大气习题答案

1.已知某种无烟煤的收到基水分含量为5.0%,干燥基灰分含量为 26%,干燥无灰基元素分析结果如下:C 91.7%,H 3.8%, O 2.2%,N 1.3%, S1.0%.求该种煤的收到基组成和干燥基组成. 解:收到基的组成为

水分:5%; 灰分:95%×26%=24.7%; 干燥无灰基的比例为:1-5%-26%=70.3%;因此

C: 91.7%×70.3%=64.47%; H: 3.8%×70.3%=2.67%; O: 2.2%×70.3%=1.55%;

N: 1.3%×70.3%=0.91%; S: 1.0%×70.3%=0.7%

干燥基的组成为: 灰分: 26%;干燥无灰基的比例为:1-26%=74%;因此:

C: 91.7%×74%=67.86%; H: 3.8%×74%=2.81%; O: 2.2%×74%=1.63%; N: 1.3%×74%=0.96%; S: 1.0%×74%=0.74%

2.已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C 85.5％；H 11.3%；O 2.0％；N 0.2%；S 1.0％；试计算燃油1kg所需要的理论空气量。 解: 元素 质量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol C 855 71.25 71.25 H 113 113 28.25 O 20 1.25 -0.625 N 2 0.413 0 S 10 0.3125 0.3125 燃烧1kg所需要的理论氧气量为:

(71.25+28.25-0.625+0.3125)mol=99.1875mol 燃烧1kg所需要的理论空气量为: 99.1875×4.78mol=474.12mol

转化为体积为:Va=474.12×22.4×10-3m3/kg=10.62 m3/kg

3. 已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C 85.5％；H 11.3%；O 2.0％；N 0.2%；S 1.0％；试计算(1)燃油1kg所产生的理论烟气量;(2)干烟气中二氧化硫的浓度和二氧化碳的最大浓度;(3)当空气过剩系数为10%时,所需的空气量和产生的烟气量. 解：(1)

元素 摩尔数/mol 需氧量/mol 产生的烟气量/mol C 855 71.25 71.25 71.25CO2 H 113 113 28.25 56.5H2O O 20 1.25 -0.625 0 N 2 0.413 0 0.0714N2 S 10 0.3125 0.3125 0.3125SO2 燃烧后产生的理论烟气量为:

(71.25+56.5+0.0714+0.3125)+99.1875×3.78=503.06mol 转化为标态下的体积:Vf=503.06×22.4×10-3=11.27m3N

(2)燃烧1kg重油产生的干烟气量为503.06-56.5=446.56mol 烟气中SO2的最大浓度为:Φso2=0.3125/446.56=700×10-6 烟气中SO2的最大浓度为:ΦCo2=71.25/446.56=15.96% (3)所需空气量为Va=10.62×(1+10%)=11.68 m3N 产生的烟气量为Vf=11.27+10.62×10%=12.33 m3N

4.某锅炉燃用煤气的成分如下(体积百分比):H2S:0.2%;CO2:5%;O2:0.2%; CO:28.5%;H2:13%; CH4:0.7%;N2:52.4%.已知空气的水分体积百分数为1.493%,α=1.2,试求燃烧实际需要的空气量和燃烧时产生的烟气量. 解:以燃烧1000mol煤气为基准: 组分 摩尔数/mol 需氧量/mol 燃烧后烟气量/mol H2S 2 3 4（H2O+SO2） CO2 50 0 50 O2 2 -2 0 CO 285 142.5 285（CO2） H2 130 65 130（H2O） CH4 7 14 21（CO2+H2O） N2 524 0 524（N2） 理论需氧量为：（3-2+142.5+65+14）=222.5mol/kmol煤气=0.2225 m3N /m3N煤气

实际需要的干空气量为:222.5×4.78×1.2=1.276 m3N /m3N煤气 转化为湿空气: Va=1.276/(1-0.01493)= 1.296m3N /m3N煤气

质量/g 燃烧后产生的烟气量为: Vf=(4+50+285+130+21+524)×10-3+1.296-0.2225=2.087 m3N /m3N煤气

5 已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数kg=2.74×10-7kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数kl=6.94×10-5m/s,亨利系数H=1.5kmol/(m3·kPa)。试求气相吸收总系数KAg，并分析该吸收过程的控制因素。

解:1/KAg=1/Hk+1/kg=1/(1.5×6.94×10-5(m2·s·kPa)/kmol+1/2.74×10-7(m2·s·kPa) /kmol =3.66×106(m2·s·kPa) /kmol KAg=2.73×10-7 kmol/(m2·s·kPa)

气膜阻力1/ kg=3.65×106(m2·s·kPa) /kmol 液膜阻力1/H kl=9.6×103(m2·s·kPa)

气膜阻力比液膜阻力大得多,所以吸收过程为气膜控制.

