第十、十一章凈化氣態(tài)污染物.doc

第十章 吸附法凈化氣態(tài)污染物10.1 常壓和30下，用活性炭吸附回收某廠廢氣中的丙酮蒸氣，廢氣中丙酮含量為11.6%（體積計），若其吸附等溫線符合朗格繆爾方程（A=0.80，B=0.2510-3）試求：（1）活性炭的飽和吸附量；（2）若廢氣量為1000m3/h（操作狀態(tài)），要吸附其中丙酮的99%需要多少kg活性炭？（3）用飽和蒸氣脫附，直至離開的氣流中丙酮含量降至0.16%(體積計)，丙酮的回收率是多少？ 解：由題意，其朗格繆爾方程式為： = 則活性炭的飽和吸附量為0.8g丙酮/g活性炭 需要吸附的丙酮量為 =4.6258 =268kg/h 活性炭需要量為： 丙酮入氣含量為11.6%，出口含量為1.6%， 則其回收率為 =98.6%10.2 在308K等溫條件下，總壓Po=1.013105Pa，用活性炭吸附含有丙酮蒸氣（空氣中）的吸附平衡實驗數(shù)據(jù)如下：對比壓力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 試繪出等溫吸附線，并判斷等溫吸附類型?？捎媚欠N理論解釋？并求出描述該吸附過程數(shù)學(xué)方程中的A、B值。 解：平衡實驗數(shù)據(jù)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 依題所給平衡數(shù)據(jù)，繪出等溫吸附線。 10.2 圖由圖形可知符合朗氏等溫線，即可用朗氏方程式描述。 任取曲線上兩點q(4.05103、0.41)和s(40.52103、0.74)求朗氏等溫吸附方程式XT=中的A、B值。將朗氏方程變換成下列形式，并代入兩點數(shù)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及不同分壓下吸附氮氣毫升數(shù)（標準狀態(tài)）。試按表中數(shù)據(jù)作出朗格謬爾等溫吸附線，并確定活性炭吸附劑單分子層鋪蓋滿時，所吸附氮氣的體積VM及吸附系數(shù)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：朗氏等溫吸附方程為： = 計算式中及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 根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)作圖得： 斜率1/Vm=0.025 截矩 1/Bvm=522.5 求得B=20900 Vm=40.09ml10.4 某CCL4車間產(chǎn)生CCL4蒸汽，車間內(nèi)CCL4敞露面積5m2，車間內(nèi)風(fēng)速0.7m/s，試求室溫下CCL4蒸汽的產(chǎn)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：根據(jù)log =- =- =2.06 則： CCL4蒸汽產(chǎn)生量：G=（5.38+4.10.7）114.85 =59.77kg/h10.5 用活性氧化鋁作吸附劑的固定床吸附器，床層直徑1.1m，處理氣量為0.245m3/s，吸附劑為柱形，直徑dp3mm，柱高4.2m，填充空隙率為0.55，氣體吸附溫度為20，試計算氣體通過吸附床壓降為多少？ 解：查得20，101.325kPa下空氣密度1.2kg/m3，動力粘度為1.810-5PdS，此時氣速 u=0.258m/s代入式（10.30） =220.24 P=220.244.2=924.99Pa10.6 已知某一固體吸附劑在吸附劑試料量0.7233g，試驗溫度313K下，吸附N2時得到的BET方程式為： = 試求該吸附劑的比表面積。 解：由BET方程得出Vm=0.722 又已知=13.810-10 No =6.0231023 吸附劑比表面積Sb= = =3.71010m2/g10.7 有一處理油漆溶劑的活性炭吸附罐，裝填厚度為0.8m，活性炭對溶劑的凈活性為13%，填充密度為436kg/m3，吸附罐的死層為0.16m，氣體流速為0.2m/s；氣體含溶劑濃度為700mg/m3，試問該吸附器的保護作用時間為多長？ 解：設(shè)1m3氣體質(zhì)量為wkg Yo= Gs=0.2W 則YoGs=0.270010-6 吸附床的穿透時間： = =4.051050.8 =3.23105s o=KZo=4.051050.16=0.65105s =b-o=(3.23-0.65) 105 =2.58105s =71.7h10.8 常壓和25下某車間每小時排放104m3的廢氣中含有0.2632%（體積計）的H2S，擬用分子篩脫除99%的H2S分子，分子篩的堆積密度為730kg/m3，吸附塔操作周期為：吸附5h，脫附再生2h，冷卻1h，試確定飽和吸附量為30%（重量）時分子篩用量和吸附塔的尺寸。 解：1.013105Pa和273k時，廢氣中H2S的摩爾數(shù)為 =1.076103mol/h 廢氣中H2S的質(zhì)量為1.07610334=36.6kg/h 分子篩需用量 吸附周期為8h，所以吸附塔為分子篩的裝 量為1228=976kg 吸附塔的體積為 第十一章 氣態(tài)污染物的催化凈化11.1 用氨催化還原法治理硝酸車間排放含有NOx的尾氣。尾氣排放量為13000m3/h（標態(tài)），尾氣中含有NOx為0.28%、N2為95%、H2O為1.6%，使用的催化劑為5mm球形粒子，反應(yīng)器入口溫度為493K，空速為18000h-1，反應(yīng)溫度為533K，空氣速度為1.52m/s。求： （1）催化固定床中氣固相的接觸時間； （2）催化劑床層體積； （3）催化床床層層高； （4）催化劑床層的阻力。 提示：在尾氣中N2的含量很高，在計算時可取用N2的物理參數(shù)直接計算。在533K時N2=2.7810-5Pas，N2=1.25kg/m3,=0.92。 解：接觸時間tno= = =5.610-5h 床層體積VR= = =0.72m3 床層高度：由式f= = =2.38m2 即，得D2=9.50m2 代入下式L= = =3.79m 床層阻力雷諾準數(shù) Rem= = =4272 摩擦阻力系數(shù)： =1.79 計算壓降 = =402.75Pa11.2 為減少SO2排放，擬用一催化劑將SO2轉(zhuǎn)化為SO3。已知：進入催化器的總氣量為7320kg/d，SO2的質(zhì)量流速為230kg/d，進氣溫度為250。假如反應(yīng)是絕熱反應(yīng)，并要求不大于SO2的允許排放量56.75kg/d，試計算氣流出口溫度為多少。SO2氧化成SO3的反應(yīng)熱Q是171667J/mol，廢氣熱容是3.475J/(gK)。 解：因為反應(yīng)為絕熱反應(yīng)所以qB=0 反應(yīng)后混合氣體質(zhì)量：反應(yīng)式為SO2+1/202=SO3 反應(yīng)的SO2量：230-56.75=173.25kg/d 所以產(chǎn)生的SO3量：173.2580/64=216.56kg/d 則反應(yīng)后混合氣體流量：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% 代入上式并兩邊積分得： （T出-250）25587.51=616928.2875.33% 得T出=268.1611.3 將處理量為25mol/min的某一種污染物送入催化反應(yīng)器，要求達到74%的轉(zhuǎn)化率。假定采用長6.lm，直徑為3.8cm管式反應(yīng)管，試求所需催化劑量及反應(yīng)管數(shù)。設(shè)反應(yīng)速度為RA=-0.15（1-XA），單位：kmol/（