大气习题答案

1.已知某种无烟煤的收到基水分含量为5.0%,干燥基灰分含量为26%,干燥无灰基元素分析结果如下:C91.7%,H3.8%,O2.2%,N1.3%,S1.0%.求该种煤的收到基组成和干燥基组成.解:收到基的组成为水分:5%;灰分:95%×26%=24.7%;干燥无灰基的比例为:1-5%-26%=70.3%;因此C:91.7%×70.3%=64.47%;H:3.8%×70.3%=2.67%;O:2.2%×70.3%=1.55%;N:1.3%×70.3%=0.91%;S:1.0%×70.3%=0.7%干燥基的组成为:灰分:26%;干燥无灰基的比例为:1-26%=74%;因此:C:91.7%×74%=67.86%;H:3.8%×74%=2.81%;O:2.2%×74%=1.63%;N:1.3%×74%=0.96%;S:1.0%×74%=0.74%2.已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C85.5％；H11.3%；O2.0％；N0.2%；S1.0％；试计算燃油1kg所需要的理论空气量。解:元素质量/g摩尔数/mol需氧量/molC85571.2571.25H11311328.25O201.25-0.625N20.4130S100.31250.3125燃烧1kg所需要的理论氧气量为:(71.25+28.25-0.625+0.3125)mol=99.1875mol燃烧1kg所需要的理论空气量为:99.1875×4.78mol=474.12mol转化为体积为:Va=474.12×22.4×10-3m3/kg=10.62m3/kg3.已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C85.5％；H11.3%；O2.0％；N0.2%；S1.0％；试计算(1)燃油1kg所产生的理论烟气量;(2)干烟气中二氧化硫的浓度和二氧化碳的最大浓度;(3)当空气过剩系数为10%时,所需的空气量和产生的烟气量.解：(1)元素质量/g摩尔数/mol需氧量/mol产生的烟气量/molC85571.2571.2571.25CO2H11311328.2556.5H2OO201.25-0.6250N20.41300.0714N2S100.31250.31250.3125SO2燃烧后产生的理论烟气量为:(71.25+56.5+0.0714+0.3125)+99.1875×3.78=503.06mol转化为标态下的体积:Vf=503.06×22.4×10-3=11.27m3N(2)燃烧1kg重油产生的干烟气量为503.06-56.5=446.56mol烟气中SO2的最大浓度为:Φso2=0.3125/446.56=700×10-6烟气中SO2的最大浓度为:ΦCo2=71.25/446.56=15.96%(3)所需空气量为Va=10.62×(1+10%)=11.68m3N产生的烟气量为Vf=11.27+10.62×10%=12.33m3N4.某锅炉燃用煤气的成分如下(体积百分比):H2S:0.2%;CO2:5%;O2:0.2%;CO:28.5%;H2:13%;CH4:0.7%;N2:52.4%.已知空气的水分体积百分数为1.493%,α=1.2,试求燃烧实际需要的空气量和燃烧时产生的烟气量.解:以燃烧1000mol煤气为基准:组分摩尔数/mol需氧量/mol燃烧后烟气量/molH2S234（H2O+SO2）CO250050O22-20CO285142.5285（CO2）H213065130（H2O）CH471421（CO2+H2O）N25240524（N2）理论需氧量为：（3-2+142.5+65+14）=222.5mol/kmol煤气=0.2225m3N/m3N煤气实际需要的干空气量为:222.5×4.78×1.2=1.276m3N/m3N煤气转化为湿空气:Va=1.276/(1-0.01493)=1.296m3N/m3N煤气燃烧后产生的烟气量为:Vf=(4+50+285+130+21+524)×10-3+1.296-0.2225=2.087m3N/m3N煤气5已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数kg=2.74×10-7kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数kl=6.94×10-5m/s,亨利系数H=1.5kmol/(m3·kPa)。试求气相吸收总系数KAg，并分析该吸收过程的控制因素。解:1/KAg=1/Hk+1/kg=1/(1.5×6.94×10-5(m2·s·kPa)/kmol+1/2.74×10-7(m2·s·kPa)/kmol=3.66×106(m2·s·kPa)/kmolKAg=2.73×10-7kmol/(m2·s·kPa)气膜阻力1/kg=3.65×106(m2·s·kPa)/kmol液膜阻力1/Hkl=9.6×103(m2·s·kPa)气膜阻力比液膜阻力大得多,所以吸收过程为气膜控制.6含有12%SO2的废气以200m3/h的流量从填料塔底送入。塔内在1atm条件下，用30℃水向下淋洗与工业废气呈逆流接触，要求洗涤后废气中SO2去除率为90%，试问达到此要求所需最小喷液量为多少公斤？