题目
常压25C下,气相溶质A的分压为5.47kPa的混合气体与溶质A浓度为0.003kmol/m3的水溶液接触,求溶质A在两相间的转移方向。若将总压增至5大气压,气相溶质的摩尔分率保持原来数值,则A的传质方向又如何?(10分)
常压25C下,气相溶质A的分压为5.47kPa的混合气体与溶质A浓度为0.003kmol/m3的水溶液接触,求溶质A在两相间的转移方向。
若将总压增至5大气压,气相溶质的摩尔分率保持原来数值,则A的传质方向又如何?(10分)
题目解答
答案
解:操作条件下,体系符合亨利定律,亨利常数
。
对于稀水溶液,总摩尔浓度
(2分)
于是:
(2分)
(2分)
可见
,传质方向从液相到气相。 (2分)
若总压增大到5atm,则气相分压
,
可见
,故传质方向从气相到液相。 (2分)
解析
步骤 1：计算亨利常数
根据题目条件，操作条件下，体系符合亨利定律，亨利常数$E=1.52\times {10}^{5}kPa$。
步骤 2：计算水溶液的总摩尔浓度
对于稀水溶液，总摩尔浓度$c=\dfrac {1000}{18}=55.56kmol/{m}^{3}$。
步骤 3：计算溶质A在水溶液中的摩尔分数
溶质A在水溶液中的摩尔分数${x}_{1}=\dfrac {{c}_{1}}{c}=\dfrac {0.003}{55.56}=5.40\times {10}^{-5}$。
步骤 4：计算溶质A在水溶液中的平衡分压
溶质A在水溶液中的平衡分压$p'=E{x}_{1}=1.52\times {10}^{5}\times 5.40\times {10}^{-5}=8.2kpa$。
步骤 5：判断传质方向
由于${p}^{*}\gt {p}_{1}=1.52x=5.47kpa$，传质方向从液相到气相。
步骤 6：计算总压增大到5atm时的气相分压
若总压增大到5atm，则气相分压${P}_{1}'=5\times 5.47=27.35kPa$。
步骤 7：判断传质方向
由于${P}_{1}'\gt p'$，传质方向从气相到液相。
根据题目条件，操作条件下，体系符合亨利定律，亨利常数$E=1.52\times {10}^{5}kPa$。
步骤 2：计算水溶液的总摩尔浓度
对于稀水溶液，总摩尔浓度$c=\dfrac {1000}{18}=55.56kmol/{m}^{3}$。
步骤 3：计算溶质A在水溶液中的摩尔分数
溶质A在水溶液中的摩尔分数${x}_{1}=\dfrac {{c}_{1}}{c}=\dfrac {0.003}{55.56}=5.40\times {10}^{-5}$。
步骤 4：计算溶质A在水溶液中的平衡分压
溶质A在水溶液中的平衡分压$p'=E{x}_{1}=1.52\times {10}^{5}\times 5.40\times {10}^{-5}=8.2kpa$。
步骤 5：判断传质方向
由于${p}^{*}\gt {p}_{1}=1.52x=5.47kpa$，传质方向从液相到气相。
步骤 6：计算总压增大到5atm时的气相分压
若总压增大到5atm，则气相分压${P}_{1}'=5\times 5.47=27.35kPa$。
步骤 7：判断传质方向
由于${P}_{1}'\gt p'$，传质方向从气相到液相。