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第七章 吸收吸附催化习题讲解吸收计算1. 某吸收塔填料层高度为2.7m，在101.3kPa压力下，用清水逆流吸收混和气中的氨，混和气入塔流率0.03kmol/(m3s)，含氨2%（体积），清水的喷淋密度为0.018kmol(m2s)，操作条件下亨利系数E为60kPa，体积传质系数为kya=0.1kmol/(m3s)，试求排出气体中氨的浓度。 解：因为NH3易溶于水，所以属于气相控制。可依式9.75 Z=计算 又PA1=0.02101.3103 =2.026103Pa KGa=kya/p 将题中所给数值代入式9.75，有 2.7 PA2=0.25Pa y2=PA2/P =2.5010-4/101.3 =2.4710-4%9.4 在温度20，压力1.013105Pa条件下，填料塔中用水洗涤含有8%SO2的低浓度烟气。要求净化后塔顶排气中SO2浓度降至1%，每小时净化烟气量为300m3。试计算逆流吸收过程所需最小液流量。 解：在20，1.01105Pa条件下查表92得E=0.355104kPa。 m= = =35.1 由于低浓度气体吸收，且溶液为稀溶液，其气液关系服从亨利定律从而最小气液比为： =9213.25m3/h2. 试计算用H2SO4溶液从气相混和物中回收氨的逆流吸收塔的填料层高度。 已知：气体混和物中NH3的分压进口处为5103Pa，出口处为103pa。吸收剂中H2SO4浓度；加入时为0.6kmol/m3，排出时为0.5kmol/m3。KG=3.510-6kmol/(m2hPa)，KL=0.05m/s，H=7.510-4kmol/(m3Pa)，气体流量G=Gs=45kmol/h，总压为105Pa。 解：NH3与H2SO4反应方程式为： NH4OH+H2SO4 = 又已知PA1=5103Pa PA2=103Pa CB1=0.5kmol/m3 CB2=0.6kmol/m3 G=45kmol/m3 P=105Pa r=1/2 代入式9.27有NA=（G/P）（PA1-PA2） =（L/rP1）（CB2-CB1） NA=（45/105）（5103-103） =（2L/P1）（0.6-0.5） 得L/P1=9 计算临界浓度（CB）C： S=P1H/P=P1 =0.013P1 L/SG=9/（0.01345） =15.4 kL/（1+kG）=0.05/（3.510-6/7.510-4） =11 r=PS/(rL) PA1/L=5103/0.026105 =1.92 代入式9.77a:（GB）c= = =0.364kmol/m3 (CB)CCB1 由式9.75计算塔高 Z= =2.07m吸附计算3 常压和30下，用活性炭吸附回收某厂废气中的丙酮蒸气，废气中丙酮含量为11.6%（体积计），若其吸附等温线符合朗格缪尔方程（A=0.80，B=0.2510-3）试求：（1）活性炭的饱和吸附量；（2）若废气量为1000m3/h（操作状态），要吸附其中丙酮的99%需要多少kg活性炭？（3）用饱和蒸气脱附，直至离开的气流中丙酮含量降至0.16%(体积计)，丙酮的回收率是多少？ 解：由题意，其朗格缪尔方程式为： = 则活性炭的饱和吸附量为0.8g丙酮/g活性炭 需要吸附的丙酮量为 =4.6258 =268kg/h 活性炭需要量为： 丙酮入气含量为11.6%，出口含量为1.6%， 则其回收率为 =98.6%4. 用活性氧化铝作吸附剂的固定床吸附器，床层直径1.1m，处理气量为0.245m3/s，吸附剂为柱形，直径dp3mm，柱高4.2m，填充空隙率为0.55，气体吸附温度为20，试计算气体通过吸附床压降为多少？ 解：查得20，101.325kPa下空气密度1.2kg/m3，动力粘度为1.810-5PdS，此时气速 u=0.258m/s代入式（10.30） =220.24 P=220.244.2=924.99Pa 有一处理油漆溶剂的活性炭吸附罐，装填厚度为0.8m，活性炭对溶剂的净活性为13%，填充密度为436kg/m3，吸附罐的死层为0.16m，气体流速为0.2m/s；气体含溶剂浓度为700mg/m3，试问该吸附器的保护作用时间为多长？ 