第六章 吸收
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第六章消化和吸收第一节概述在人和高等动物,消化系统由消化道和消化腺组成,消化道包括口腔、咽、食管、胃、小肠和大肠,主要的消化腺有唾液腺、肝、胰和散在分布于消化道壁内的腺体。
消化系统的主要生理功能是对食物进行消化和吸收,为机体的新陈代谢提供必不可少的营养物质和能量以及水和电解质。
此外,消化器官还有重要的内分泌功能和免疫功能。
食物中所含的营养物质,如糖类、蛋白质和脂肪,都以结构复杂的大分子形式存在,不能被人体直接利用,须在消化道内经消化而分解成结构简单的小分子物质,如氨基酸、甘油、脂肪酸和葡萄糖等,才能被机体吸收和利用。
而维生素、无机盐和水则不需要分解就可直接被吸收利用。
消化(dkigestion)是指食物中所含的营养物质(糖、蛋白质和脂肪等)在消化道内被分解为可吸收的小分子物质的过程。
消化道对食物的消化有机械性消化(mechanical digestion)和化学性消化(chemical digestion)两种方式。
前者是指通过消化道肌肉的舒缩活动,将食物磨碎,使之与消化液充分搅拌、混合,并将食物不断地向消化道远端推送的过程;后者则为通过消化液中含有的各种消化酶的作用,将食物中的大分子物质(主要是糖、蛋白质和脂肪)分解为结构简单的、可被吸收的小分子物质的过程。
正常情况下,两种方式的作用是紧密配合、互相促进、同时进行的,共同完成对食物的消化过程。
食物经消化后形成的小分子物质,以及维生素、无机盐和水通过消化道黏膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程,称为吸收(absorption)。
未被吸收的食物残渣和消化道脱落的上皮细胞等在进入大肠后形成粪便,经肛门排出体外。
消化和吸收是两个相辅相成、紧密联系的过程。
消化道平滑肌的生理特性在消化道中,除口腔、咽、食管上端的肌肉和肛门外括约肌是骨骼肌外,其余部分都由平滑肌组成。
在平滑肌细胞之间存在缝隙连接。
平滑肌的舒缩活动与食物的机械性消化、化学性消化以及吸收过程是密切相关的,细胞间的缝隙连接可使电信号在细胞间传递。
【例6-1】 总压为101.325kPa 、温度为20℃时,1000kg 水中溶解15kg NH 3,此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。
试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。
解:首先将此气液相组成换算为y 与x 。
NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ,溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。
故0156.018/100017/1517/15=+=+==BA A A n n n n n x022403251012662...Pp y *A*===436.10156.00224.0*===x ym由式(6-11) E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa或者由式(6-1)3.1450156.0266.2*===xp E A kPa溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3,摩尔质量M s =18kg/kmol ,由式(6-10)计算H382.0183.1451000=⨯=≈ssEMH ρkmol/(m 3·kPa )H 值也可直接由式6-2算出,溶液中NH 3的浓度为 ()()869.01000/10001517/15//=+=+==ss A AA A A m m Mm V n c ρkmol/m 3所以 383.0266.2869.0*===AA p c H kmol/(m 3·kPa )【例6-2】 在20℃及101.325kPa 下CO 2与空气的混合物缓慢地沿Na 2CO 3溶液液面流过,空气不溶于Na 2CO 3溶液。
CO 2透过厚1mm 的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中。
气体中CO 2的摩尔分数为0.2。
在Na 2CO 3溶液面上,CO 2被迅速吸收,故相界面上CO 2的浓度极小,可忽略不计。
CO 2在空气中20℃时的扩散系数D 为0.18cm 2/s 。
问CO 2的扩散速率是多少?解:此题属单方向扩散,可用式6-17计算。
第六章光的吸收、散射和色散在光束通过物质时,它的传播情况将要发生变化。
首先光束越深入物质,它的光强将越减弱,这是由于一部分光的能量被物质所吸收,而另一部分光向各个方向散射所造成的,这就是光的吸收和散射现象。
其次,光在物质中的速度将小于光在真空中的速度,并将随频率而改变,这就是光的色散现象,光的吸收、散射和色散这三种现象,都有是由于光与物质的相互作用引起的,实质上是由光与原子中的电子相互作用引起的。
这些现象是不同物质光学性质的主要表现,对它们的讨论可以为我们提供关于原子、分子和物质结构的信息。
本章侧重于对现象及其唯象规律的描述,并用经典电子论对这些现象作进一步的解释。
§6.1电偶极辐射对反射和折射现象的解释1.1、电偶极子模型1 电偶极子模型:用一组简谐振子来代替实际物质的分子。
每一振子可认为是一个电偶极子,由两个电量相等、符号相反的带电粒子所组成。
在外电场的作用下,偶极子能做简谐振动。
2 振子的分类:一种相当于原子内部电荷的运动(电子振子),另一种相当于分子或原子电荷的振动和整个分子的转动(分子振子)注:在电子振子中带负电的粒子是电子,带正电的粒子是质量比电子大得多得的原子核,所以可认为原子核不参与运动,把它当作固定的准弹性力的中心。
1.2、电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释(学生自学)§6.2光的吸收2.1 吸收现象在一个波长范围内,若某种媒质对于通过它的各种波长的光波都作等量(指能量)吸收,且吸收量很小,则称这种媒质具有一般吸收(general absorption)性。
光通过呈现一般吸收性的媒质时,光波几乎都能从媒质透射,因此又可说媒质对这一波长范围的光是透明的。
