环境工程原理习题集.pdf

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1、第 八 章 吸 收 8.1在 30,常 压 条 件 下，用 吸 收 塔 清 水 逆 流 吸 收 空 气-S02混 合 气 体 中 的 S02,已 知 气-液 相 平 衡 关 系 式 为 V=4 7.8 7 X,入 塔 混 合 气 中 SO2摩 尔 分 数 为 0.05,出 塔 混 合 气 SO2摩 尔 分 数 为 0.002,出 塔 吸 收 液 中 每 100 g 含 有 SO2 0.356 g,试 分 别 计 算 塔 顶 和 塔 底 处 的 传 质 推 动 力，用 绅、以、邸、心 表 示。解：（1）塔 顶 出 塔 SO2的 摩 尔 分 数 为 y2=0.002,入 塔 吸 收 液 中 SO2

2、的 摩 尔 分 数 为 4=0所 以 与 出 塔 气 相 平 衡 的 吸 收 液 摩 尔 分 数 为 彳 2*=0.002/47.87=4.17x10-5与 入 塔 吸 收 液 平 衡 的 气 相 摩 尔 分 数 为*=0所 以 Ax2=&*-=4.17x10-5-0=4.17x10-5Ay2=y2%*=0.002-0=0.002 2=101325 x=101.325 x 0.002=0.2026 kPa忽 略 吸 收 液 中 溶 解 的 SO2，则 摩 尔 浓 度 可 计 算 为 c=1000/18=55.6mol/LAq=55.6 X AX,=55.6x4.17xl（T=0.00232 m

3、ol/L（2）塔 底 入 塔 SO2的 摩 尔 分 数 为 弘=0.05,出 塔 吸 收 液 中 SO2的 摩 尔 分 数 为 玉 0.356/64100/18=0.001所 以 与 入 塔 气 相 平 衡 的 吸 收 液 摩 尔 分 数 为 X；=0.05/47.87=0.0010444与 出 塔 吸 收 液 平 衡 的 气 相 摩 尔 分 数 为 凹*=47.87罚=47.87x0.001=0.04787所 以=0.0010444 0.001=4.44x10-5幼=乂 一%*=0.05-0.04787=0.00213 p,=101.325 x=101.325 x 0.00213=0.215

4、8 kPaAc】=55.6xAX1=55.6x4.44x10-5=ooo247 mol/L8.2吸 收 塔 内 某 截 面 处 气 相 组 成 为 广。5,液 相 组 成 为 x=0 O,两 相 的 平 衡关 系 为 V=2x,如 果 两 相 的 传 质 系 数 分 别 为 号=125x10-5 k m o l/(m2.s),=L 2 5 x l5kmol/(m2-s),试 求 该 截 面 上 传 质 总 推 动 力、总 阻 力、气 液 两 相 的 阻 力 和 传 质 速 率。解：与 气 相 组 成 平 衡 的 液 相 摩 尔 分 数 为/=2x=2x0.01=0.02所 以，以 气 相 摩

5、尔 分 数 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力 为 y=N _ y*=0.05-0.02=0.03同 理，与 液 相 组 成 平 衡 的 气 相 摩 尔 分 数 差 为 x*=0.05/2=0.025所 以，以 液 相 摩 尔 分 数 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力 为 Ar x x 0.025 0.01=0.015以 液 相 摩 尔 分 数 差 为 推 动 力 的 总 传 质 系 数 为 K,=-1-=-=0.83x10-5l/kx+/m ky 1/(1.25X 10-5)+1/(2X 1.25X W5)kmol/(m-s)以 气 相 摩 尔 分 数 差 为 推 动 力 的 总

6、传 质 系 数 为=储/机=0.83x10-5/2=0.42x10-5传 质 速 率 3=K Q c=0.83x10-5x0.015=1.25x10-7 kmol/(m2-s)或 者 NA=Kv y=0.42x 10-5xo.O3=1.26x10-7 kmol/(m2-s)以 液 相 摩 尔 分 数 差 为 推 动 力 的 总 传 质 系 数 分 析 传 质 阻 力 总 传 质 阻 力 1/K*=1/(0.83 x 1 O f)=1.20 x 1 O(m2-s)/kmol其 中 液 相 传 质 阻 力 为 1/A:v=1/(1.25 x 10-5)=0.8 x 105(m2-s)/kmol占

