已知数据：kg?8.0?10?4kmol/(m2?MPa?s)，kL?3?10?5m/s，

DNH3,L/DH2SO4,L?1

解：反应方程式为：

11NH3?H2SO4?(NH4)2SO4

22为了使吸收过程以最快速率进行，硫酸浓度必须达到临界浓度。

?kgDNH30.5?8?10?43 (CH2SO4)c?()()pCO2??0.005?0.0667kmol/m?5kLDH2SO43?10吸收速率N?kgpCO2?8?10?8?0.005?4?10?10kmol/(m2?s)

7-9 用NaOH吸收气体中的NO2，NO2分压为0.005MPa，溶液中的

NaOH浓度为0.5mol/L，如果kg?5.0kmol/(m2?MPa?h)，kL?5?10?5m/s，

二级反应速率常数k2?104m3/(kmol?s)，HNO2?0.25kmol/(m3?MPa)，

DCO2,L?1.8?10?9m2/s，DNOH,L/DCOa2,L?1.7,试求吸收速率；并判断是否可用拟

一级反应模型计算？

解：对于二级不可逆反应:

M?DLk2CB,LkL?1.8?10?9?104?0.55?10?5?60

首先按气流主体二氧化氮分压计算二氧化氮在气-液界面CCO2,i值，如果按此值计算?i值已经很大，那么实际?i还会更大。

?i?1?DNaOH,LCNaOH/(?DCO2LCCO2,i)?1?1.7?0.5/(1?0.25?0.005)?681

由上述计算可知：

?i?2M,因此可用拟一级反应模型计算。此时??M

此吸收过程为不可逆反应，液流主体中二氧化氮平衡分压为零 吸收速率为

1H1??N?KL(C??CL)?KLC? 其中，带入数据得： KLkg?kL1H10.251?????513.18，KL?1.95?10?3m/s ?5KLkg?kL(5/3600)60?5?10N?KL(C??CL)?KLC??1.95?10?3?0.25?0.005?2.43?10?3kmol/(m2?s)

7-10 气体中CO2在?2000mm塔中被30℃的氨水鼓泡吸收，CO2含量由10％降低至1％，气量（STP）为6500m3/h，设氨水游离氨为0.3mol/L，操作压力0.56MPa（绝压），反应过程可视为虚拟一级不可逆反应，设氨水CO2的二级反应速率常数k2?300m3/(kmol?s)，鼓泡层液相混合均匀，试求鼓泡层的?、a、dVS和该塔所需净有效高度。

kL?3?10?4m/s 已知：HCO2?0.146kmol/(m3?MPa)，DCO2,L?1.5?10?9m2/s，

?L?960kg/m3，?L?0.9?10?3Pa?s ，氨水物性：kg?1.0kmol/(m2?MPa?h)，

，?L?6?10?2N/m。

解：按气相为平推流、液相为全混流的简化模型考虑，折合成反应条件下氨气的

加料速率为

6500?(303/273)?(0.1013/0.56)?1305m3/h 表观气速 uOG?气泡直径按

13053600???12?0.115m/s

?????0.5?gDR2?Ldvs?26???LDR??gDR3?L???L2?2?????0.12?u?OG?gDR??????0.12计算

0.115]?0.12

dVS?26?2?(9.81?22?9606?10?2)?0.5[9.81?23?9602(0.9?10)?32]?0.12?[(9.81?2)0.5?1.33?10?3m

?uOG?L???L?L?G??气含率按?C?44???(1??G)??L??g?L

?G(1??G)4?0.25(0.115?0.9?10?36?10?2)[3????724计算，对电解质C?0.25

960?(6?10?2)39.81?(0.9?10?3)7/24]?0.5 4经试差解得 ?G?0.2 比表面积 a?DLk2CNH3,LkL26?G6?0.223 ??902m/mdVS1.33?10?31.5?10?9?300?0.3(3?10?4)2?1.5

由题可知，此二级反应可按拟一级反应处理；

M??由M值不能判断该反应特征，需要进一步判别。

aL?V?LMkL3?10?4???221.7 DLa1.5?10?9?902MthM?0.97 所以?aL?1???1?aL?1??220.7 1??thM?1.5th1.5?1.26

MthM

总传质系数计算：

11111????KGkg?HkL(1/3600)1.26?0.146?3?10?4，KG?4.6?10?5kmol/(m2?MPa?s)

不可逆反应，忽略压力沿塔高的变化，用下式计算鼓泡反应器液位高度：

G??yA1(1?yA2)11?Z?ln????

