《大气污染控制技术》习题七 第七章 气态污染物控制技术基础7.1 某混合气体中含有2%（体积）CO 2，其余为空气。

混合气体的温度为30。

C ，总压强为500kPa 。

从手册中查得30。

C 时在水中的亨利系数E=1.88×10－5kPa ，试求溶解度系数H 及相平衡常数m ，并计算每100g 与该气体相平衡的水中溶有多少gCO 2。

解：由亨利定律P*=Ex ，500×2%=1.88×105x ，x=5.32×10－5。

由y*=mx ，m=y*/x=0.02/5.32×10－5=376。

因x=5.32×10－5很小，故C CO2=2.96mol/m 3。

)/(1096.210%250096.2343*Pa m mol P C H ⋅⨯=⨯⨯==- 100g 与气体平衡的水中约含44×100×5.32×10－5/18=0.013g 。

7.2 20。

C 时O 2溶解于水的亨利系数为40100atm ，试计算平衡时水中氧的含量。

解：在1atm 下O 2在空气中含量约0.21。

0.21=4.01×104x解得O 2在水中摩尔分数为x=5.24×10－6。

7.3 用乙醇胺（MEA ）溶液吸收H 2S 气体，气体压力为20atm ，其中含0.1%H 2S （体积）。

吸收剂中含0.25mol/m 3的游离MEA 。

吸收在293K 进行。

反应可视为如下的瞬时不可逆反应：+-+→+3222222NH CHCH CH HS NH CHCH CH S H 。

已知：k Al a=108h －1，k Ag a=216mol/m 3.h.atm ，D Al =5.4×10－6m 2/h ，D Bl =3.6×10－6m 2/h 。

试求单位时间的吸收速度。

解： 20》C 时H 2S E=0.489×105kPa ，分压20atm ×0.1%=2.03kPa 。

P*=Ex ，x=P*/E=4.15×10－5，故C*H2S =2.31mol/m 3。

H=C/P*=2.3/（2.03×103）=1.14×10－3mol/（m 3.Pa ）=115mol/（m 3.atm ） 由185.1,542.0108121611511-==+=+=h K k k H K Al l g Al 。

)/(3.431.285.1)(32*2h m mol C C K N S H S H Al A ⋅=⨯=-=。

7.4 在吸收塔内用清水吸收混合气中的SO 2，气体流量为5000m 3N /h ，其中SO 2占5%，要求SO 2的回收率为95%，气、液逆流接触，在塔的操作条件下，SO 2在两相间的平衡关系近似为Y *=26.7X ，试求：1）若用水量为最小用水量的1.5倍，用水量应为多少？ 2）在上述条件下，用图解法求所需的传质单元数。

解：G B =5000×0.95=4750m 3N /h 。

Y 1=0.053，321063.2%54750)47505000(-⨯=⨯-=Y ；4.257.26/053.000263.0053.00)(max 21min =-=--=X Y Y G L B S 。

因此用水量L s =25.4G B ×1.5=1.81×105m 3N /h 。

由图解法可解得传质单元数为5.6。

7.5 某吸收塔用来去除空气中的丙酮，吸收剂为清水。

入口气体流量为10m 3/min ，丙酮含量为11%（摩尔），要求出口气体中丙酮的含量不大于2%（摩尔）。

在吸收塔操作条件下，丙酮－水的平衡曲线（1atm 和299.6K ）可表示为2)1(95.133.0x xe y -=。

1）试求水的用量，假设用水量取为最小用水量1.75倍； 2）假设气相传质单元高度（以m 计）33.033.003.3-=LGH y 。

其中G 和L 分别为气、液相的流量（以kg/m 2.h 表示），试计算所需要的高度。

解：G B =10×0.89=8.9m 3/min ，Y 1=0.124，Y 2=0.02。

作出最小用水时的操作线，x max =0.068。

故53.1068.002.0124.0)(min =-=B s G L ，L s =1.53×1.75×8.9=23.8m 3/min 。

图解法可解得传质单元数为3.1。

m LaH y 39.2)(3.333.0=⨯=。

H y =2.39×3.1=7.4m 。

7.6 某活性炭填充固定吸附床层的活性炭颗粒直径为3mm ，把浓度为0.15kg/m 3的CCl 4蒸汽通入床层，气体速度为5m/min ，在气流通过220min 后，吸附质达到床层0.1m 处；505min 后达到0.2m 处。

设床层高1m ，计算吸附床最长能够操作多少分钟，而CCl 4蒸汽不会逸出？ 解：利用公式0ττ-=KL ，将已知数据代入⎩⎨⎧-=-=002.05051.0220ττK K ，解得⎩⎨⎧==min 65min/28500τmK因此m in 27856512850max =-⨯=τ。