7、总 阻 力 的 66.7%气 膜 传 质 阻 力 为 1/mkv=1/(2 x 1.25 x 1 O)=0.4 x 105(m2-s)/kmol占 总 阻 力 的 33.3%8.3用 吸 收 塔 吸 收 废 气 中 的 S 0 2,条 件 为 常 压，30,相 平 衡 常 数 为 机=26.7,在 塔 内 某 截 面 上，气 相 中 SO2分 压 为 4.1 k P a,液 相 中 S02浓 度 为 0.05kmol/n?,气 相 传 质 系 数 为 绘=16x10-km ol/OfhkPa）,液 相 传 质 系 数 为&=0 3 9 m/h,吸 收 液 密 度 近 似 水 的 密 度。试 求

8、：（1）截 面 上 气 液 相 界 面 上 的 浓 度 和 分 压；（2）总 传 质 系 数、传 质 推 动 力 和 传 质 速 率。解：（1）设 气 液 相 界 面 上 的 压 力 为 口，浓 度 为 q忽 略 SO,的 溶 解，吸 收 液 的 摩 尔 浓 度 为,=1000/18=55.6kmol/m3溶 解 度 系 数”=2=0.0206 kmol/(kPam3)叫 26.7x101.325在 相 界 面 上，气 液 两 相 平 衡，所 以 令=0.0206p,又 因 为 稳 态 传 质 过 程，气 液 两 相 传 质 速 率 相 等，所 以 七(P-P；)=(c,-c)所 以 1.5

9、x 10f x(4.1-2)=0.39 x(C/-0.05)由 以 上 两 个 方 程，可 以 求 得 Pj=3.52 kPa,c,=0.0724 kmol/m3(2)总 气 相 传 质 系 数 1 1 7Kc=-l/-k-=-7-；=0.00523 kmol/(m2-h kPa)G+/H k,1/0.015+1/(0.0206x0.39)总 液 相 传 质 系 数 储=K G/=0.00523/0.0206=0.254 m/h与 水 溶 液 平 衡 的 气 相 平 衡 分 压 为 p*=。/=0.05/0.0206=2.43 kPa所 以 用 分 压 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力

10、为 2=p-P*=4.1-2.43=1.67 kPa与 气 相 组 成 平 衡 的 溶 液 平 衡 浓 度 为 c*=Hp=0.0206x4.1=0.084 kmol/m3用 浓 度 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力 为 Ac=c*-c=0.084-0.05=0.034 kmol/m3传 质 速 率 NA=右 邸=0.00523 x 1.67=0.0087 kmol/(m2-h)或 者 1=KL C=0.254 x 0.034=0.0086 kmol/(m2-h)8.4 101.3kPa操 作 压 力 下，在 某 吸 收 截 面 上，含 氨 0.03摩 尔 分 数 的 气 体 与 氨 浓

11、 度 为 lkm ol/n?的 溶 液 发 生 吸 收 过 程，已 知 气 膜 传 质 分 系 数 为 七=5 XMkmol/(m2-s-kPa),液 膜 传 质 分 系 数 为 2 操 作 条 件 下 的 溶 解 度 系 数 为 H=0.73 kmol/(m2 k P a),试 计 算：(1)界 面 上 两 相 的 组 成；(2)以 分 压 差 和 摩 尔 浓 度 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力、总 传 质 系 数 和 传 质 速 率;(3)分 析 传 质 阻 力，判 断 是 否 适 合 采 取 化 学 吸 收，如 果 采 用 酸 溶 液 吸 收，传 质 速 率 提 高 多 少。假

12、设 发 生 瞬 时 不 可 逆 反 应。解：(1)设 气 液 相 界 面 上 的 压 力 为 化，浓 度 为 q因 为 相 界 面 上，气 液 平 衡，所 以 q=0.73p,气 相 中 氨 气 的 分 压 为 p=0.03xl01.3=3.039kPa稳 态 传 质 条 件 下，气 液 两 相 传 质 速 率 相 等，所 以(P-化)=U(q-c)5xlO-6x(3.O39-p;)=1.5xlO x(c,-l)根 据 上 面 两 个 方 程，求 得 P：=1.44kPa,ci-1.05 kmol/m3(2)与 气 相 组 成 平 衡 的 溶 液 平 衡 浓 度 为 c-H p-0.03xl0

13、1.3x0.73=2.22kmol/m3用 浓 度 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力 为 Ac=c*-c=2.22-1=1.22 kmol/m3与 水 溶 液 平 衡 的 气 相 平 衡 分 压 为 p=c/7=l/0.73=1.370kPa所 以 用 分 压 差 表 示 的 总 传 质 推 动 力 为 p-p*=3.039-1.370=1.669 kPa总 气 相 传 质 系 数 Kc-=-；-7-r-4.78x10-6 kmol/(m2-s-kPa)/kG+/H kL 1/(5X 10-6)+1/(0.73X 1.5X 10-4)总 液 相 传 质 系 数 K,=儿/=4.78xIO