通常所说的透明体,如玻璃、水晶,是指对白光呈现一般吸收性。
除真空外,对全部波长范围内的光都透明的物体是不存在的。
lcm厚的玻璃板对可见光范围内的各种波长的光波都等量吸收1%(即透射光的功率密度为入射光的99%),然而玻璃对于波长大于2500nm 的光波,或波长小于380am的光波都能完全吸收,因而对于红外线或紫外线来说,玻璃就成为非透明体了。
第六章吸收
一、填空题
1、由双膜理论可知,_______为吸收过程主要的传质阻力;吸收中,吸收质以________的方式通过气膜,并在界面处_______,再以________的方式通过液膜。
2、由于吸收过程中,气相中的溶质组分分压总是_______溶质的平衡分压,因此吸收操作线总是在平衡线的________。
3、吸收操作中增加吸收剂用量,操作线的斜率___ ,吸收推动力_____。
吸收操作线是通过___ __得来的,在Y-X图上吸收操作线通过两点。
4、吸收塔的填料高度计算中,表示设备效能高低的量是,而表示传质任务
的难易程度的量是。
5、吸收、解吸操作时,低温对有利;高温对有利;高压对
有利;低压对有利。
6、亨利定律有种表达方式,在总压P<5atm下,若P增大,则m ,
E ;若温度t下降,则m , E 。
7、用清水吸收二氧化碳气体,属于控制。
二、选择题
8、在吸收操作中,一气相组成差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为()
A. Y*-Y B . Y- Y* C Yi-Y D Y-Yi
9、在逆流吸收塔中,吸收过程为气膜控制,若进塔液体组成X
2
增大,其他条件不变,则气相总传质单元高度将()。
A.增大 B .不变 C 减小 D 不确定
10、推动力(x*-x)与吸收系数()相对应。
A.k
L B .K
x
C K
X
D. K
L
11、在下列吸收过程中,属于气膜控制的过程是()。
A.水吸收氨 B .水吸收硫化氢 C 水吸收氢 D. 水吸收氧
12、在填料吸收塔中用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质组分。
已知进塔混合气中溶质的组成为6%(体积分数),吸收尾气中溶质的组成为1.2%,则溶质的吸收率为()。
A.81.03% B . 80.0% C 18.97%
13、.如下图所示为不同温度下某气体在水中的溶解度曲线,由图可知,温度t
1
、t
2
、
t
3
由高到低的次序为()。
A. t
1
、t
2
、t
3
B . t
1
t
3
t
2
C . t
3
、t
2
t
1
14、在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气中溶质组分,其液气比L/V为2.7,平衡关
系可表示为Y=1.5X(Y,X为摩尔比),溶质的回收率为90%,则液气比与最小液气比之比值为:__________
A.1.5
B.1.8
C.2
D.3
15、在吸收塔设计中,当吸收剂用量趋于最小用量时:______
A.回收率趋向最高
B.吸收推动力趋向最大
C.操作最为经济
D.填料层高度趋向无穷大
16、对气体吸收有利的操作条件应是。
(A)低温+高压(B)高温+高压
(C)低温+低压(D)高温+低压
17、在填料吸收塔中,为了保证吸收剂液体的均匀分布,塔顶需设置
(A)液体喷淋装置(B)再分布器
(C)冷凝器(D)塔釜
18、利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操作称为。
(A)蒸馏(B)萃取(C)吸收(D)解吸
三、判断题
19、吸收操作线总是在平衡线的下方,解吸的操作线总是在平衡线的上方。
()
20、液膜控制吸收时,若要提高吸收率,应提高气相流速。
()22、气体的溶解度随温度的升高而增大,随压力减小而增大。
()
23、亨利系数小的气体溶解度大,溶解度系数小的气体溶解度也大。
()
24、对于易溶气体为气膜控制,对于难溶气体为液膜控制。
( )
25、双膜理论将吸收过程简化为通过气液两膜的分子扩散过程。
( )
27、吸收操作的依据是根据混合物的挥发度的不同而达到分离的目的。
()
28、吸收操作中吸收剂用量越多越有利。
()
29、吸收既可以用板式塔,也可以用填料塔。
()
30、吸收过程一般只能在填料塔中进行。
()
31、根据双膜理论,吸收过程的主要阻力集中在两流体的双膜内。
()
32、亨利系数随温度的升高而减小,由亨利定律可知,当温度升高时,表明气体的溶解度增大。
()
33、吸收操作线方程是由物料衡算得出的,因而它与吸收相平衡、吸收温度、两相接触状况、塔的结构等都没有关系。
()
34、在吸收操作中,若吸收剂用量趋于最小值时,吸收推动力趋于最大。
()
35、正常操作的逆流吸收塔,因故吸收剂入塔量减少,以致使液气比小于原定的最小液气比,则吸收过程无法进行。
四、简答题
37、填料的作用是什么?什么叫填料的比表面积和空隙率?
38、填料吸收塔内液体分布装置有哪两类?液体再分布器的作用是什么?
五、计算题
39、在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气体溶质组分A,吸收塔内操作压强为106kPa,
温度为30
℃,混合气流量为,组成为0.03(摩尔分数),吸收率为95%。
若
吸收剂用量为最小用量的1.5倍,试求进入塔顶的清水用量L及吸收液的组成。
操作条件下平衡关系为Y=0.65X。
40、在常压逆流吸收塔中,用纯吸收剂吸收混合气中的溶质组分。
进塔气体组成为4.5%(体积),吸收率为90%,出塔液相组成为0.02(摩尔分数),操作条件下相平衡关系为Y=1.5X(Y、X为摩尔比)。
试求塔顶、塔底及全塔平均推动力,以摩尔比表示。
41、某生产车间使用一填料塔,用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。
已知操作条件下,气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气中组分A的摩尔分率为0.04,出塔尾
气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0125,操作条件下的平衡关系为。
试求:液汽比为最小液汽比的多少倍?,所需的填料层的高度?。