课后答案（作业）(5)

与①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0.01，已知操作条件下的相平衡关系为y?x，吸收剂用量为最

小用量的1.5倍，气相总传质单元高度为1.2m，要求吸收率为80%，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：y1?0.01

塔顶：y2?0.01??1?0.8??0.002，x2?0 操作过程的液气比为

?y?y??0.01?0.002?qnL/qnG?1.5?qnL/qnG?min?1.5?12??1.5???1.2

?0.01/1?0??y1/m?x2?吸收因子S?qnL?1.2 mqnG所以，传质单元数为

NOG???y?mx2110.01??ln??1?1/S?1?1/S??ln??1?0.83???0.83??3.051?1/S?y2?mx20.002??1?0.83? 所以填料层高度为h?HOGNOG?1.2?3.05?3.66m

第九章

9.1 25℃，101.3kPa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)-1] 气体的平衡分压 /Pa

0 0

0.1 267

0.2 1600

0.3 5600

0.35 12266

试判断吸附类型，并求吸附常数。

如果25℃，101.3kPa下，在1L的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa，向容器中放入2g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

0.4q/g(气体)g(活性炭)-10.30.20.1005000p/Pa吸附平衡曲线1000015000 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

1111，整理数据如下 ??qqmk1pqm1/q 1/p

作1/q和1/p的直线

121081/q6420010 0.00374

5 0.00062

3.3 0.00018

2.86 0.00008

y = 1855.x + 3.156R2 = 0.9780.0010.0021/p0.0030.004 图9-2 习题9.1图中1/q－1/p的关系曲线

由lnq?1/nlnp?lnk，整理数据如下：

lnp lnq

5.59 -2.30

7.38 -1.61

8.63 -1.20

9.41 -1.05

作lnq和lnp的直线

02-0.5-1-1.5-2-2.5lnplnqy = 0.333x -4.126R2 = 0.98846810 图9-3 习题9.1图 lnq和lnp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： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为q?0.016p1/3 题设条件下，甲醛的物质的量为n?质量为m?0.0048?30?0.144g

假设达到吸附平衡时吸附量为

0.144?2q??8.314?298/30?p?

0.001pV12000?0.001??0.0048mol RT8.314?298q，则此时的压力为

将q?0.016p1/3代入，可以求得p?89Pa

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?89.3kPa

9.2 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：

平衡浓度COD /(mg?L-1) A吸附量/ [mg?g(活性

炭)-1]

B吸附量/[mg?g(活性

炭)-1]

100

500

1000

1500

55.6 192.3 227.8 326.

1

47.6 181.8 294.1 357.

3

398.4 357.1

378.8 434.8

476.2 394.7

2000

2500

3000

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?k1qm?/?1?k1??，变形后可得整理数据如下：

?q??qm?1，k1qm? ?/q(A) ?/q(B)

100 1.80 2.10

500 2.60 2.75

1000 4.39 3.40

1500 4.60 4.20

2000 5.60 5.02

2500 6.60 5.75

3000 7.60 6.30

作?/q和?的直线

600500吸附量/ mg g(活性炭)-140030020010000100020003000平衡浓度COD/mgL-14000 图9-4 习题9.2图吸附等温线

9876?/q y = 0.001x + 1.804AR2 = 0.980B543210010002000? y = 0.001x + 1.982R2 = 0.99730004000 图9-5 习题9.2图 ?/q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。 分别求得方程的常数为

活性炭A： 1/qm=0.0019，qm=526，1/k1qm=1.8046，k1=0.00105 活性炭B： 1/qm=0.0015，qm=667，1/k1qm=1.9829，k1=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Y0的流体，要求用吸附剂将其浓度降低到Y2（对应的固体相的吸附质比质量分数为X2）。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?Y0?Y2??L?X2?X0? 所以吸附剂的用量为L?G?Y0?Y2?/?X2?X0?

对于二级错流吸附，第一级吸附剂用量为L1，一级流出流体的浓度为Y1，第一级吸附剂用量为L2，一级流出流体的浓度为Y2

假设两级所用吸附剂总量为LT，LT?L1?L2，两级的物料衡算方程分别为

G?Y0?Y1??L1?X1?X0? G?Y1?Y2??L2?X2?X1?

两式相加，并且设L2?mL1 可得LT?G?Y0?Y2??m?X1?X0???X2?X0????1?m??，

因为?X1?X0???X2?X0? 所以

m?X1?X0???X2?X0?m?X2?X0???X2?X0??

1?m1?m即

m?X1?X0???X2?X0???X2?X0?

1?mG?Y0?Y2?G?Y0?Y2??所以

m?X1?X0???X2?X0??X2?X0?1?m