14、/o 73=6.55xl0-6m/s传 质 速 率 NA=KG P=4.78 X1 OF x 1.669=7.978 x 1 O _6 kmol/（m2-s）NA=KL C=6.55 x 10-6 x 1.22=7.991 x 10-6 kmol/（m2-s）（3）以 气 相 总 传 质 系 数 为 例 进 行 传 质 阻 力 分 析 总 传 质 阻 力 1/K。=1/（4.78*10石）=2.092*105（m2.s-kPa）/kmol其 中 气 膜 传 质 阻 力 为 1/=1/（5 x 10-6）=2 x 105（m2-skPa）/kmol占 总 阻 力 的 95.6%液 膜 传 质 阻

15、 力 为 1/叫=1/（O.73 x 1.5 x 1 O-4）=9.1 x 103（m2-s-kPa）/kmol占 总 阻 力 的 4.4%所 以 这 个 过 程 是 气 膜 控 制 的 传 质 过 程，不 适 合 采 用 化 学 吸 收 法。如 果 采 用 酸 液 吸 收 氨 气，并 且 假 设 发 生 瞬 时 不 可 逆 反 应，则 可 以 忽 略 液 膜 传 质 阻 力，只 考 虑 气 膜 传 质 阻 力，则 尼=5x10kmoWnFs-kPa）,仅 仅 比 原 来 的 传 质 系 数 提 高 了 4.6%,如 果 传 质 推 动 力 不 变 的 话，传 质 速 率 也 只 能 提 高

16、4.6%。当 然，采 用 酸 溶 液 吸 收 也 会 提 高 传 质 推 动 力，但 是 传 质 推 动 力 提 高 的 幅 度 很 有 限。因 此 总 的 来 说 在 气 膜 控 制 的 吸 收 过 程 中，采 用 化 学 吸 收 是 不 合 适 的。8.5 利 用 吸 收 分 离 两 组 分 气 体 混 合 物，操 作 总 压 为 310kP a,气、液 相 分 传 质 系 数 分 别 为 L3-77xl0 kmol/（m2，s）、=3 06x1 kmol/（m2-s）,气、液 两 相 平 衡 符 合 亨 利 定 律，关 系 式 为 P*=067x10晨（p*的 单 位 为 kPa）,计

17、算：（1）总 传 质 系 数；（2）传 质 过 程 的 阻 力 分 析；（3）根 据 传 质 阻 力 分 析，判 断 是 否 适 合 采 取 化 学 吸 收，如 果 发 生 瞬 时 不 可 逆 化 学 反 应，传 质 速 率 会 提 高 多 少 倍？解：（1）相 平 衡 系 数，=Z=L 6 7 x l4=34.4p 310所 以，以 液 相 摩 尔 分 数 差 为 推 动 力 的 总 传 质 系 数 为 K,=-1-=,-n一-n=3.05 x KT,kmol/（x!kx+/m ky 1/（3.06X 10-4）+1/（34.4X 3.77X 10-3）2m-s)以 气 相 摩 尔 分 数

18、差 为 推 动 力 的 总 传 质 系 数 为 K,=K J m=3.05 x 107/34.4=0.89xl05 kmol/(m2-s)(2)以 液 相 摩 尔 分 数 差 为 推 动 力 的 总 传 质 阻 力 为 1 1 1-=-1-K,kx mky13.05x10-4=3.28x103其 中 液 膜 传 质 阻 力 为 1/幻=l/(3.06x 10-4)=3.27x103,占 总 传 质 阻 力 的 99.7%气 膜 传 质 阻 力 为 1/a勺,=1/(34.4x3.77x10-3)=7.71,占 传 质 阻 力 的 0.3%所 以 整 个 传 质 过 程 为 液 膜 控 制 的

19、传 质 过 程。(3)因 为 传 质 过 程 为 液 膜 控 制，所 以 适 合 采 用 化 学 吸 收。如 题 设 条 件，在 化 学 吸 收 过 程 中，假 如 发 生 的 是 快 速 不 可 逆 化 学 反 应，并 且 假 设 扩 散 速 率 足 够 快,在 相 界 面 上 即 可 完 全 反 应，在 这 种 情 况 下，可 等 同 于 忽 略 液 膜 阻 力 的 物 理 吸 收 过 程，此 时 Kx=mkv=34.4 x 3.77 xlO-3=0.13 kmol/(m2-s)与 原 来 相 比 增 大 了 426倍 8.6 已 知 常 压 下，20 时，CO?在 水 中 的 亨 利 系

