第十、十一章净化气态污染物.doc

第十章 吸附法净化气态污染物10.1 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=0.2510-3）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：由题意，其朗格缪尔方程式为： = 则活性炭的饱和吸附量为0.8g丙酮/g活性炭 需要吸附的丙酮量为 =4.6258 =268kg/h 活性炭需要量为： 丙酮入气含量为11.6%，出口含量为1.6%， 则其回收率为 =98.6%10.2 在308K等温条件下，总压Po=1.013105Pa，用活性炭吸附含有丙酮蒸气（空气中）的吸附平衡实验数据如下：对比压力P/Po0.0150.040.050.100.200.300.400.600.85吸附容量g(丙酮)/g（炭）0.2350.410.470.570.670.710.740.770.80 试绘出等温吸附线，并判断等温吸附类型。可用那种理论解释？并求出描述该吸附过程数学方程中的A、B值。 解：平衡实验数据如下：P/103Pa 1.52 4.05 5.07 10.13 20.26 30.39 40.52 60.78 86.11 XT 0.235 0.41 0.47 0.57 0.67 0.71 0.74 0.77 0.80 依题所给平衡数据，绘出等温吸附线。 10.2 图由图形可知符合朗氏等温线，即可用朗氏方程式描述。 任取曲线上两点q(4.05103、0.41)和s(40.52103、0.74)求朗氏等温吸附方程式XT=中的A、B值。将朗氏方程变换成下列形式，并代入两点数值。 A=XT+（XT/P）（1/B） A=0.41+(0.41/4.05103)(1/B) A=0.74+(0.74/40.52103)(1/B) 解上述方程得：A=0.81 B=0.2510-310.3 下表是lg活性炭在0及不同分压下吸附氮气毫升数（标准状态）。试按表中数据作出朗格谬尔等温吸附线，并确定活性炭吸附剂单分子层铺盖满时，所吸附氮气的体积VM及吸附系数B。 P/Pa 523.96 1730.52 3058.41 4534.28 7496.70 V/ml 0.987 3.043 5.082 7.047 10.31 解：朗氏等温吸附方程为： = 计算式中及P的值列入下表： P/V 530.86 568.69 601.81 643.43 727.13 P 523.96 1730.52 3058.41 4534.28 7496.70 根据以上实验数据作图得： 斜率1/Vm=0.025 截矩 1/Bvm=522.5 求得B=20900 Vm=40.09ml10.4 某CCL4车间产生CCL4蒸汽，车间内CCL4敞露面积5m2，车间内风速0.7m/s，试求室温下CCL4蒸汽的产生量。 解：G=（5.38+4.1u） （已知F=5m2 M=154 u=0.7m/s 且查表104得 A=33914 B=8.004） 解：根据log =- =- =2.06 则： CCL4蒸汽产生量：G=（5.38+4.10.7）114.85 =59.77kg/h10.5 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1.810-5PdS，此时气速 u=0.258m/s代入式（10.30） =220.24 P=220.244.2=924.99Pa10.6 已知某一固体吸附剂在吸附剂试料量0.7233g，试验温度313K下，吸附N2时得到的BET方程式为： = 试求该吸附剂的比表面积。 解：由BET方程得出Vm=0.722 又已知=13.810-10 No =6.0231023 吸附剂比表面积Sb= = =3.71010m2/g10.7 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 Yo= Gs=0.2W 则YoGs=0.270010-6 吸附床的穿透时间： = =4.051050.8 =3.23105s o=KZo=4.051050.16=0.65105s =b-o=(3.23-0.65) 105 =2.58105s =71.7h10.8 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：1.013105Pa和273k时，废气中H2S的摩尔数为 =1.076103mol/h 废气中H2S的质量为1.07610334=36.6kg/h 分子筛需用量 吸附周期为8h，所以吸附塔为分子筛的装 量为1228=976kg 吸附塔的体积为 第十一章 气态污染物的催化净化11.1 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5mm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N2=2.7810-5Pas，N2=1.25kg/m3,=0.92。 解：接触时间tno= = =5.610-5h 床层体积VR= = =0.72m3 床层高度：由式f= = =2.38m2 即，得D2=9.50m2 代入下式L= = =3.79m 床层阻力雷诺准数 Rem= = =4272 摩擦阻力系数： =1.79 计算压降 = =402.75Pa11.2 为减少SO2排放，拟用一催化剂将SO2转化为SO3。已知：进入催化器的总气量为7320kg/d，SO2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SO2的允许排放量56.75kg/d，试计算气流出口温度为多少。SO2氧化成SO3的反应热Q是171667J/mol，废气热容是3.475J/(gK)。 解：因为反应为绝热反应所以qB=0 反应后混合气体质量：反应式为SO2+1/202=SO3 反应的SO2量：230-56.75=173.25kg/d 所以产生的SO3量：173.2580/64=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11.29NrCpmdT=NToYAOdXA(-HR) 7363.313.475dT=7320320/7320dXA(-171667/64) 25587.5dT=616928.28dXA 且XAf=(230-56.75)/230=75.33% 代入上式并两边积分得： （T出-250）25587.51=616928.2875.33% 得T出=268.1611.3 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RA=-0.15（1-XA），单位：kmol/（