8-3 20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。塔底入口的N2气中含氧0.1 %(体积分数),-|||-设气液两相在塔底达到平衡,平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧-|||-量。以 /(m)^3 水表示。(1)操作压强为101.3kPa(绝压);(2)操作压强为40kPa (绝压)。

步骤 1：确定亨利定律的表达式
亨利定律描述了气体在液体中的溶解度与气体分压之间的关系。对于氧气在水中的溶解，亨利定律可以表示为：
\[ p_{O_2} = H_{O_2} \cdot C_{O_2} \]
其中，$p_{O_2}$ 是氧气的分压，$H_{O_2}$ 是亨利系数，$C_{O_2}$ 是氧气在水中的浓度。

步骤 2：计算氧气的分压
在塔底，N2气中含氧0.1%（体积分数），即氧气的分压为总压的0.1%。因此，氧气的分压可以表示为：
\[ p_{O_2} = 0.001 \cdot P_{total} \]
其中，$P_{total}$ 是总压。

步骤 3：计算氧气在水中的浓度
将氧气的分压代入亨利定律的表达式，可以得到氧气在水中的浓度：
\[ C_{O_2} = \frac{p_{O_2}}{H_{O_2}} = \frac{0.001 \cdot P_{total}}{H_{O_2}} \]
其中，$H_{O_2}$ 是亨利系数，对于20℃的水，$H_{O_2} = 769.23 \, kPa \cdot m^3/mol$。

步骤 4：计算氧气在水中的浓度（单位为 $mg/m^3$）
将氧气在水中的浓度从 $mol/m^3$ 转换为 $mg/m^3$，需要乘以氧气的摩尔质量（32 g/mol）：
\[ C_{O_2} = \frac{0.001 \cdot P_{total}}{H_{O_2}} \cdot 32 \cdot 1000 \, mg/m^3 \]

步骤 5：计算两种情况下的氧气浓度
(1) 操作压强为101.3kPa时：
\[ C_{O_2} = \frac{0.001 \cdot 101.3}{769.23} \cdot 32 \cdot 1000 = 44.16 \, mg/m^3 \]
(2) 操作压强为40kPa时：
\[ C_{O_2} = \frac{0.001 \cdot 40}{769.23} \cdot 32 \cdot 1000 = 17.51 \, mg/m^3 \]