20、 数 为 1.44xl(y5kpa,并 且 已 知 以 下 两 个 反 应 的 平 衡 常 数 C O2+H2O H2C O3 4=2.5x10-3 kmoi/m3H,CO,H+HCO；K2=1.7x10：1Z,2 3 3 2 kmol/m3若 平 衡 状 态 下 气 相 中 的 CO2分 压 为 lOkPa,求 水 中 溶 解 的 CO2的 浓 度。(CO2在 水 中 的 一 级 离 解 常 数 为 K=4.3x10 kmol/m3,实 际 上 包 含 了 上 述 两 个 反 应 平 衡，K=K&)解：首 先 求 得 液 相 中 CO2的 浓 度 由 亨 利 定 律 x=p/=10/(1.4

21、4x105)=6.94x10-5忽 略 C 02的 溶 解，吸 收 液 的 摩 尔 浓 度 为=1000/18=55.6 kmol/m3所 以 C02=C o X=55.6x6.94xlO-5=3.86xl(f3 kmol/n?由 反 应 C 0,+H,0 H2co3,得&=毕 2 2 2 3 CO27/2CO3=CO2=3.86X10-3X2.5X10-3=9.65X10-6 kmol/m3由 反 应 H2cO3 H+HCO3-,得 JHCO=2/2CO3=J 1.7 x l 9.65x1 C T5=4 05x IO-5 kmol/m3所 以 水 中 溶 解 的 CO2总 浓 度 为 CO2

22、+H2CO+HCO；=3.86x IO-3+4.05 xlO-5+9.65 x IO-6=3.90 x10-3kmol/m8.7 在 两 个 吸 收 塔 a、b 中 用 清 水 吸 收 某 种 气 态 污 染 物，气-液 相 平 衡 符 合 亨 利 定 律。如 下 图 所 示，采 用 不 同 的 流 程，试 定 性 地 绘 出 各 个 流 程 相 应 的 操 作 线 和 平 衡 线 位 置，并 在 图 上 标 出 流 程 图 中 各 个 浓 度 符 号 的 位 置。X2a图 8-1解：x2a xla X习 题 8.7图 示.v-L rX2b xlb X(a)Xu X X2b x,b X(b)Y

23、 Y(c)图 8-2 习 题 8.7图 中 各 流 程 的 操 作 线 和 平 衡 线 8.8 用 吸 收 法 除 去 有 害 气 体，已 知 操 作 条 件 下 相 平 衡 关 系 为 K=L 5 x,混 合 气 体 初 始 含 量 为 必 二，吸 收 剂 入 塔 浓 度 为 毛=0 1,液 气 比 为 2。已 知 在 逆 流 操 作 时，气 体 出 口 浓 度 为 为=。5。如 果 操 作 条 件 不 变，而 改 为 并 流 操 作，气 体 的 出 口 含 量 是 多 少？逆 流 操 作 吸 收 的 溶 质 是 并 流 操 作 的 多 少 倍？假 设 总 体 积 传 质 系 数 不 变。解

24、：逆 流 操 作 时，液 体 出 口 含 量 为$=%一 8)+x(01-0.005)+0.001=0.0485q“L 2平 均 传 质 推 动 力(凹-m x J T%加%2)(0.1-1.5 x 0.0485)-(0.005-1.5 x 0.001),y,-mx.=,0.1-1.5x0.0485=00 1157In-L In-y2-mx2 0.005-1.5x0.001传 质 单 元 数 为 N Gy,-jr2 0.1-0.005Ay,0.01157改 为 并 流 操 作 后，体 积 传 质 系 数 不 变，所 以 传 质 单 元 高 度 不 变，传 质 单 元 数 也 不 变。联 立 并

25、 流 操 作 的 物 料 衡 算 和 传 质 单 元 数 计 算 式 工=陛(必 一 只)+&q LN QGM F=ln-(必 一 加)一(8 一 如；)叫 g y2-mxw-一 叫 q”L”-mx；将 数 值 代 入 以 上 两 式，求 得 立=0.044,X；=0.0291逆 流 和 并 流 操 作 所 吸 收 的 溶 质 量 之 比 为 N 逆=KraQhAy,“逆=一 8)=0.1-0.005N 并 并 qn L(yi-y2)0.1-0.0448.9 在 吸 收 塔 中，用 清 水 自 上 而 下 并 流 吸 收 混 合 废 气 中 的 氨 气。已 知 气 体 流 量 为 1000m3

