《大气污染控制技术》习题七 第七章 气态污染物控制技术基础
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7.1 某混合气体中含有2%（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30C，总压强为
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500kPa。从手册中查得30C时在水中的亨利系数E=1.88×105kPa，试求溶解度系数H及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。
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解：由亨利定律P*=Ex，500×2%=1.88×105x，x=5.32×105。
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由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32×105=376。
－
因x=5.32×105很小，故CCO2=2.96mol/m3。
H?C2.96??2.96?10?4mol/(m3?Pa) *3P500?2%?10－
100g与气体平衡的水中约含44×100×5.32×105/18=0.013g。
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7.2 20C时O2溶解于水的亨利系数为40100atm，试计算平衡时水中氧的含量。 解：
在1atm下O2在空气中含量约0.21。0.21=4.01×104x
－
解得O2在水中摩尔分数为x=5.24×106。
7.3 用乙醇胺（MEA）溶液吸收H2S气体，气体压力为20atm，其中含0.1%H2S（体积）。吸收剂中含0.25mol/m3的游离MEA。吸收在293K进行。反应可视为如下的瞬时不可逆反
??应：H2S?CH2CHCH2NH2?HS?CH2CHCH2NH3。
已知：kAla=108h1，kAga=216mol/m3.h.atm，DAl=5.4×106m2/h，DBl=3.6×106m2/h。 试求单位时间的吸收速度。 解： 》
20C时H2S E=0.489×105kPa，分压20atm×0.1%=2.03kPa。
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P*=Ex，x=P*/E=4.15×105，故C*H2S=2.31mol/m3。
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H=C/P*=2.3/（2.03×103）=1.14×103mol/（m3.Pa）=115mol/（m3.atm） 由
－－－
1H11151?????0.542,KAl?1.85h?1。 KAlkgkl216108*3NA?KAl(CH2S?CH2S)?1.85?2.31?4.3mol/(m?h)。
7.4 在吸收塔内用清水吸收混合气中的SO2，气体流量为5000m3N/h，其中SO2占5%，要求SO2的回收率为95%，气、液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y*=26.7X，试求：
1）若用水量为最小用水量的1.5倍，用水量应为多少？ 2）在上述条件下，用图解法求所需的传质单元数。 解：
GB=5000×0.95=4750m3N/h。
Y1=0.053，Y2?(5000?4750)?5%?2.63?10?3；
4750(LSY?Y20.053?0.00263)min?1??25.4。 GBXmax?00.053/26.7因此用水量Ls=25.4GB×1.5=1.81×105m3N/h。 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10m3/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y?0.33xe1.95(1?x)。 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?3.3G0.33?0.332L。其中G和L分别为气、液相
的流量（以kg/m2.h表示），试计算所需要的高度。 解：
GB=10×0.89=8.9m3/min，Y1=0.124，Y2=0.02。作出最小用水时的操作线，xmax=0.068。 故(Ls0.124?0.02)min??1.53，Ls=1.53×1.75×8.9=23.8m3/min。 GB0.068图解法可解得传质单元数为3.1。Hy?3.3?()aL0.33?2.39m。Hy=2.39×3.1=7.4m。
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/m3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??KL??0，将已知数据代入?因此?max?2850?1?65?2785min。
7.7 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/m3，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/m3，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：
?220?0.1K??0?K?2850min/m，解得?
??0?65min?505?0.2K??0K?a?b(0.2629?0.0129)?230??95.8min/m ?3V?020?30?10' ??KL?95.8min，x?aSL?b?(0.2629?0.0129)?1 ??12?1?230?45.2kg。
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7.8 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（cm3/g） 30 51 67 81 93 104 解： XT cm3/g 30 51 67 81 93 104 1n气相中CO2的分压（atm） 1 2 3 4 5 6 P atm 1 2 3 4 5 6 lgXT 1.477 1.708 1.826 1.909 1.969 2.017 lgP 0 0.301 0.477 0.602 0.699 0.778 P/V 0.033 0.039 0.045 0.049 0.054 0.058 0.7依据公式XT?kP，对lgXT~lgP进行直线拟合：XT?30P，即K=30，n=1.43；
依据公式
P1PP??，对P ~P/V进行直线拟合：?0.0289?0.005P， VBVmVmV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，1.38×105Pa，废气量25400m3/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/m3，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=2.54×104×0.02×99.5%=505.46m3/h，M=131.5。
由理想气体方程PV?mRT得 MPVM1.38?105?505.46?131.5m???3.75?103kg/h
RT8.31?294因此活性炭用量m0?100?3.75?103?4?5.36?104kg； 285.36?104??92.9m3。 体积V??577m0
7.10 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/m3，平均粒径Dp=0.60cm，平均表面积a=600m2/m3。在上述操作条件下，吸附等温线方程为：Y*=0.167X1.5。
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
HOY?0.00237(DpG/?)0.51
解：
YY1=0.025kg苯/kg干空气，X1?(1)1.5?0.282kg苯/kg硅胶，Y2=0，X2=0。
0.167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*=0.167×0.02821.5=0.0008kg苯/kg干空气。
Y1dY，由此可求得近似值； ?588.08**?YbY?YY?Y1同时， f?WeQbYdwWeYw?dw?wbw?wb??(1?)??(1?)(?) WbWbY0WAY0WAY0wawaYdYdYWeY?YbY?Y*?YbY?Y*?) ??(1?)(WbYeYedYdYY0?YbY?Y*?YbY?Y*Y?dY由此求得f的近似值，列表如下： Y Y* 1dY **Y?YY?Y0 1.184 0.821 0.709 0.682 0.712 0.808 1.032 dY?YbY?Y* W?Wb 1?Y (1?Y)dw Y0WAY0WaY?wewb(1?Ydw) Y0WAYb= 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= 0.0179 475.00 0.0200 0 1.184 2.005 2.714 3.396 4.108 4.916 5.948 0 0.1990 0.3371 0.4563 0.5709 0.6906 0.8265 1.0000 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0 0.1692 0.1035 0.0775 0.0631 0.0539 0.0476 0.0434 0 0.1692 0.2727 0.3502 0.4133 0.4671 0.5147 0.5580 NOG=5.948，f=0.5580；2atm，298K时，?=2.37kg/m3，因此G??v?2.37kg/(m?s)，
21.42DpG0.511.420.60?10?2?2.310.51()??()?0.07041m； 故HOG=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/m2） 而吸附床饱和区吸附苯蒸汽量?(H?H2)?b(xT?0) 吸附床未饱和区吸附苯蒸汽量?H2?b(xT?0)(1?f)
因此总吸附量?(H?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/m3。 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?xA)?Adx?QdxA 其中A??4?(3.8?10?2)2?1.1?10?3m2，Q单位为mol/min。
dxA，对等式两边积分，即
1?xA数据代入并整理得0.098668dx?Q0.098668?6.10dx?Q?0.740dxA，解得Q=0.447mol/min。 1?xA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
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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
大气污染控制技术第七章习题及答案
