华北理工大学环境工程原理习题及解答第9章 吸附.docx
第九章吸附9.125ClOI.3kPa下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下：qg（气体）g（活性炭尸00.10.20.30.35气体的平衡分压/Pa02671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数。如果25°C,101.3kPa下,在IL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吸附平衡曲线图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FreUnCniCh型。由i=-Ll+L,整理数据如下Qq"。105332.86Yp0.003740.000620.000180.00008作1勿和1很的直线图9-2习题9.1图中1T力的关系曲线由In9=1/lnp+In女，整理数据如下：InP5.597.388.639.41Inq-2.30-1.61-1.20-1.05作In夕和InP的直线图9-3习题9.1图1眄和InP的关系曲线由以上计算可知,用FreUndIiCh等温方程拟合更好一些。同时计算参数如下:ln=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，甲醛的物质的量为n=PL="0l000I=0048molRl8314x298质量为m=0.0048×30=0.144g假设达到吸附平衡时吸附量为q,则此时的压力为(0.144-21)×8.314×298/300.001将q=0.016p”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101.312=89.3kPa9.2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/(mgL,)10050010001500200025003000A吸附量/mgg(活性55.6192.3227.8326.357.1378.394.7炭尸18B吸附量/mgg(活性47.6181.8294.1357.398.4434.476.2炭尸38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=,(l+A1),变形后可得=+L,Q44整理数据如下:10050010001500200025003000tq(A)1.802.604.394.605.606.607.60Bq(B)2.102.753.404.205.025.75630作和兀的直线平衡浓度CODZmgL1二球!¾ffi图9-4习题9.2图吸附等温线图9-5习题9.2图M7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:7m=0.0019,=526,7=1.8046,/=0.00105活性炭B:¼=0.0015,qm=667,%/*=1.9829,k=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有一初始浓度仕匕质量分数）为丫。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）o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-匕）=L（X2-X。）所以吸附剂的用量为l=g(yq-r2)(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匕，第一级吸附剂用量为右，一级流出流体的浓度为L假设两级所用吸附剂总量为G=LI+&，两级的物料衡算方程分别为G(Y0-Yi)=L1(X1-X0)G(K-K)=L2(X2-Xi)两式相加，并且设L=mLt可得L"f一处二P一V。(X-Xe)+(M-Z)IIL1+？1因为(X广X。)>(X2-X0)所以MXX°)+(X2X)>一(X2XJ+(X2X°)1+m1+m即"MX-XJ(&-X)>(x,-xjl÷/n20所以臼匕一乙)G(%T)m(X-4)H-XJ(A5-Ao)1+w上式即为L<L9.4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IOOmg/L,要求活性炭吸附后出水CoD浓度达到5mgLo在不同的空床速度和床层高度下，测得的穿透时间如下：空床速度/(mh,)床高/m0.40.60.81.01.210穿透时间/h148.6452.7751.91047.31355.212.582.1238.7398.4564.3718.61551.3153.3249.6352.1448.9(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12mh,床层高度为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九二反-A,其中B=乂，A=!nr- 1)11,由实验数据,作tb和Z的直线图96习题9.4图力和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/(mh,)BNo(mgL,)AK/L(mgh)Za/m101501.71.50xlO6449.286.54×10-50.29912.5799.39.99×105239.0212.3×1050.299154977.45×105146.5620.IxIO50.295空床流速对这些参数的曲线如下图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12mh,由上图可以查得No=IO.3xl()5mgL,K=I1.7x10-5L(mgh),可以求得B=858,A=251.2此时的Bohart-Adams公式为'=858z-251.2当塔高为1.5m时,穿透时间为tq=858×1.5-251.2=1035.8h