26、/h（标 准 状 态），氨 气 的 摩 尔 分 数 为 0.01,塔 内 为 常 温 常 压，此 条 件 下 氨 的 相 平 衡 关 系 为 片=093丫，求：（1）用 5 m3/h的 清 水 吸 收，氨 气 的 最 高 吸 收 率；（2）用 10m3/h的 清 水 吸 收，氨 气 的 最 高 吸 收 率；（3）用 5 m3/h的 含 氨 0.5%（质 量 分 数）的 水 吸 收，氨 气 的 最 高 吸 收 率。解：（1）气 体 的 流 量 为 I。I 0 0 4）=12.4mol/s3600(5X 103X103/18)液 体 的 流 量 为-=77.2 mol/s3600假 设 吸 收 在

27、 塔 底 达 到 平 衡 贝 I J 77.2x(y*/0.93)=12.4x(0.01-P),所 以 Y*=0.0013所 铲 八 以 1 包 最 大 吸 心 收 右 率 4为(p=-0-.-0-1-0-.-0-0-1-3-=0.8o7(1000 xlO3/22.4)(2)气 体 的 流 量 为-=12.4mol/s3600液 体 的 流 量 为(10X103X 103/18)3600154.4 mol/s假 设 吸 收 在 塔 底 达 到 平 衡则 154.4 x(y*/0.93)=12.4x(o.o 1-丫*),所 以 Y*=0.0007所 以 最 大 吸 收 率 为 00.01-0.0

28、007=Q j 9 30.01（3）吸 收 剂 中 氨 的 摩 尔 分 数 为（5X103X103 X 0.005/17）7-；L=0.0053（5X103X103/18）假 设 吸 收 在 塔 底 达 到 平 衡 则 77.2 x(y*/0.93-0.0053)=12.4x(0.01-X*),所 以 Y*=0.0056所 以 最 大 吸 收 率 为 00.01-0.0056-=0.440.018.10用 一 个 吸 收 塔 吸 收 混 合 气 体 中 的 气 态 污 染 物 A,已 知 A 在 气 液 两 相 中 的 平 衡 关 系 为 气 体 入 口 浓 度 为 乂=/，液 体 入 口 浓

29、 度 为 f=创，（1）如 果 要 求 吸 收 率 达 到 8 0%,求 最 小 气 液 比；（2）溶 质 的 最 大 吸 收 率 可 以 达 到 多 少，此 时 液 体 出 口 的 最 大 浓 度 为 多 少？解：（1）气 相 入 口 摩 尔 比 X=一=里=0.11,1 1 一%0,9液 相 入 口 摩 尔 比 占=e=缁 1=e吸 收 率 0=211=0 1 4=0 8,所 以，K=0.022K 0.11 2所 以，最 小 液 气 比 迎）mjn0.1-0.022 Q g 7Y J m-X2 0.1/1-0.01-（2）假 设 吸 收 塔 高 度 为 无 穷 大，求 A 的 最 大 吸

30、收 率 当 液 气 比（纵 拈）=7,操 作 线 与 平 衡 线 重 合，气 液 两 相 在 塔 顶 和 塔 底 都 处 于 平 衡 状 态。必 如 Y,-Y 0.11-1x0.01吸 收 率 Omax=七 广=一 6万 一=0.91此 时 液 相 出 口 浓 度 乂=8=业=0.11m 1 当 液 气 比(4/%)加，操 作 线 与 平 衡 线 在 塔 顶 点 相 交，即 液 相 进 口 浓 度 与 气 相 出 口 浓 度 平 衡。m，小 缶 K-K*0.11-1x0.01 CC,吸 收 率 夕=一 二=-=0.91m，升 0.11此 时 液 相 出 口 浓 度 乂=纭 任 九,)+工 工=

31、o.11q“Lm与 相 比，吸 收 率 达 到 同 样 大 小，但 是 液 相 出 口 浓 度 要 低。当 液 气 比(4泣/或 G)(加，操 作 线 与 平 衡 线 在 塔 底 点 相 交，即 液 相 出 口 浓 度 与 气 相 进 口 浓 度 平 衡。此 时 液 相 出 口 浓 度 乂=5=罕=。1吸 收 率/ax0.11-1x0.01 0 9 10.11与 相 比，液 相 出 口 浓 度 达 到 同 样 大 小，但 是 吸 收 率 要 低。8.11在 逆 流 操 作 的 吸 收 塔 中，用 清 水 吸 收 混 合 废 气 中 的 组 分 A,入 塔 气 体 溶 质 体 积 分 数 为 0

