吸收吸附催化习题讲解

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1、第七章 吸收吸附催化习题讲解 吸收计算吸收计算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 9.75Z=计算21lnAAGPp aPkG又 PA1=0.02101.3103=2.026103PaKGa=kya/p将题中所给数值代入式 9.75，有2.72310026.

2、2ln/03. 0AyPPaPk PA2=0.25Pay2=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=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：2121minxmyyy GL 300 01 .35

3、%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 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 =21OHSONH2424)(21又已知 PA1=5103Pa PA2=103Pa

4、 CB1=0.5kmol/m3 CB2=0.6kmol/m3G=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=0.013P1L/SG=9/（0.01345）=15.4kL/（1+kG）=0.05/（3.510-6/7.510-4）=11r=PS/(rL)PA1/L=5103/0.026105=1.92代入式 9.77a:（GB）c= )/()1/()/()/(1

5、 SGLkkPCSGLGLAm =4 .151192. 15 . 04 .15 =0.364kmol/m3(CB)CCB1 由式 9.75 计算塔高Z=21lnAAGaPP PKG=3310105ln5 . 3 45=2.07m吸附计算吸附计算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

6、%(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：BPBPAXT1=PP331925. 011025. 08 . 0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丙酮M99. 04 .221%6 .113032731000=4.6258=268kg/h活性炭需要量为：hkg/9 .33480. 0268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

7、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） 21 . 14245. 0ppdu du ZP23233175.1)1 (1150 =220.24P=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

8、？解：设 1m3气体质量为 wkgYo=W610700Gs=0.2W则 YoGs=0.270010-6吸附床的穿透时间：KZZYGXosst b=8 . 01070027. 043613. 06=4.051050.8=3.23105so=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

9、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4 .2210%2632. 02982731034 =1.076103mol/h废气中 H2S 的质量为 1.07610334=36.6kg/h分子筛需用量hkg/12230. 06 .36 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 334. 1730976m催化习题催化习题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.

10、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=Vsp1=180001=5.610-5h床层体积 VR=spno VQ=1800013000=0.72m3床层高度：由式 f=ono uQ=3600052. 11300

11、0 =2.38m2即，得 D2=9.50m238. 242D代入下式 L=2)1 (4 DVR =50. 9)92. 01 (72. 04 =3.79m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. 1150emmR=1.79计算压降32)1 ( mom duLP=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

12、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AOsNW AfXoAA Ydx催化剂质量 W=AFXoAA AOsYdxN=5802510-374. 0)1 (15. 0oAA Xdx=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)26.1LD24=6.910-3m3n=VR/V=0.224/6.910-3=338 为减少 SO2排放，拟用一催化剂将 SO2转

13、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)。 2SO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