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9.75 Z=

GplnA1计算 kGaPPA2 又PA1=0.02×101.3×103

=2.026×103Pa

KGa=kya/p

将题中所给数值代入式9.75，有

0.032.026?103 2.7? ln?kyaP/P?PA2 ∴ PA2=0.25Pa y2=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。 E m=

P0.355?107 =

1.01?105 =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：

y?y2?L? ???1

yG??min1?x2m

?Lmin?8%?1%?300

8%?035.1 =9213.25m3/h

2. 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：

11 NH4OH+H2SO4 =(NH4)2SO4?H2O

22 又已知PA1=5×103Pa 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）（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 =0.013P1 L/SG=9/（0.013×45） =15.4

kL/（1+kG）=0.05/（3.5×10-6/7.5×10-4） =11 r=PS/(rρL)

PA1/L=5×103/0.026×105 =1.92

代入式9.77a:（GB）c= =

?L/(SG)?Cm?(PA1/?)

?kL/(1?kG)??(L/SG)15.4?0.5?1.92

11?15.4

=0.364kmol/m3

∵(CB)C

GPlnA1 KGaPPA2455?103ln = 33.510=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：

BP XT?A

1?BP0.25?10?3P =0.8? ?31?0.25?19P 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

1000?2731?11.6%??0.99?M丙酮

30322.4 =4.62×58 =268kg/h

268?334.9kg/h 活性炭需要量为：0.80 ③丙酮入气含量为11.6%，出口含量为1.6%，

11.6?1.6?100% 则其回收率为

11.6 =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

0.245 u==0.258m/s代入式（10.30）

??1.124?P(1??)3?u1???u2 ?11503?2?1..753?Z?dp?dp =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wkg

700?10?6 Yo=

W Gs=0.2W

则YoGs=0.2×700×10-6

吸附床的穿透时间： ?b? =

Xt?sZ?KZ GsYo0.13?436?0.8

0.27?700?10?6 =4.05×105×0.8 =3.23×105s

τo=KZo=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

104?273103?0.2632%? 29822.4 =1.076×103mol/h

废气中H2S的质量为1.076×103×34=36.6kg/h

36.6?122kg/h ①分子筛需用量0.30 ② 吸附周期为8h，所以吸附塔为分子筛的装 量为122×8=976kg

976?1.34m3 吸附塔的体积为730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= =

1 Vsp1 18000 =5.6×10-5h

②床层体积VR= =

Qno Vsp13000 18000 =0.72m3

③床层高度：由式f=

Qno uo13000

1.52?36000 =

=2.38m2