32、.01,已 知 操 作 条 件 下 的 相 平 衡 关 系 为“=,吸 收 剂 用 量 为 最 小 用 量 的 L 5 倍，气 相 总 传 质 单 元 高 度 为 1.2m,要 求 吸 收 率 为 8 0%,求 填 料 层 的 高 度。解：已 知 传 质 单 元 高 度，求 得 传 质 单 元 数，即 可 得 到 填 料 层 高 度。塔 底：乂=0.01塔 顶：为=001x(1-0.8)=0.002,=0操 作 过 程 的 液 气 比 为.7.必-必 f 0.01 0.002 A/C，G=L5/qnC)min=1.5=L5(卜 L2吸 收 因 子 S=-=L2呵 心 所 以，传 质 单 元 数

33、 为小 g/s 曰+us11-0.83In(1-0.83)x国 生+0.830.002=3.05所 以 填 料 层 高 度 为 h=HOGNOG=1.2X 3.05=3.66 m8.1 2 在 一 个 填 料 塔 中 用 清 水 吸 收 空 气 中 的 某 气 态 污 染 物，在 其 他 条 件 不 变 的 情 况 下，将 吸 收 率 从 95%提 高 到 9 8%,则 吸 收 剂 的 用 量 增 加 多 少 倍？假 设 过 程 为 气 膜 控 制 吸 收 过 程，吸 收 因 子 为 S=L779。解：吸 收 剂 用 量 的 增 加，会 带 来 液 相 吸 收 系 数 的 变 化，题 意 中

34、气 膜 控 制 吸 收 过 程 用 意 在 于 可 以 忽 略 液 相 吸 收 系 数 的 变 化 对 总 传 质 系 数 的 影 响，而 认 为 总 传 质 系 数 不 变。在 清 水 吸 收 的 条 件 下，X2=0吸 收 塔 高 度 不 变，吸 收 因 子 Smq“G,假 设 吸 收 剂 用 量 增 加 n 倍，则 吸 收 因 子 也 会 增 加 n 倍。4”x1I n 1KxaQ 5-1 s)Y2 Si-l AI SJY2 Sq“L*iKxaL S1 I S)Y2 S10 1inL I s)Y2 SM l nS J-Y-升-2-+1-n-1S-x InS 11 in 1 H+11其 中

35、 S=1.779,Y2=0.05；,Y2=0.02Y1所 以-In 1 x+-1.779-1 I 1.779 J 0.05 1.779-.In-Hi.779-1 771.779 J 0.02 nl.779求 得 n=1.90所 以 吸 收 剂 用 量 需 要 增 加 1.90倍。8.13 在 填 料 层 高 度 为 5 m 的 填 料 塔 内，用 清 水 吸 收 空 气 中 的 某 气 态 污 染 物。液 气 比 为 1.0,吸 收 率 为 9 0%,操 作 条 件 下 的 相 平 衡 关 系 为 y=0-5X。如 果 改 用 另 外 一 种 填 料，在 相 同 的 条 件 下，吸 收 率 可

36、 以 提 高 到 9 5%,试 计 算 两 种 填 料 的 气 相 总 体 积 传 质 系 数 之 比。解：吸 收 因 子 S=4 J=2原 填 料 下:2 匚 焉 In(l-l/5)七 根 2+usY2-m X2 In(1-0.5)1-0.5 X+0.5I-0.93.41气 相 总 传 质 单 元 高 度 为:h 5 1=-=1.466Ky。NG 3.41新 填 料 下:N0 c=In(I l/S)0G l-l/5 V 7Y2-m X2II-0.5In(l-0.5)x+0.5 7 I-0.95=4.703匕 二 明+1/S气 相 总 传 质 单 元 高 度 为:hHO GNo c-=1.06

37、34.703在 其 它 条 件 不 变 的 情 况 下，两 种 填 料 的 气 相 总 体 积 传 质 系 数 之 比 为-K-Y-a-_-H-O-G-_-A-6-6-1.3 OKYa HOG 1.063第 九 章 吸 附 9.1 25,10L3kPa下，甲 醛 气 体 被 活 性 炭 吸 附 的 平 衡 数 据 如 下:q/g（气 体）g（活 性 炭 尸 0 0.1 0.2 0.3 0.35气 体 的 平 衡 分 压/Pa 0 267 1600 5600 12266试 判 断 吸 附 类 型，并 求 吸 附 常 数。如 果 25,10L3kPa下，在 1L的 容 器 中 含 有 空 气 和

38、甲 醛 的 混 合 物，甲 醛 的 分 压 为 1 2 k P a,向 容 器 中 放 入 2 g活 性 炭，密 闭。忽 略 空 气 的 吸 附:求 达 到 吸 附 平 衡 时 容 器 内 的 压 力。解：由 数 据 可 得 吸 附 的 平 衡 曲 线 如 下 图 9-1 习 题 9.1图 中 吸 附 平 衡 线 由 上 述 的 平 衡 曲 线，可 以 判 断 吸 附 可 能 是 Langmuir或 Freundlich型。由=+_ 1,整 理 数 据 如 下 q q,K P qm作 l/q和 U p的 直 线 10 5 3.3 2.86yp0.00374 0.00062 0.00018 0.

