1、过程工程原理第5章作业解析v5-9.拟设计一常压填料吸收塔,用清水处理3000m/h,含5%NH3的空气,要求NH3的回收率为99%,取塔底空塔气速1.1m/s,实际用水量为最小用水量的1.5倍.已知塔内操作温度为25,平衡关系为y=1.3x,气相体积传质系数Kya为270kmol/mh,试求:(a)用水量和出塔溶液的浓度;(b)填料层高度;(c)若入塔水中已含氨0.1%,所需填料层高度可随意增加,能否达到99%的回收率?解:(a):塔底,塔顶的气,液相组成:y1=5%=0.05,y2=y1(1-y)=5%1%=0.005,x2=0 由物料守恒可得:L(x1-x2)=G(y1-y2)则:L/G
2、=(y1-y2)/(x1-x2)当x1=x1*时,用水量最小.即:(L/G)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=(y1-y2)/(y1/m)-0 =(0.05-0.0005)/(0.05/3)=1.29 Lmin=1.29G 又G=(30003600m/s)/(30003600m)=1.1m/ms =(1.1m/ms)/(22.4L/mol)=0.049kmol/ms 用水量L=1.5Lmin=1.51.290.049=0.095kmol/ms 此时 (L/G)=(y1-y2)/x1 所以出塔溶液的浓度:x1=(0.05-0.0005)/(0.095/0.049)=0.0256(b):塔
3、顶:y2=y2-y2*=y2-mx2=y2=0.0005 塔底:y1=y1-y1*=y1-mx1=0.05-1.30.0256=0.0167 所以:ym=(y1-y2)/(y1/y2)=(0.0167-0.0005)/(0.0137/0.0005)=0.0046 h0=G/Kya(y1-y2)/ym =0.049/(270/3600)(0.05-0.0005)/0.0046m =7.03m(c):L/G=0.05/95%-0.05(1-98%)/95%/0.0256=2.02 s=1.3/2.021 操作线在塔顶位置与平衡线相交。X2=0.1%,y2min=1.30.1%=0.0013 故 y
4、max=(0.05/0.95)-0.0013/(0.05/0.95)=97.5%99%故不能达到。5-10.试求例5-6中的填料塔，其每平方米截面积共可回收多少丙酮(以kg/h计)?若将原设计的填料层高度减少1/3,回收量会减少多少?解解:丙酮的回收量:M=98%y1G=98%3%0.02kmol/ms =5.8810kmol/ms=122.8kg/mh 填料层的减少即减少了传质单元数 h0=HOGNOG,h0=HOGNOG NOG/NOG=(1-s)(y1-mx2/y2-mx2)+s/(1-s)(y1-mx2/y2-mx2)+s=2/3 又s=m/(l/v)=0.714(1-s)(y1/y2
5、)+s=2/3(1-s)(y1/y2)+s 解得:y2=0.0016 则回收量减少=0.02(0.0016-0.0006)=0.00002kmol/ms =4.18kg/mhv5-11.若例5-6填料塔出塔水中的丙酮为80%饱和,其于数据不变,求所需的水量及填料层高度?解解:此时塔底,塔顶的气液相组成为:y1=0.03,y2=y1(1-y)=0.03(1-0.98)=0.0006 x2=0,x1=80%x*1=80%y1/m=80%0.03/1.75=0.0137 则塔底:y1=y1-y1*=y1-mx1=0.03-1.750.0137=0.006 塔顶:y2=y2-y2*=y2-mx2=y2
6、=0.0006 所以:ym=(y1-y2)/(y1/y2)=(0.006-0.0006)/(0.006/0.0006)=0.0023 h0=G/Kya(y1-y2)/ym =(0.02/0.016)(0.03-0.0006)/0.0023m=15.98m 由物料守恒有：G(y1-y2)=L(x1-x2)L=G(y1-y2)/(x1-x2)=0.02(0.03-0.0006)/(0.0137-0)=0.0429kmol/msv5-12.在填料塔内用稀硫酸吸收空气中的氨,当溶液中存在游离酸时,氨的平衡分压为零.下列三种情况下的操作条件基本相同,试求所需填料高度的比例:(a)混合气含氨1%,要求吸收
7、率为90%;(b)混合气含氨1%,要求吸收率99%;(c)混合气含氨5%,要求吸收率为99%;(对上述低浓度气体,=(yb-ya)/yb)。解解:(a):y1=1%=0.01;y2=(1-)y1=10%1%=0.001 (b):y1=1%=0.01;y2=(1-)y1=1%1%=0.0001 (c):y1=5%=0.05;y2=(1-)y1=1%5%=0.0005 当溶液中存在游离酸时,P*NH3=0(P*A=EXA)则此时氨在稀硫酸中的摩尔分数XA=0 吸收过程中,溶液中始终存在游离H2SO4,所以有x1=x2=0 y1=y1-y*1=y1-mx1=y1;y2=y2-y*2=y2-mx2=y2 NOG=(y1-y2)/ym=(y1-y2)(y1/y2)/(y1-y2)=(y1/y2)ha:hb:hc=(G/KyaNOG(a):(G/KyaNOG(b):(G/KyaNOG(c)=(0.01/0.001):(0.01/0.0001):(0.05/0.0005)=10:100:100=1:2:2 即上述三种情况下,所需填料高度之比为:1:2:2。