6 含有12%SO2的废气以200m3/h的流量从填料塔底送入。塔内在1atm条件下，用30℃水向下淋洗与工业废气呈逆流接触，要求洗涤后废气中SO2去除率为90%，试问达到此要求所需最小喷液量为多少公斤？（SO2在进气12%呈平衡时液相中SO2的摩尔分率为0.32%） 解:由塔底送入工业废气标准状况下的摩尔流量为

GM1=G1×T0/(T1×22.4)=200×273/(303×22.4)=8.044kmol/h

入口废气中S02的含量为 GSO2=GM1×12%=0.965kmol/h 废气中惰性气体量为 G0=GM1-GSO2=7.079 kmol/h 吸收的SO2量为:

gSO2=GSO2×90%=0.869 kmol/h 塔顶净化后气体的量为 GM2=GM1-gSO2=7.175 kmol/h 塔顶排气中残留的SO2量为 g'SO2= GSO2- gSO2=0.096 kmol/h 塔顶排气中SO2的摩尔分率为 y2= g'SO2/GM2=0.013=1.3% 塔底SO2的摩尔分率为0.32%

最小液气比为

L/G0=(Y1-Y2)/(X1*-X2)=[y1/(1-y1)-y2/(1-y2)]/[x1*/(1-x1*)-x2/(1-x2)]

L=271.56 kmol/h=4888kg/h

7 用一逆流填料塔将尾气中有害组分A的分压从0.001降到0.0002.已知kAG·a=0.316mol/h·m3·Pa, kAL·a=0.1/h,用溶液中组分B进行化学吸收,CBL=326.4mol/m3,化学反应计量式A+B=C,DAL=DBL,液气流量分别为LS=L=7×105 mol/ m2·h,GS=G=1×105 mol/ m2·h,总压P=101325Pa,HA=12.67Pa·m3/mol,液体总浓度C=56000 mol/m3,计算填料塔的高度?

解：根据吸收操作线方程：L/G=（Y1-Y2）/（X1-X2） 即L/G=（P2/P-P1/P）/（CBL1/CT-CBL2/CT） CBL2=320mol/m3 在塔顶处: DALkAG3CKP?b???PAG =64< CBL1=326.4 mol/m DBLkAL在塔底处: DALkAG3CKP?b???PAG =320=CBL2=320 mol/m DBLkAL

可见在整个填料塔内CBL>CKP,故 NA?kAGPAGPAG1

dPAGGH= =5.03m PPAG2kAGaPAG

8 用硫酸溶液从氨吸收塔回收氨，试计算塔顶和塔底的吸收速率NA1和NA2。已知进口处氨的分压为5066.25Pa,出口处为1013.25Pa,吸收剂中硫酸的浓度进口处为0.6 kmol/m3,出口处为0.5 kmol/m3,气体加入量G=45 kmol/h, kAG=3.45×10-6kmol/m2·Pa·h ,kAL=0.005m/h,亨利系数:HA=7.4×10-4,总压P=1.01325×105Pa,DAL=DBL.

解:硫酸吸收氨的反应中b=0.5,塔顶处:PAG1=1013.25Pa, CBL1=0.6 kmol/m3

DALkAG3

C?b???PAG =0.35 kmol/m< CBL1=0.6 kmol/m3 KPDBLkAL

NA?kAGPAG =3.45×10-6×1013.25=0.0035 kmol/m2·h

?塔底处: PAG2=5066.25Pa, CBL2=0.5kmol/m3

kD3

CKP?b?AL?AG?PAG =1.75 kmol/m> CBL2=0.5kmol/m3

DBLkAL

D1 PAG??BL?CBL2bHADAL =0.01145 kmol/m·h NA?11? kAGHAkAL

9 已知在293K下,用活性碳吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如表所示 压强/103Pa 吸附容量/g苯·g碳-1 0.267 0.400 0.533 1.333 2.660 4.000 5.332 0.176 0.205 0.225 0.265 0.285 0.290 0.300 试绘制吸附等温线.若该吸附等温线遵从朗格缪尔方程式,试求式中A、B的值.

解:吸附等温线以横坐标为P,纵坐标为吸附容量来画(略) 任取曲线上两点,代入XT=ABP/(1+BP)求解, 得A=0.304,B=5.176×10-3(或近似值)

10 设一固定床活性碳的装填厚度为0.6m,活性碳对苯吸附的平衡静活性值为25%,其堆积密度为425kg/m3,并假定其死层厚度为0.15m,气体通过吸附器床层的速度为0.3m/s,废气含苯浓度为2000mg/m3.求该吸附器的活性碳床层对含苯废气的保护作用时间. 解:

a?bK? =177083s/m v?0

=177083(0.6-0.15)=79687.5s=22.14h ?0?K(L?h)

11 某活性碳床被用来净化含C6H5Cl的废气，其操作条件是；废气流量为20m3/min ，温度为25℃，压力为1atm ，C6H5Cl的初始含量为850×10-6（体积分数），床深0.5m，空塔气速为0.4m/s .假定活性碳的装填密度为400kg/m3 ，操作条件下的吸附容量为饱和吸附容量的40%，试验测得其饱和容量为0.432kgC6H5Cl/ kg(活性碳). (1)当吸附床长宽比为2:1时,试确定床的过气截面; (2)计算吸附床的活性碳用量;

τKL-τ(3)试确定吸附床穿透前能够连续操作的时间. 解：（1）床的截面积：Q/v=20/（60×0.4）m2=0.833m2 (2)活性碳的用量=0.833×0.5×400=166.6kg

(3)假定穿透时的吸附容量等于操作条件下的吸附容量=0.432×0.4=0.173kg(C6H5Cl)/kg(活性碳);

穿透时能够吸附的量为:0.173×166.6= 28.82kg

将初始浓度转化为质量浓度:850×112.5/22.4=4.27g/m3 所以废气流中C6H5Cl的含量为4.27×20=85.4g/min 穿透前允许的操作时间:t=28.82/85.4=337.5min

压强/103Pa

0.267

0.400

0.533 1.333 2.660 吸附容量/g苯·g碳-1 0.176 0.205 0.225 0.265 0.285 0.290 0.3

4.000 5.322

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