39、00008图 9-2 习 题 9.1图 中 1左 一 1勿 的 关 系 曲 线 由 lnq=l/lnp+ln左,整 理 数 据 如 下:np 5.59 7.38 8.63 9.41nq-2.30-1.61-1.20-1.05作 Inq和 1叩 的 直 线 图 9-3 习 题 9.1图 Inq和 1叩 的 关 系 曲 线 由 以 上 计 算 可 知，用 Freundlich等 温 方 程 拟 合 更 好 一 些。同 时 计 算 参 数 如 下:l/n=0.3336,n=3,lnk=-4.1266,k=0.016,所 以 等 温 线 方 程 为 q=0.016p“3题 设 条 件 下，甲 醛 的

40、物 质 的 量 为=叱=坦 吐”三=0.0048molRT 8.314x298质 量 为 m=0.0048 x 30=0.144 g假 设 达 到 吸 附 平 衡 时 吸 附 量 为 q,则 此 时 的 压 力 为（0.144-27）x8.314x298/300.001将 4=0.016，“代 入，可 以 求 得 夕=89 Pa所 以 此 时 甲 醛 的 平 衡 分 压 已 经 很 低，如 果 忽 略 的 话，可 以 认 为 此 时 容 器 内 的 压 力 为 101.3-12=89.3 kPa9.2现 采 用 活 性 炭 吸 附 对 某 有 机 废 水 进 行 处 理，对 两 种 活 性 炭

41、 的 吸 附 试 验 平 衡 数 据 如 下：平 衡 浓 度 COD 100 500 1000 150 2000 2500 3000/(mgL-)0A 吸 附 量/mg g（活 性 55.6 192.3 227.8 326.357.1 378.394.7炭 产 1 8B 吸 附 量/mg g（活 性 47.6 181.8 294.1 357.398.4 434.476.2炭 尸 3 8试 判 断 吸 附 类 型，计 算 吸 附 常 数，并 比 较 两 种 活 性 炭 的 优 劣。解：由 数 据 可 得 吸 附 的 平 衡 曲 线 如 下：Langmuir吸 附 等 温 线 方 程 为 q=制,

42、“夕/（1+勺 P），变 形 后 可 得=旦+-q q”,3.整 理 数 据 如 下:P100 500 1000 1500 2000 2500 30001.80 2.60 4.39 4.60 5.60 6.60 7.60p/q(B)2.10 2.75 3.40 4.20 5.02 5.75 6.30作 四 和 p的 直 线平 衡 浓 度 COD/mgL-1图 9-4 习 题 9.2图 吸 附 等 温 线 图 9-5 习 题 9.2图 M 和。的 关 系 曲 线 由 直 线 可 知，用 Langmuir吸 附 等 温 线 方 程 可 以 很 好 地 拟 合 吸 附 曲 线。分 别 求 得 方 程

43、 的 常 数 为 活 性 炭 A：/例”=0.0019,*=526,/色=1.8046,卮=0.00105活 性 炭 B：/匈”=0.0015,%”=667,1%杳=1.9829,=0.00076比 较 两 种 活 性 炭 的 吸 附 平 衡 常 数，可 以 看 到 B 的 饱 和 吸 附 量 要 大 于 A,比 表 面 积 较 大，吸 附 容 量 比 较 大；而 A 的 吸 附 系 数 比 较 大，吸 附 的 性 能 较 好。9.3有 一 初 始 浓 度（比 质 量 分 数）为 丫。的 流 体，要 求 用 吸 附 剂 将 其 浓 度 降 低 到 力（对 应 的 固 体 相 的 吸 附 质 比

44、 质 量 分 数 为 小）。试 证 明：两 级 错 流 吸 附 比 单 级 吸 附 节 约 吸 收 剂。证 明：对 单 级 吸 附，由 物 料 衡 算 有 G（%-b）=L（X2-X）所 以 吸 附 剂 的 用 量 为 八 G（E-B）/（X 2-X。）对 于 二 级 错 流 吸 附、第 一 级 吸 附 剂 用 量 为 一 级 流 出 流 体 的 浓 度 为 外，第 一 级 吸 附 剂 用 量 为 右，一 级 流 出 流 体 的 浓 度 为 天 假 设 两 级 所 用 吸 附 剂 总 量 为 L.,.,Lr=Li+L2,两 级 的 物 料 衡 算 方 程 分 别 为 G 亿 J）川 乂-X。）