KG?Pt?yA2(1?yA1)1?yA11?yA2?将上述值代入式（7-35）计算鼓泡塔高度 其中 G??65001?0.9??0.0231kmol/(m2?s) 222.43600???1

进口气相浓度y1?0.1（空气），出口气相浓度y2?0.01

故 Z?0.02310.56?4.6?10?5?902[ln0.1(1?0.01)11??]?2.49m

0.01(1?0.1)1?0.11?0.01

鼓泡层高度 L??2.49?(1?0.2)?3m

7-11在400K等温滴流床反应器中进行加氢脱硫反应，氢气的纯度为90％（其余为惰性气体）于3.0MPa下进入反应器，流量为36mol/s。该反应对氢气为一级，对含硫化合物为零级，反应速率常数等于2.5×10-5m3/(kg?s)，所用催化剂直径4mm，曲节因子为1.9，颗粒密度为1600kg/m3,空隙率为0.45，堆密度为960 kg/m3。反应器直径为2m，床层压降为2×10-2MPa/m。已知氢在液相中扩散系数DL=7×10-9m2/s，气膜阻力可以忽略，kL?=5×10-6m3/(kg?s), kASSe=3×10-5m3/(kg?s),氢气的溶解度系数

HH2?6.0kmol/(m3?MPa)。试计算氢的转化率达5％时所需催化剂床层高度。若不考虑反应器内压力变化，而按进口压力计算，催化剂床层高度为多少？

解：由于该反应为一级反应，按照题意可知反应速率方程为：

?dFA?kTCAg （1） dwdFA?AC?bkTCAg （2） dl将上式可以转化为：

?用此式计算催化剂床层高度。

设FO、FAO、FA分别进口气体摩尔流量、氢气进口摩尔流量及在床层高度l处摩尔流量。

床层高度l处的压力为：p?3.0?2?10?2l （3）

yA?FA?FO??FAO?FA?? (4) 根据理想气体状态方程，将（3）、（4）式代入得：

pyAFA(3.0?2?10?2l) (6) CAg??RTRT(FO?FAO?FA)把（6）代入式(2)得：

dFAFA(3.0?2?10?2l)???bACkT (7) dlRT(FO?FAO?FA)将（7）式积分得：

?bACkTRT?F??3.0?2?10ldl???1?????20FAO?LFAO?FAOFA???dFA (8) ?

整理得：

?bACkTRT(3.0L?2?10?2L2)?(FO?FAO)lnFAO?FAO?FA (9) FA式中L为催化剂床层高度，由式(9)可以看出，要想求出L,首先计算kT值， 宏观反应速率常数kT可由式(10)求得：

111111??(??) （10） kTkAg?HkAL?kASSekv?由上式看出?未知，可按前面章节的方法求出。

R梯尔模数??P3kpDe

式中有效散系数De可以用曲节因子?m和催化剂孔隙率?G按下式计算：

De??G?mDL?0.45?7?10?9?1.658?10?9m2/s 1.9kp??pk?1600?2.5?10?5?0.04s?1

??RP3kpDe?0.0020.04?3.275

31.658?10?9???所以??????0.2743 ??tanh?3??3??3.275tanh(3?3.275)3?3.275???1?11?1?11?根据题意，气膜阻力可以不计，则

1kAg??0，代入数据得：

111115 ?(??)?3.6?10kT6.05.0?10?63?10?50.27?2.5?10?5kT?2.78?10?6m/(kg?s)

3FAO?0.03?0.9?0.027kmol/s。根据题意知FO?0.03 kmol/s。要求转化率5％，

所以FA?0.027(1?0.05)?0.02565kmol/s。AC???4??22??m2。

R?8.314?10?3MPa?m3/(kmol?K)将上列各值代入 （9）式得：

960???2.78?10?6400?8.314?10?3后：2?10?2L2?3L?1.785?0

(3L?2?10?2L2)?(0.03?0.027)ln0.027?0.03?0.02565 简化0.02565解得催化剂床层高度为1.2m。

若不考虑反应器内压力变化，而按进口压力计算,式（8）变成：

?bACkT?3RTL?0dl???FO?FAO??1?FAFAO?FA????dFA ?代入数据得：

960???2.78?10?6?3400?8.314?10?3L?0.596m

L?(0.03?0.027)ln0.027?0.03?0.02565，解方程： 0.02565