第七章吸收吸附催化习题讲解

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(m2·s)，操作条件下亨利系数E为60kPa，体积传质系数为kya=0.1kmol/(m3·s)，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9.75Z=21lnAAGPpaPkG计算又PA1=0.02×101.3×103=2.026×103PaKGa=kya/p将题中所给数值代入式9.75，有2.72310026.2ln/03.0AyPPaPk∴PA2=0.25Pay2=PA2/P=2.50×10-4/101.3=2.47×10-4%9.4在温度20℃，压力1.013×105Pa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℃，1.01×105Pa条件下查表9—2得E=0.355×104kPa。m=PE=571001.110355.0=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：2121minxmyyyGL30001.35%8%1%8minL=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5×103Pa，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=3.5×10-6kmol/(m2·h·Pa)，KL=0.05m/s，H=7.5×10-4kmol/(m3·Pa)，气体流量G=Gs=45kmol/h，总压为105Pa。解：NH3与H2SO4反应方程式为：NH4OH+21H2SO4=OHSONH2424)(21又已知PA1=5×103PaPA2=103PaCB1=0.5kmol/m3CB2=0.6kmol/m3G=45kmol/m3P=105Par=1/2代入式9.27有NA=（G/P）（PA1-PA2）=（L/rP1）（CB2-CB1）NA=（45/105）（5×103-103）=（2L/P1）（0.6-0.5）得L/P1=9计算临界浓度（CB）C：S=P1H/P=P1=0.013P1L/SG=9/（0.013×45）=15.4kL/（1+kG）=0.05/（3.5×10-6/7.5×10-4）=11r=PS/(rρL)PA1/L=5×103/0.026×105=1.92代入式9.77a:（GB）c=)/()1/()/()/(1SGLkkPCSGLGLAm=4.151192.15.04.15=0.364kmol/m3∵(CB)CCB1∴由式9.75计算塔高Z=21lnAAGaPPPKG=3310105ln5.345=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=0.25×10-3）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：①由题意，其朗格缪尔方程式为：BPBPAXT1=PP331925.011025.08.0则活性炭的饱和吸附量为0.8g丙酮/g活性炭②需要吸附的丙酮量为丙酮M99.04.221%6.113032731000=4.62×58=268kg/h活性炭需要量为：hkg/9.33480.0268③丙酮入气含量为11.6%，出口含量为1.6%，则其回收率为%1006.116.16.11=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ε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1.8×10-5Pd·S，此时气速u=21.14245.0=0.258m/s代入式（10.30）ppduduZP23233175..1)1(1150=220.24∴△P=220.24×4.2=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wkgYo=W610700Gs=0.2W则YoGs=0.2×700×10-6吸附床的穿透时间：KZZYGXosstb=8.01070027.043613.06=4.05×105×0.8=3.23×105sτo=KZo=4.05×105×0.16=0.65×105sτ=τb-τo=(3.23-0.65)×105=2.58×105s=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：1.013×105Pa和273k时，废气中H2S的摩尔数为4.2210%2632.02982731034=1.076×103mol/h废气中H2S的质量为1.076×103×34=36.6kg/h①分子筛需用量hkg/12230.06.36②吸附周期为8h，所以吸附塔为分子筛的装量为122×8=976kg吸附塔的体积为334.1730976m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ф5mm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μN2=2.78×10-5Pa·s，ρN2=1.25kg/m3,ε=0.92。]解：①接触时间tno=Vsp1=180001=5.6×10-5h②床层体积VR=spnoVQ=1800013000=0.72m3③床层高度：由式f=onouQ=3600052.113000=2.38m2即38.242D，得πD2=9.50m2代入下式L=2)1(4DVR=50.9)92.01(72.04=3.79m④床层阻力雷诺准数Rem=)1(osud=)92.01(1078.225.152.110553=4272摩擦阻力系数：75.1150emmR=1.79计算压降32)1(momduLP=332)92.01(105)92.01(52.125.179.379.1=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11.28AOsNW=AfXoAAYdx得催化剂质量W=AFXoAAAOsYdxN=580×25×10-374.0)1(15.0oAAXdx=130kg/min催化剂体积用量：由W=ρsVR得VR=W/ρs=130/580=0.224m3/min单管体积：VLD243.14/4×(3.8×10-2)2×6.1=6.9×10-3m3n=VR/V=0.224/6.9×10-3=338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Q2SO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：173.25×80/64=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)7363.31×3.475dT=7320×320/7320dXA(-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=616928.28×75.33%得T出=268.16℃