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9.75Z=21ln A A G P p aP k G 计算 又P A1=0.02×101.3×103=2.026×103PaK G a=k y a/p将题中所给数值代入式9.75，有2.7()2310026.2ln /03.0A y P P aP k ⨯= ∴ P A2=0.25Pay 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=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：2121m i n x my y y G L --=⎪⎭⎫ ⎝⎛30001.35%8%1%8min ⨯--=∴L =9213.25m 3/h2. 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)(21+ 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 1L/SG=9/（0.013×45）=15.4k L /（1+k G ）=0.05/（3.5×10-6/7.5×10-4）=11r=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 <C B1 ∴由式9.75计算塔高Z=21ln A A Ga P P P K G =3310105ln 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：BPBP A X T +=1 =PP 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=21.14245.0⨯π=0.258m/s 代入式（10.30） pp d u d u Z P 23233175..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wkgY o =W610700-⨯ 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=3.23×105sτo =KZ o =4.05×105×0.16=0.65×105sτ=τb -τo =(3.23-0.65) ×105=2.58×105s=71.7h5. 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4.2210%2632.029*******4⨯⨯⨯ =1.076×103mol/h废气中H 2S 的质量为1.076×103×34=36.6kg/h①分子筛需用量h kg /12230.06.36= ② 吸附周期为8h ，所以吸附塔为分子筛的装 量为122×8=976kg吸附塔的体积为334.1730976m = 催化习题6 用氨催化还原法治理硝酸车间排放含有NO x 的尾气。

尾气排放量为13000m 3/h（标态），尾气中含有NO x 为0.28%、N 2为95%、H 2O 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N 2的含量很高，在计算时可取用N 2的物理参数直接计算。

在533K 时μN2=2.78×10-5P a ·s ，ρN2=1.25kg/m 3,ε=0.92。

]解：①接触时间t no =Vsp 1 =180001 =5.6×10-5h②床层体积V R =sp no V Q =1800013000 =0.72m 3③床层高度：由式f=ono u Q =3600052.113000⨯ =2.38m 2即38.242=D π，得πD 2=9.50m 2代入下式L=2)1(4D V R πε- =50.9)92.01(72.04-⨯ =3.79m④床层阻力雷诺准数R em =)1(εμρ-o s u d =)92.01(1078.225.152.110553-⨯⨯⨯⨯⨯-- =4272摩擦阻力系数：75.1150+=emm R λ =1.79计算压降32)1(εερλm o m d u L P -=∆ =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 管式反应管，试求所需催化剂量及反应管数。

设反应速度为R A =-0.15（1-X A ），单位：kmol/（催化剂min ），催化剂的填充密度为580kg/m 3。

解：由式11.28AO s N W ρ =⎰A f X o AA Y dx 得 催化剂质量W=⎰A F X o AA AO s Y dx N ρ =580×25×10-3⎰--74.0)1(15.0o A A X dx =130kg/min催化剂体积用量：由W=ρs V R 得V R =W/ρs =130/580=0.224m 3/min单管体积：V =L D 24π 3.14/4×(3.8×10-2)2×6.1 =6.9×10-3m 3n=V R /V=0.224/6.9×10-3=338 为减少SO 2排放，拟用一催化剂将SO 2转化为SO 3。

已知：进入催化器的总气量为7320kg/d ，SO 2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SO 2的允许排放量56.75kg/d ，试计算气流出口温度为多少。

SO 2氧化成SO 3的反应热Q 2SO 是171667J/mol ，废气热容是3.475J/(gK)。

解：因为反应为绝热反应所以q B =0反应后混合气体质量：反应式为SO 2+1/202=SO 3反应的SO 2量：230-56.75=173.25kg/d所以产生的SO 3量：173.25×80/64=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11.29N r C pm dT=N To Y AO dX A (-△H R )7363.31×3.475dT=7320×320/7320dX A (-171667/64)25587.5dT=616928.28dX A且X Af =(230-56.75)/230=75.33%代入上式并两边积分得：（T 出-250）25587.51=616928.28×75.33%得T 出=268.16℃以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。