题目

在20℃及101.325kPa下CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中。气体中CO2的摩尔分数为0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的浓度极小，可忽略不计。CO2在空气中20℃时的扩散系数D为0.18cm2/s。问CO2的扩散速率是多少?

题目解答

答案

答案：1.67×10-4[kmol/(m2·s)]
解析：此题属单方向扩散，可用传质速率方程式进行计算。
扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s
扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压力P=101.325kPa
气相主体中CO2的分压力PA1=pyA1=101.325×0.2=20.27(kPa)
气液界面上CO2的分压力PA2=0
气相主体中空气(惰性气体)的分压力PB1为：
PB1=p-pA1=101.325-20.27=81.06(kPa)
气液界面上空气的分压力PB2=101.325kPa
空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为：
代入传质速率方程式，得=1.67×10-4[kmol/(m2·s)]

解析

步骤 1：确定扩散系数和扩散距离
扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s
扩散距离z=1mm=0.001m
步骤 2：计算CO2的分压力
气相总压力P=101.325kPa
气相主体中CO2的分压力PA1=pyA1=101.325×0.2=20.27(kPa)
气液界面上CO2的分压力PA2=0
步骤 3：计算空气的分压力
气相主体中空气(惰性气体)的分压力PB1为：
PB1=p-pA1=101.325-20.27=81.06(kPa)
气液界面上空气的分压力PB2=101.325kPa
步骤 4：计算空气分压力的对数平均值
步骤 5：代入传质速率方程式计算CO2的扩散速率
代入传质速率方程式，得=1.67×10-4[kmol/(m2·s)]