在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa的条件下,使含二氧化碳为3.0%(体积分数)的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向,并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下,亨利系数=1.66times (10)^5kPa,水溶液的密度为997.8 kg/m3。

考查要点：本题主要考查传质方向的判断和总传质推动力的计算，涉及亨利定律的应用及分压差的计算。

解题核心思路：

1. 判断传质方向：比较气相和液相中二氧化碳的分压，分压高的相向分压低的相传递。
2. 计算总传质推动力：分压差即为总传质推动力。

破题关键点：

• 液相分压计算：利用亨利定律，需将溶液中CO₂的浓度转换为摩尔分数。
• 气相分压计算：直接通过体积分数与总压相乘得到。
• 单位换算：注意浓度单位（g/m³ → kmol/m³）及总浓度的计算。

1. 液相中CO₂的浓度与分压

计算CO₂的摩尔浓度

水溶液中CO₂的浓度为：
$c_{\text{CO}_2} = \frac{350 \, \text{g/m}^3}{44 \, \text{kg/kmol}} = 0.008 \, \text{kmol/m}^3$

计算水溶液的总浓度

水的总浓度为：
$c_{\text{总}} = \frac{997.8 \, \text{kg/m}^3}{18 \, \text{kg/kmol}} = 55.43 \, \text{kmol/m}^3$

计算CO₂的摩尔分数

$x_{\text{CO}_2} = \frac{c_{\text{CO}_2}}{c_{\text{总}}} = \frac{0.008}{55.43} = 1.443 \times 10^{-4}$

计算液相分压

根据亨利定律：
$p_L = E \cdot x_{\text{CO}_2} = 1.66 \times 10^5 \, \text{kPa} \times 1.443 \times 10^{-4} = 23.954 \, \text{kPa}$

2. 气相中CO₂的分压

气相分压为：
$p_G = p_{\text{总}} \cdot \text{体积分数} = 101.3 \, \text{kPa} \times 0.03 = 3.039 \, \text{kPa}$

3. 判断传质方向与总推动力

• 分压比较：$p_L = 23.954 \, \text{kPa} > p_G = 3.039 \, \text{kPa}$，故CO₂从液相传递到气相。
• 总传质推动力：
  $\Delta p = p_L - p_G = 23.954 - 3.039 = 20.915 \, \text{kPa}$