（SO2在进气12%呈平衡时液相中SO2的摩尔分率为0.32%）解:由塔底送入工业废气标准状况下的摩尔流量为GM1=G1×T0/(T1×22.4)=200×273/(303×22.4)=8.044kmol/h入口废气中S02的含量为GSO2=GM1×12%=0.965kmol/h废气中惰性气体量为G0=GM1-GSO2=7.079kmol/h吸收的SO2量为:gSO2=GSO2×90%=0.869kmol/h塔顶净化后气体的量为GM2=GM1-gSO2=7.175kmol/h塔顶排气中残留的SO2量为g'SO2=GSO2-gSO2=0.096kmol/h塔顶排气中SO2的摩尔分率为y2=g'SO2/GM2=0.013=1.3%塔底SO2的摩尔分率为0.32%最小液气比为L/G0=(Y1-Y2)/(X1*-X2)=[y1/(1-y1)-y2/(1-y2)]/[x1*/(1-x1*)-x2/(1-x2)]L=271.56kmol/h=4888kg/h7用一逆流填料塔将尾气中有害组分A的分压从0.001降到0.0002.已知kAG·a=0.316mol/h·m3·Pa,kAL·a=0.1/h,用溶液中组分B进行化学吸收,CBL=326.4mol/m3,化学反应计量式A+B=C,DAL=DBL,液气流量分别为LS=L=7×105mol/m2·h,GS=G=1×105mol/m2·h,总压P=101325Pa,HA=12.67Pa·m3/mol,液体总浓度C=56000mol/m3,计算填料塔的高度?解：根据吸收操作线方程：L/G=（Y1-Y2）/（X1-X2）即L/G=（P2/P-P1/P）/（CBL1/CT-CBL2/CT）CBL2=320mol/m3在塔顶处:=64CBL1=326.4mol/m3在塔底处:=320=CBL2=320mol/m3可见在整个填料塔内CBLCKP,故H==5.03m8用硫酸溶液从氨吸收塔回收氨，试计算塔顶和塔底的吸收速率NA1和NA2。已知进口处氨的分压为5066.25Pa,出口处为1013.25Pa,吸收剂中硫酸的浓度进口处为0.6kmol/m3,出口处为0.5kmol/m3,气体加入量G=45kmol/h,kAG=3.45×10-6kmol/m2·Pa·h,kAL=0.005m/h,亨利系数:HA=7.4×10-4,总压P=1.01325×105Pa,DAL=DBL.解:硫酸吸收氨的反应中b=0.5,塔顶处:PAG1=1013.25Pa,CBL1=0.6kmol/m3=0.35kmol/m3CBL1=0.6kmol/m3=3.45×10-6×1013.25=0.0035kmol/m2·hAGALAGBLALKPPkkDDbCAGALAGBLALKPPkkDDbCAGAGAPkN12AGAGPPAGAGAGaPkdPPGAGALAGBLALKPPkkDDbCAGAGAPkN塔底处:PAG2=5066.25Pa,CBL2=0.5kmol/m3=1.75kmol/m3CBL2=0.5kmol/m3=0.01145kmol/m2·h9已知在293K下,用活性碳吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如表所示压强/103Pa0.2670.4000.5331.3332.6604.0005.332吸附容量/g苯·g碳-10.1760.2050.2250.2650.2850.2900.300试绘制吸附等温线.若该吸附等温线遵从朗格缪尔方程式,试求式中A、B的值.解:吸附等温线以横坐标为P,纵坐标为吸附容量来画(略)任取曲线上两点,代入XT=ABP/(1+BP)求解,得A=0.304,B=5.176×10-3(或近似值)10设一固定床活性碳的装填厚度为0.6m,活性碳对苯吸附的平衡静活性值为25%,其堆积密度为425kg/m3,并假定其死层厚度为0.15m,气体通过吸附器床层的速度为0.3m/s,废气含苯浓度为2000mg/m3.求该吸附器的活性碳床层对含苯废气的保护作用时间.解:=177083s/m=177083(0.6-0.15)=79687.5s=22.14h11某活性碳床被用来净化含C6H5Cl的废气，其操作条件是；废气流量为20m3/min，温度为25℃，压力为1atm，C6H5Cl的初始含量为850×10-6（体积分数），床深0.5m，空塔气速为0.4m/s.假定活性碳的装填密度为400kg/m3，操作条件下的吸附容量为饱和吸附容量的40%，试验测得其饱和容量为0.432kgC6H5Cl/kg(活性碳).(1)当吸附床长宽比为2:1时,试确定床的过气截面;(2)计算吸附床的活性碳用量;AGALAGBLALKPPkkDDbCALAAGBLALBLAAGAkHkCDDbHPN1110vaKb)(hLK0τ-KLτ(3)试确定吸附床穿透前能够连续操作的时间.解：（1）床的截面积：Q/v=20/（60×0.4）m2=0.833m2(2)活性碳的用量=0.833×0.5×400=166.6kg(3)假定穿透时的吸附容量等于操作条件下的吸附容量=0.432×0.4=0.173kg(C6H5Cl)/kg(活性碳);穿透时能够吸附的量为:0.173×166.6=28.82kg将初始浓度转化为质量浓度:850×112.5/22.4=4.27g/m3所以废气流中C6H5Cl的含量为4.27×20=85.4g/min穿透前允许的操作时间:t=28.82/85.4=337.5min压强/103Pa0.2670.4000.5331.3332.6604.0005.322吸附容量/g苯·g碳-10.1760.2050.2250.2650.2850.2900.3