7.7 在直径为1m 的立式吸附器中，装有1m 高的某种活性炭，填充密度为230kg/m 3，当吸附CHCl 3与空气混合气时，通过气速为20m/min ，CHCl 3的初始浓度为30g/m 3，设CHCl 3蒸汽完全被吸附，已知活性炭对CHCl 3的静活性为26.29%，解吸后炭层对CHCl 3的残留活性为1.29%，求吸附操作时间及每一周期对混合气体的处理能力。

解：m V a K b min/8.95103020230)0129.02629.0(30=⨯⨯⨯-==-ρρ min 8.95'==KL τ，kg aSL x b 2.452301141)0129.02629.0(2=⨯⨯⨯⨯-==πρ。

7.8 在温度为323K 时，测得CO 2在活性炭上吸附的实验数据如下，试确定在此条件下弗罗德里希和朗格谬尔方程的诸常数。

解：依据公式nT kP X 1=，对lgX T ~lgP 进行直线拟合：7.030P X T =，即K=30，n=1.43；依据公式m m V P BV V P +=1，对P ~P/V 进行直线拟合：P VP 005.00289.0+=， 即V m =200，B=0.173。

7.9 利用活性炭吸附处理脱脂生产中排放的废气，排气条件为294K ，1.38×105Pa ，废气量25400m 3/h 。

废气中含有体积分数为0.02的三氯乙烯，要求回收率99.5%。

已知采用的活性炭的吸附容量为28kg 三氯乙烯/100kg 活性炭，活性炭的密度为577kg/m 3，其操作周期为4h ，加热和解析2h ，备用1h ，试确定活性炭的用量和吸附塔尺寸。

解：三氯乙烯的吸收量V=2.54×104×0.02×99.5%=505.46m 3/h ，M=131.5。

由理想气体方程RT MmPV =得 h kg RT PVM m /1075.329431.85.13146.5051038.135⨯=⨯⨯⨯⨯==因此活性炭用量kg m 4301036.541075.328100⨯=⨯⨯⨯=； 体积3409.925771036.5m m V =⨯==ρ。

7.10 尾气中苯蒸汽的浓度为0.025kg/kg 干空气，欲在298K 和2atm 条件下采用硅胶吸附净化。

固定床保护作用时间至少要90min 。

设穿透点时苯的浓度为0.0025kg/kg 干空气，当固定床出口尾气中苯浓度达0.020kg/kg 干空气时即认为床层已耗竭。

尾气通过床层的速度为1m/s （基于床的整个横截面积），试决定所需要的床高。

已知硅胶的堆积密度为625kg/m 3，平均粒径Dp=0.60cm ，平均表面积a=600m 2/m 3。

在上述操作条件下，吸附等温线方程为：Y *=0.167X 1.5。

式中Y *=kg 苯/kg 干空气，X=kg 苯/kg 硅胶。

假定气相传质单元高度51.0)/(00237.0μG D H p OY =解：Y 1=0.025kg 苯/kg 干空气，硅胶苯kg kg YX /282.0)167.0(5.1111==，Y 2=0，X 2=0。

故操作线方程为X=11.28Y 。

当Y=Y b =0.0025kg 苯/kg 干空气时，X=11.28×0.0025=0.0282kg 苯/kg 硅胶。

Y*=0.167×0.02821.5=0.0008kg 苯/kg 干空气。

08.5881*=-Y Y ，由此可求得⎰-Y Yb YY dY*近似值； 同时， ⎰⎰---+-=-==We Wb ab a b We Wb A A b w w w w w dw w Y Y W dw Y Y W Y Q f ))(1()1(000 ⎰⎰⎰⎰⎰------=+We Wb Ye Yb Y Yb Ye Yb dYY Yb Y Y dY Y Y dYY Y dY Y Y dY Y Y ))(1(****0由此求得f 的近似值，列表如下：N OG =5.948，f=0.5580；2atm ，298K 时，ρ=2.37kg/m 3，因此)/(37.22s m kg v G ⋅==ρ，故H OG =m G D a p 07041.0)10835.131.21060.0(60042.1)(42.151.05251.0=⨯⨯⨯⨯=--μ；因此吸附区高度为H 2=H OG .N OG =0.07041×5.948=0.419m 。

对单位横截面积的床层，在保护作用时间内吸附的苯蒸汽量为 （0.025－0）×2.37×60×90＝320（kg 苯/m 2） 而吸附床饱和区吸附苯蒸汽量)0()(2--=T b x H H ρ 吸附床未饱和区吸附苯蒸汽量)1)(0(2f x H T b --=ρ因此总吸附量320442.0282.0625419.0282.0625)419.0(=⨯⨯⨯+⨯⨯-=H解得H=2.05m ，此即所需要的最小床高。

7.11 把处理量为250mol/min 的某一污染物引入催化反应器，要求达到74%的转化率。

假设采用长6.1m ，直径3.8cm 的管式反应器，求所需要催化剂的质量和所需要的反应管数目。

假定反应速度可表示为：R A =－0.15（1－x A ）mol/（kg 催化剂.min ）。