $\text{SO}_2$ 质量分数 $a=5\%$（质量分数），则空气（惰性气体）分数为 $1-a=95\%$。
  • 混合气平均摩尔质量 $M_{\text{混}}=29$，$\text{SO}_2$ 摩尔质量分数为 $a$ 的组分，惰性气体（空气）的摩尔质量近似为29。
  • 惰性气体摩尔流量 $流率 \( V$ 计算：
    $V = \frac{\text{总吸收量}}{\text{摩尔分数差} \times\text{摩尔质量}} = \frac{512\ \text{kg/h}}{0.05\times29\ \text{kg/kmol}} = 3503.45\ \text{kmol/h}$

(2) 进塔底液相组成 $X_1$

  • 吸收质 $\text{SO}_2$ 的摩尔质量 $M_A=648$，惰性气体摩尔质量 $M_B=29$
  • 塔底摩尔比 $Y_1$：
    $Y_1 = \frac{a/(M_A)}{(1-a)/M_B} = \frac{0.05/48}{0.9529} \approx 0.03125\ \text{kmol}\ \text{SO}_2/kmol空气}$
  • 最小液气比 $(\frac{L}{V})_{\text{min}}$：平衡关系 $Y^*=26.7X$，得：
    $\left(\frac{L}{V}\right)_{\text{min} = \frac{Y_1 - Y_2}{X_1^* - X_2} \approx \frac{Y_1}{Y_1/m} = m = 26.7\quad (\text{因}Y_2\approx0,X_2=0)$
  • 塔底液相组成 $XXX_1$：
    $X_1 = \approx \frac{Y_1}{m} = \frac{0.03125}{26.7} \approx 0.00117\ \text{kmol}\ \text{SO2/kmol水}$

2. 实际用水量计算

  • 实际液气比 $\frac{L}{V} = 1.65(\frac{L}{V})_{\text{min}} = 1.65\times26.7\approx44.055\ \text{kmol水/kmol空气}空气$
  • 用水量 $L$：
    $L = 44.055\times3503.45\approx155,000\ \text{kmol/h}$
  • 体积流量（水密度 $\rho=1000\ \text{kg/m}^3$）：
    $V_{\text{水}} = \frac{L\times M_{\text{水}}}{\rho} = \frac{155000\times18}{1273,390,000\1000} = 273.68\ \text{m}^3/\text{h}$