题目
O2、CO2 的亨利系数 E____,属于____(易溶、难溶)气体,根据双膜理论,吸收时属于____控制;而 HCl 和 NH3 气体溶解度常数 H____,属于____(易溶、难溶)气体,根据双膜理论,要提高总传质系数,应该增大____(气相、液相)的流量。
O2、CO2 的亨利系数 E____,属于____(易溶、难溶)气体,根据双膜理论,吸收时属于____控制;而 HCl 和 NH3 气体溶解度常数 H____,属于____(易溶、难溶)气体,根据双膜理论,要提高总传质系数,应该增大____(气相、液相)的流量。
题目解答
答案
$ CO_2 $ 的亨利系数 $ E $ 较大,$ H $ 较小,属于难溶气体。根据双膜理论,其吸收过程由液膜控制。
$ HCl $ 和 $ NH_3 $ 的 $ H $ 较大,属于易溶气体。对于易溶气体,总传质阻力主要由气相传质控制,故应增大气相流量以提高总传质系数。
答案:
$ CO_2 $ 的亨利系数 $ E $ 较大,属于难溶气体,吸收时属于液膜控制。
$ HCl $ 和 $ NH_3 $ 的溶解度常数 $ H $ 较大,属于易溶气体,应增大气相流量以提高总传质系数。
解析
本题主要考查亨利系数、溶解度常数与气体溶解性的关系,以及双膜理论在吸收过程中的应用。解题思路如下:
- 亨利系数与气体溶解性的关系:
- 亨利系数 $E$ 是衡量气体在液体中溶解度的一个重要参数。根据亨利定律 $p = Ex$(其中 $p$ 是气体在气相中的分压,$x$ 是气体在液相中的摩尔分数),当 $E$ 较大时,在相同分压下,气体在液相中的摩尔分数 $x$ 较小,说明气体难溶;反之,$E$ 较小时,气体易溶。
- 对于 $O_2$ 和 $CO_2$,它们在水中的溶解度相对较小,所以亨利系数 $E$ 较大,属于难溶气体。
- 双膜理论与吸收控制:
- 双膜理论认为,吸收过程是在气 - 液两相间的两个膜层(气膜和液膜)内进行的分子扩散过程。吸收过程的总阻力等于气膜阻力和液膜阻力之和。
- 对于难溶气体,液膜阻力远大于气膜阻力,所以吸收过程主要由液膜控制。因此,$O_2$ 和 $CO_2$ 吸收时属于液膜控制。
- 溶解度常数与气体溶解性的关系:
- 溶解度常数 $H$ 与亨利系数 $E$ 的关系为 $H=\frac{1}{E}$。所以当 $H$ 较大时,$E$ 较小,气体易溶。
- $HCl$ 和 $NH_3$ 在水中的溶解度很大,所以溶解度常数 $H$ 较大,属于易溶气体。
- 提高易溶气体总传质系数的方法:
- 对于易溶气体,气膜阻力远大于液膜阻力,总传质阻力主要由气膜控制。
- 根据传质速率方程 $N = K_y\Delta y$($N$ 是传质速率,$K_y$ 是气相总传质系数,$\Delta y$ 是气相分压差),增大气相流量可以增大气相湍动程度,减小气膜厚度,从而降低气膜阻力,提高总传质系数。所以要提高 $HCl$ 和 $NH_3$ 吸收过程的总传质系数,应该增大气相的流量。