题目
指出下列过程是吸收过程还是解吸过程,以气相组成表示的推动力是多少。(1) 含 mathrm(SO)_2 为 0.001 (摩尔分数) 的水溶液与含 mathrm(SO)_2 为 0.03 (摩尔分数) 的混合气接触,总压为 101.3, (kPa),t=35^circ(C);(2) 气液组成及总压同(1),t=15^circ(C);(3) 气液组成及温度同(1),总压为 300, (kPa) (绝压)。
指出下列过程是吸收过程还是解吸过程,以气相组成表示的推动力是多少。 (1) 含 $\mathrm{SO}_2$ 为 0.001 (摩尔分数) 的水溶液与含 $\mathrm{SO}_2$ 为 0.03 (摩尔分数) 的混合气接触,总压为 $101.3\, \text{kPa}$,$t=35^{\circ}\text{C}$; (2) 气液组成及总压同(1),$t=15^{\circ}\text{C}$; (3) 气液组成及温度同(1),总压为 $300\, \text{kPa}$ (绝压)。
题目解答
答案
1. $ 35^\circ \text{C} $、$ P = 101.3 \, \text{kPa} $:$ p = 3.039 \, \text{kPa} $,$ p^* = 0.0405 \, \text{kPa} $,$ y - y^* = 0.03 - 0.0004 = 0.0296 $。
2. $ 15^\circ \text{C} $、$ P = 101.3 \, \text{kPa} $:$ p = 3.039 \, \text{kPa} $,$ p^* = 0.0245 \, \text{kPa} $,$ y - y^* = 0.03 - 0.000242 = 0.0298 $。
3. $ 35^\circ \text{C} $、$ P = 300 \, \text{kPa} $:$ p = 9 \, \text{kPa} $,$ p^* = 0.0405 \, \text{kPa} $,$ y - y^* = 0.03 - 0.000135 = 0.0299 $。
结论:三种情况下均为吸收过程,推动力分别为:
(1) $ y - y^* \approx 0.0296 $;
(2) $ y - y^* \approx 0.0298 $;
(3) $ y - y^* \approx 0.0299 $。
解析
本题主要考察吸收与解吸过程的判断及推动力计算,核心知识点为气液平衡关系(亨利定律)及吸收/解吸的判定依据:当气相实际分压$p$大于液相平衡分压$p^*$时,为吸收过程;反之则为解吸过程。推动力通常用气相组成差$y - y^*$表示,需通过亨利定律关联气液组成。
关键公式与参数说明
- 亨利定律:$p^* = E x$($E$为亨利系数,$kPa$;$x$为液相摩尔分数);或$y^* = \frac{E}{P} x$($y^*$为与液相平衡的气相摩尔分数,$P$为总压,$kPa$)。
- 气相实际分压:$p = P y$($y$为气相实际摩尔分数)。
- 推动力:$y - y^*$(正值为吸收,负值为解吸)。
题目解答(以$SO_2$水溶液为例)
(1)$35^\circ C$、$P=101.3\ kPa$
- 查亨利系数:$35^\circ C$时$E=40.5\ kPa$($SO_2$水溶液的典型数据)。
- 液相平衡气相组成$y^*$:
$y^* = \frac{E}{P} x = \frac{40.5}{101.3} \times 0.001 \approx 0.0004$ - 气相实际组成$y=0.03$,故推动力:
$y - y^* = 0.03 - 0.0004 = 0.0296 > 0$ - 结论:吸收过程,推动力$0.0296$。
(2)$15^\circ C$、$P=101.3\ kPa$
- 查亨利系数:$15^\circ C$时$E=24.5\ kPa$(温度降低,$E$减小)。
- 液相平衡气相组成$y^*$:
$y^* = \frac{24.5}{101.3} \times 0.001 \approx 0.000242$ - 推动力:
$y - y^* = 0.03 - 0.000242 = 0.0298 > 0$ - 结论:吸收过程,推动力$0.0298$。
(3)$35^\circ C$、$P=300\ kPa$
- 亨利系数$E=40.5\ kPa$(温度不变,$E$不变)。
- 液相平衡气相组成$y^*$:
$y^* = \frac{40.5}{300} \times 0.001 \approx 0.000135$ - 推动力:
$y - y^* = 0.03 - 0.000135 = 0.0299 > 0$ - 结论:吸收过程,推动力$0.0299$。
统一结论
三种情况均满足$y > y^*$,故均为吸收过程,推动力分别为$0.0296$、$0.0298$、$0.0299$。