45、G（D 2（X 2-X J两 式 相 加,并 且 设 4=可 得%G d I）制 X X）+（X 2-X。）1+7因 为（X1-X。）（X2-X。）所 以，（4 4）+（乜 一/），7 3 2%）+（乂%）1+w 1+m即 二（七 x）+（x D（入 2 _ X。）所 以 G）G）（X X（）+（X2-Xo）（占-X。）1+W上 式 即 为 9.4用 活 性 炭 固 定 床 对 生 物 处 理 出 水 进 行 深 度 处 理，已 知 生 物 处 理 出 水 COD浓 度 为 100mg/L,要 求 活 性 炭 吸 附 后 出 水 C O D 浓 度 达 到 5mg/L。在 不 同 的 空 床

46、速 度 和 床 层 高 度 下，测 得 的 穿 透 时 间 如 下：空 床 速 度 床 高/m 0.4 0.6 0.8 1.0 1.210 穿 透 时 间 148.6 452.7 751.9 1047.3 1355.2（1）求 不 同 空 床 流 速 下 的 Bohart-Adams公 式 的 参 数，并 作 空 床 流 速 对 这 些 12.5/h 82.1 238.7 398.4 564.3 718.615 51.3 153.3 249.6 352.1 448.9参 数 的 曲 线。（2）在 进 水 浓 度 和 处 理 要 求 相 同 的 情 况 下，求 空 床 速 度 为 12m/h,床

47、 层 高 度 为 1.5m时 的 穿 透 时 间（认 为 此 时 仍 然 符 合 Bohart-Adams公 式）。解：（1）固 定 床 的 穿 透 时 间 与 床 高 的 关 系 式 为 4=&-/,其 中 8=从，J=_ L inU _ i L 由 实 验 数 据，作 tb和 Z的 直 线 PoK（%）图 9-6 习 题 9.4图 功 和 z 的 关 系 曲 线 由 直 线 的 斜 率 和 截 距 可 以 计 算 得 到 不 同 空 床 流 速 下 的 Bohart-Adams公 式 的 参 数,V B No/(mg*L-1)A K/L(mgh)-1ZA/m10 1501.7 1.50 x

48、l06449.28 6.54x1 O-50.29912.5 799.3 9.99xl05239.0212.3xl(y50.29915 497 7.45xl05146.5620.1xi(y50.295空 床 流 速 对 这 些 参 数 的 曲 线 如 下2514-1 0 1-10 15 20 0 5 10v/m h-1V/mh图 9-7 习 题 9.4图 空 床 流 速 与 NO,K,ZA的 关 系(2)当 空 床 速 度 为 12m/h,由 上 图 可 以 查 得 M尸 103x1()5 mg/L,=1 1 7xiO-5L/(mg h),可 以 求 得 B=858,A=251.2此 时 的 B

49、ohart-Adams 公 式 为=858z-251.2当 塔 高 为 1.5ml!寸，穿 透 时 间 为 4=8 5 8 x 1.5-251.2=1035.8h第 十 章 其 他 分 离 过 程 10.1用 H 型 强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 去 除 质 量 浓 度 为 5%的 KC1溶 液，交 换 平 衡 时，从 交 换 柱 中 交 换 出 来 的 H 离 子 的 摩 尔 分 数 为 0.2,试 计 算 K 离 子 的 去 除 率。已 知 鹿：=2.5,溶 液 密 度 为 1025 kg/n?。解：溶 液 中 K+的 摩 尔 浓 度 为“+(50)/1 0 0 0 1 v 1/

50、T%(%)。2(1-)25=7-r=;-T=U-02)所 以 弓 A=0.09K 离 子 的 去 除 率 为 1-打 A+=1-0.09=0.9110.2 用 H 型 强 酸 性 阳 离 子 树 脂 去 除 海 水 中 的 Na K+离 子(假 设 海 水 中 仅 存 在 这 两 种 阳 离 子)，已 知 树 脂 中 H+离 子 的 浓 度 为 0.3mol/L,海 水 中 Na+、K*离 子 的 浓 度 分 别 为 0.1mol/L和 0.02mol/L,求 交 换 平 衡 时 溶 液 中 Na K 卡 离 子 的 浓 度。已 知 管：=3。，心=2.0。解：K=-3.0,J(S=2.0同