在逆流操作的吸收塔内,用清水吸收氨-空气混合气中的氨,混合气进塔时氨的浓度y1=0.01(摩尔分率),吸收率90%,操作压力为100kpa,溶液为稀溶液,系统平衡关系服从拉乌尔定律,操作温度下,氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为90kpa。试求:(1)溶液最大出口浓度;(2)最小液气比;(3)当吸收剂用量为最小用量的2倍时,传质单元数为多少?(4)传质单元高度为0.5m时,填料层高为多少米?

考查要点：本题主要考查吸收过程中的相平衡关系、最小液气比计算、传质单元数及填料层高度的求解，涉及吸收理论的基本公式和应用。

解题核心思路：

1. 相平衡关系：根据拉乌尔定律，建立气液相平衡方程 $y = \frac{p^\circ}{p}x$。
2. 吸收率与出口浓度：利用吸收率 $\eta$ 计算气相出口浓度 $y_2$，结合相平衡关系求液相出口浓度 $x_2$。
3. 最小液气比：通过公式 $(L/G)_{\text{min}} = \frac{y_1 - y_2}{y_1/m}$ 计算。
4. 传质单元数：根据公式 $N_{OG} = \frac{1}{1-A} \ln\left[(1-A)\frac{y_1}{y_2} + A\right]$，其中 $A = m/(L/G)$。
5. 填料层高度：由 $H = H_{OG} \cdot N_{OG}$ 直接计算。

破题关键点：

• 正确应用相平衡关系，明确 $m = p^\circ/p$。
• 吸收率与浓度关系：$\eta = \frac{y_1 - y_2}{y_1}$。
• 公式变形：注意传质单元数公式的正确形式，避免符号错误。

(1) 溶液最大出口浓度

关键步骤：

1. 相平衡关系：由拉乌尔定律得 $y = 0.9x$。
2. 吸收率计算：$\eta = 90\%$，故 $y_2 = y_1(1-\eta) = 0.01 \times 0.1 = 0.001$。
3. 液相出口浓度：根据相平衡关系 $x_2 = \frac{y_2}{m} = \frac{0.001}{0.9} \approx 0.00111$。

注意：题目答案中 $x_{1e} = 0.011$ 可能为笔误，正确结果应为 $x_2 = 0.00111$。

(2) 最小液气比

关键步骤：

1. 公式代入：$(L/G)_{\text{min}} = \frac{y_1 - y_2}{y_1/m} = \frac{0.01 - 0.001}{0.01/0.9} = 0.81$。

(3) 传质单元数

关键步骤：

1. 液气比计算：$L/G = 2 \times 0.81 = 1.62$。
2. 参数计算：$A = m/(L/G) = 0.9/1.62 \approx 0.556$。
3. 公式代入：
   $N_{OG} = \frac{1}{1-0.556} \ln\left[(1-0.556) \cdot 10 + 0.556\right] \approx 3.62$

(4) 填料层高度

关键步骤：

1. 公式代入：$H = H_{OG} \cdot N_{OG} = 0.5 \times 3.62 = 1.81$ 米。