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/(m 3s)，含氨2%（体积），清水的喷淋密度为0.018kmol(m 2·s)，操作条件下亨利系数E 为60kPa ，体积传质系数为k ya =0.1kmol/(m 3·s)，试求排出气体中氨的浓度。

解：因为NH 3易溶于水，所以属于气相控制。可依式9.75

Z=2

1ln A A G P p aP k G 计算 又P A1=0.02×101.3×103

=2.026×103Pa

K G a=k y a/p

将题中所给数值代入式9.75，有

2.7()2

3

10026.2ln /03.0A y P P aP k ⨯= ∴ P A2=0.25Pa

y 2=P A2/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%SO 2的低浓度烟气。要求净化后塔顶排气中SO 2浓度降至1%，每小时净化烟气量为300m 3。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=P

E =5

7

1001.110355.0⨯⨯ =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：

2121min x m

y y y G L --=⎪⎭⎫ ⎝⎛

30001

.35%8%1%8min ⨯--=∴L =9213.25m 3/h

2. 试计算用H 2SO 4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NH 3的分压进口处为5×103Pa ，出口处为103p a 。吸收剂中H 2SO 4浓度；加入时为0.6kmol/m 3，排出时为0.5kmol/m 3。K G =

3.5×10-6kmol/(m 2·h ·Pa)，K L =0.05m/s ，H=7.5×10-4kmol/(m 3·Pa)，气体流量G=G s =45kmol/h ，总压为105Pa 。

解：NH 3与H 2SO 4反应方程式为：

NH 4OH+21H 2SO 4 =O H SO NH 2424)(2

1+ 又已知P A1=5×103Pa P A2=103Pa C B1=0.5kmol/m 3 C B2=0.6kmol/m 3 G=45kmol/m 3 P=105Pa r=1/2

代入式9.27有N A =（G/P ）（P A1-P A2）

=（L/rP 1）（C B2-C B1）

N A =（45/105）（5×103-103）

=（2L/P 1）（0.6-0.5）

得L/P 1=9

计算临界浓度（C B ）C ：

S=P 1H/P=P 1

=0.013P 1

L/SG=9/（0.013×45）

=15.4

k L /（1+k G ）=0.05/（3.5×10-6/7.5×10-4）

=11

r=PS/(r ρL )

P A1/L=5×103/0.026×105

=1.92

代入式9.77a:（G B ）c =

[][])/()1/()/()/(1SG L k k P C SG L G L A m +++γ =4

.151192.15.04.15++⨯

=0.364kmol/m 3

∵(C B )C

Z=2

1ln A A Ga P P P K G =33

10

105ln 5.345⨯ =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1000m 3/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：

BP

BP A X T +=1 =P

P 331925.011025.08.0--⨯+⨯⨯ 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：h kg /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0.245m 3/s ，吸附剂为柱形，直径d p 3mm ，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℃，101.325kP a 下空气密度1.2kg/m 3，动力粘度为1.8×10-5P d ·S ，

此时气速 u=2

1.14

245.0⨯π=0.258m/s 代入式（10.30） p

p d u d u Z P 2

3233175..1)1(1150ρεεμεε⨯-+⨯-=∆ =220.24

∴△P=220.24×4.2=924.99P a

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/m 3，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/m 3，试问该吸附器的保护作用时间为多长？ 解：设1m 3气体质量为wkg

Y o =W

6

10700-⨯ G s =0.2W

则Y o Gs=0.2×700×10-6

吸附床的穿透时间： KZ Z Y G X o s s t b ==

ρτ =8.01070027.043613.06

⨯⨯⨯⨯- =4.05×105×0.8

=3.23×105s

τo =KZ o =4.05×105×0.16=0.65×105s

τ=τb -τo =(3.23-0.65) ×105

=2.58×105s

=71.7h

5. 常压和25℃下某车间每小时排放104m 3的废气中含有0.2632%（体积计）的H 2S ，拟用分子筛脱除99%的H 2S 分子，分子筛的堆积密度为730kg/m 3，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H 2S 的摩尔数为