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《000化工原理II》计算试题_答案[11]

计算题

1、(15分)在一直径为1.2m 的Mellepak 250Y 规整填料吸收塔中,用清水吸收空气混合气中的SO 2。吸收塔操作总压为101.3kpa, 温度为20 o C ,入塔混合气的流量为1000m 3/h, SO 2的摩尔分率为0.09,要求SO 2的回收率不低于98%,采用其汽相总体积传质系K Y a=0.0524 kmol/(m.s)。该体系的相平衡方程为:y e =3.3x 。 试求:

(1)推导传质单元数计算方程;

(2)试证明:()ηm V

L =m in 成立,其中η为溶质的吸收率,m 为相平衡常数; (3)最小溶剂用量,kgmol/h ;

(4)若实际溶剂用量为最小溶剂量的1.2倍,计算出塔水中SO 2浓度(摩尔分率);

(5)计算传质单元数,传质单元高度及完成该分离任务所需的填料高度。

证明:(1)⎰

-=b z Y Y e OG Y Y dY N ∵ Ye=mX ∴ ⎰-=b a Y Y

mX Y dY ∵ X=Xa+V/L(Y-Ya)

⎰-+-=b

a Y Y a a Y Y V L X m Y dY )]([ ∵ S= mV / L ⎰---=

b a

Y Y a a mX Y Y L mV Y dY

)( ⎰---+---=

)1()1()()1()]1([11S Y S Y a a b a mX SY S Y S Y d S ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--+--=

)(1)(1ln 11a a a a a b mY SY Y S mY SY Y S S ()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--++---=a a a a a a b mX Y SmX SY SmX mX Y S S 1ln 11 ∴ ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S N a

a a

b OG 1ln 11 (2)证明:由全塔物料平衡 V (Y b -Y a )=L X b

故 ( L/V ) = ( Y b -Y a ) / X a

当溶剂用量最小时,X be = Y b /m

因此,( L/V )min = m (Y b -Y a ) / Y b = m η

(3)V=V’(1-yb)=)09.01(*20

273273*4.221000-+=37.85kmol/h Yb=yb/(1- yb)=0.099 Ya=Yb(1-η)=0.099*(1-0.98)=0.00198 Xa=0

Lmin=V(yb-ya)/(yb/m-xa)=37.85*(0.099-0.00198)/(0.099/3.3-0)=122.4kmol/h

(4)L=1.2Lmin=146.88kmol/h

xb=V(yb-ya)/L+xa=37.85(0.099-0.00198)/146.88=0.025

(5)()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S N a a a b OG 1ln 11 S=mV/L=3.3*37.85/146.88=0.85

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