解：设1m3气体质量为wkg Yo= Gs=0.2W 则YoGs=0.270010-6 吸附床的穿透时间： = =4.051050.8 =3.23105s o=KZo=4.051050.16=0.65105s =b-o=(3.23-0.65) 105 =2.58105s =71.7h5. 常压和25下某车间每小时排放104m3的废气中含有0.2632%（体积计）的H2S，拟用分子筛脱除99%的H2S分子，分子筛的堆积密度为730kg/m3，吸附塔操作周期为：吸附5h，脱附再生2h，冷却1h，试确定饱和吸附量为30%（重量）时分子筛用量和吸附塔的尺寸。 解：1.013105Pa和273k时，废气中H2S的摩尔数为 =1.076103mol/h 废气中H2S的质量为1.07610334=36.6kg/h 分子筛需用量 吸附周期为8h，所以吸附塔为分子筛的装 量为1228=976kg 吸附塔的体积为 催化习题6 用氨催化还原法治理硝酸车间排放含有NOx的尾气。尾气排放量为13000m3/h（标态），尾气中含有NOx为0.28%、N2为95%、H2O为1.6%，使用的催化剂为5mm球形粒子，反应器入口温度为493K，空速为18000h-1，反应温度为533K，空气速度为1.52m/s。求： （1）催化固定床中气固相的接触时间； （2）催化剂床层体积； （3）催化床床层层高； （4）催化剂床层的阻力。 提示：在尾气中N2的含量很高，在计算时可取用N2的物理参数直接计算。在533K时N2=2.7810-5Pas，N2=1.25kg/m3,=0.92。 解：接触时间tno= = =5.610-5h 床层体积VR= = =0.72m3 床层高度：由式f= = =2.38m2 即，得D2=9.50m2 代入下式L= = =3.79m 床层阻力雷诺准数 Rem= = =4272 摩擦阻力系数： =1.79 计算压降 = =402.75Pa7 将处理量为25mol/min的某一种污染物送入催化反应器，要求达到74%的转化率。假定采用长6.lm，直径为3.8cm管式反应管，试求所需催化剂量及反应管数。设反应速度为RA=-0.15（1-XA），单位：kmol/（催化剂min），催化剂的填充密度为580kg/m3。 解：由式11.28 = 得 催化剂质量W= =5802510-3 =130kg/min 催化剂体积用量：由W=sVR得 VR=W/s=130/580=0.224m3/min 单管体积：V3.14/4(3.810-2)26.1 =6.910-3m3 n=VR/V=0.224/6.910-3 =33 8 为减少SO2排放，拟用一催化剂将SO2转化为SO3。已知：进入催化器的总气量为7320kg/d，SO2的质量流速为230kg/d，进气温度为250。假如反应是绝热反应，并要求不大于SO2的允许排放量56.75kg/d，试计算气流出口温度为多少。SO2氧化成SO3的反应热Q是171667J/mol，废气热容是3.475J/(gK)。 解：因为反应为绝热反应所以qB=0 反应后混合气体质量：反应式为SO2+1/202=SO3 反应的SO2量：230-56.75=173.25kg/d 所以产生的SO3量：173.2580/64=216.56kg/d 则反应后混合气体流量：7320-230+56.7+216.56=7363.31kg/d 代入式11.29NrCpmdT=NToYAOdXA(-HR) 7363.313.475dT=7320320/7320dXA(-171667/64) 25587.5dT=616928.28dXA 且XAf=(230-56.75)/230=75.33% 代入上式并两边积分得： （T出-250）25587.51=616928.2875.33% 得T出=268.16