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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