化工原理作业解析.ppt

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 m 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 3600m s 3000 3600m 1 1m m s 1 1m m s 22 4L mol 0 049kmol m s用水量L 1 5Lmin 1 5 1 29 0 049 0 095kmol m s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 0046h0 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 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 m s 5 88 10 kmol m s 122 8kg m 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 m s 4 18kg m h 5 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 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 0006x2 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 0 016 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 m s 5 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 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 Kya NOG a G Kya NOG b G Kya NOG 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