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/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

3

y?0.33xe1.95(1?x)2。

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）H0y示），试计算所需要的高度。

解：GB=10×0.89=8.9m/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。 故(3

?3.3G0.33L?0.33。其中G和L分别为气、液相的流量（以kg/m.h表

2

Ls0.124?0.02)min??1.53，L=1.53×1.75×8.9=23.8m/min。 GB0.0683

s

图解法可解得传质单元数为3.1。Hya?3.3?()0.33?2.39m。H=2.39×3.1=7.4m。

Ly

3

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的CCl4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CCl4蒸汽不会逸出？ 解：利用公式??220?0.1K??0?KL??0，将已知数据代入??505?0.2K??0。

，解得??K?2850min/m

??0?65min因此?max?2850?1?65?2785min7.7 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，当吸附CHCl3与空气混合气时，通过气速为20m/min，CHCl3的初始浓度为30g/m，设CHCl3蒸汽完全被吸附，已知活性炭对CHCl3的静活性为26.29%，解吸后炭层对CHCl3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：K3

3

?a?b(0.2629?0.0129)?230??95.8min/m ?3V?020?30?10 ?'1?KL?95.8min，x?aSL?b?(0.2629?0.0129)???12?1?230?45.2kg。

47.8 在温度为323K时，测得CO2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。

单位吸附剂吸附的CO2体积（cm/g） 30 51 67 81 93 104 解： XT cm/g 30 33气相中CO2的分压（atm） 1 2 3 4 5 6 P atm 1 lgXT 1.477 lgP 0 P/V 0.033 51 67 81 93 104 依据公式

2 3 4 5 6 1n1.708 1.826 1.909 1.969 2.017 0.301 0.477 0.602 0.699 0.778 0.039 0.045 0.049 0.054 0.058 XT?kP，对lgXT~lgP进行直线拟合：

XT?30P0.7，即K=30，n=1.43；

依据公式

P1P??VBVmVm，对P ~P/V进行直线拟合：

P?0.0289?0.005P， V5

3

即Vm=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，1.38×10Pa，废气量25400m/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，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=2.54×10×0.02×99.5%=505.46m/h，M=131.5。

由理想气体方程PV因此活性炭用量m04

3

3

?mRT得 M?100?3.75?103?4?5.36?104kg； 285.36?104??92.9m3。 体积V??577m07.10 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，平均粒径Dp=0.60cm，平均表面积a=600m/m。在上述操作条件下，吸附等温线方程为：Y=0.167X。

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

*

*

1.5

3

2

3

Y11.5)?0.282kg苯/kg硅胶，Y=0，X=0。 解：Y=0.025kg苯/kg干空气，X1?(0.1671

2

2

1故操作线方程为X=11.28Y。

当Y=Yb=0.0025kg苯/kg干空气时，X=11.28×0.0025=0.0282kg苯/kg硅胶。 Y*=0.167×0.0282=0.0008kg苯/kg干空气。

Y1dY?588.08，由此可求得?YbY?Y*Y?Y*1.5

近似值；

同时，

WeQbYdwWeYw?dw?wbw?wbf???(1?)??(1?)(?)

WbY0WAY0WAWbY0wawa由此求得f的近似值，列表如下： Y Y* 0 0 0 0.9 0 0 Yb= 0.0008 588.08 0.0025 0.0050 0.0022 361.90 0.0075 0.0041 294.93 0.0100 0.0063 272.24 0.0125 0.0088 273.37 0.0150 0.0116 296.12 0.0175 0.0146 350.46 Ye= 0.0200 NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K时，0.0179 475.00 1.184 0.821 0.709 0.682 0.712 0.808 1.032 1.184 2.005 2.714 3.396 4.108 4.916 5.948 0.1990 0.3371 0.4563 0.5709 0.6906 0.8265 1.0000 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1692 0.1035 0.0775 0.0631 0.0539 0.0476 0.0434 0.1692 0.2727 0.3502 0.4133 0.4671 0.5147 0.5580 ?=2.37kg/m，因此

3

G??v?2.37kg/(m2?s)，故

HOG

1.42DpG0.511.420.60?10?2?2.310.51()??()?0.07041m； =a?6001.835?10?5因此吸附区高度为H2=HOG.NOG=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） 而吸附床饱和区吸附苯蒸汽量?吸附床未饱和区吸附苯蒸汽量?因此总吸附量?(H2

(H?H2)?b(xT?0) H2?b(xT?0)(1?f)

?0.419)?625?0.282?0.419?625?0.282?0.442?320

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：RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化剂.min）。 催化剂堆积密度为580kg/m。

解：反应管转化率为xA时，反应速度为RA=－0.15（1－xA）mol/（kg催化剂.min）。 根据单管物料平衡可列出如下方程：0.15(1?其中

3

xA)?Adx?QdxA

A??4?(3.8?10?2)2?1.1?10?3m2，Q单位为mol/min。

dx?QdxA1?xA，对等式两边积分，即

数据代入并整理得0.0986680.098668?6.10dx?Q?0.740dxA1?xA，解得Q=0.447mol/min。

反应管数目：250/0.447＝560个。

7.12 为减少SO2向大气环境的排放量，一管式催化反应器用来把SO2转化为SO3。其反应方程式为：2SO2+O2－>2SO3总进气量是7264kg/d，进气温度为250C，二氧化硫的流速是227kg/d。假设反应是绝热进行且二氧化硫的允许排放量是56.75kg/d。试计算气流的出口温度。SO2反应热是171.38kJ/mol，热容是0.20J/(g.K)。

。

解：Q?227?56.755?171.38?4.56?10kJ ?364?10Q4.56?105??314K。 由Q?cm?T得?T?cm0.2?7264第八章 硫氧化物的污染控制

8.1 某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？ 解：火电厂排放标准700mg/m。

3%硫含量的煤烟气中SO2体积分数取0.3%。

3

3?64?103?8571mg； 22.48571?700因此脱硫效率为?100%?91.8%

8571则每立方米烟气中含SO2

8.2 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算： 1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少kg的CaCO3； 2）如果实际应用时CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3；

3）脱硫污泥中含有60%的水分和40êSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？ 解：1）CaCO3?SO2?2H2O?CaSO3?2H2O?CO2?

10064? m=1.5625kg m1kg3.6?2t?72kg，约去除72×0.9=64.8kg。 100100?64.8因此消耗CaCO m?1.3??132kg。

6464.81743）CaSO.2HO生成量 则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为同时排放灰渣77kg。 ?435t，?172?174kg；

0.4642）每燃烧1t煤产生SO2约

3

4

2

8.3 一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO2。尾气中含SO2为7.8%、O2为10.8%、N2为81.4%（体积）。如果第一级的SO2回收效率为98%，总的回收效率为99.7%。计算： 1）第二级工艺的回收效率为多少？

2）如果第二级催化床操作温度为420C，催化转化反应的平衡常数K=300，反应平衡时SO2的转化率为多少？其中，

。

K?ySO3ySO2?(yO2)0.5。

解：1）由?T?1?(1??1)(1??2)，99.7%?1?(1?98%)(1??2)，解得?2?85%。

2）设总体积为100，则SO27.8体积，O210.8体积，N281.4体积。经第一级催化转化后余SO20.156体积，O26.978体积，N281.4体积。设有x体积SO2转化，则总体积为(88.5?x)。 2