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1、过程工程原理第5章作业解析5-9.拟设计一常压填料吸收塔,用清水处理3000m³/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/m³·h,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
2、得:L(x1-x2)=G(y1-y2)则:L/G=(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)=1.29Lmin=1.29G又G=(3000×3600m³/s)/(3000×3600m²)=1.1m³/m²·s=(1.1m³/m²·s)/(22.4L/mol)=0.049kmol/m²·s用水量L=1.5Lmin=1.5×1.29×0.049=0.095kmol/m²·s此时(L/G)=(y1-y2)
3、/x1所以出塔溶液的浓度:x1=(0.05-0.0005)/(0.095/0.049)=0.0256(b):塔顶:∆y2=y2-y2*=y2-mx2=y2=0.0005塔底:∆y1=y1-y1*=y1-mx1=0.05-1.3×0.0256=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
4、%-0.05(1-98%)/95%]/0.0256=2.02∴s=1.3/2.02<1∴操作线在塔顶位置与平衡线相交。X2=0.1%,y2min=1.3×0.1%=0.0013故ymax=[(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:丙酮的回收量:M=98%y1·G=98%×3%×0.02kmol/m²·s =5.88×10‾⁴kmol/m²·s=122.8kg/m
5、²·h填料层的减少即减少了传质单元数h’0=HOG·N’OG,h0=HOG·NOGN’OG/NOG=㏑[(1-s)×(y1-mx2/y2-mx2)+s]/㏑[(1-s)×(y1-mx2/y’2-mx2)+s]=2/3又s=m/(l/v)=0.714∴㏑[(1-s)×(y1/y2)+s]=2/3㏑[(1-s)×(y1/y’2)+s]解得:y’2=0.0016则回收量减少=0.02(0.0016-0.0006) =0.00002kmol/m²·s =4.18kg/m²·h5-11.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
6、层高度?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=0.03-1.75×0.0137=0.006塔顶:∆y2=y2-y2*=y2-mx2=y2=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=(0.02/0.0
7、16)×(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/m²·s5-12.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)。
8、解:(a):y1=1%=0.01;y2=(1-∏)y1=10%×1%=0.001 (b):y1
