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第六章吸收§ 1 概述一、化学工业或食品工业中的传质过程1、气体—液体系统1）吸收：物质由气相转移到液相。
2）脱吸（解吸）：物质由液相转移到气相。
3）气体增湿；湿分由液相转移到气相。
4）气体减湿；湿分由气相转移到液相。
水果储藏温度为4o C，相对湿度为85%。
2、蒸汽—液体系统精馏3、液体—液体系统液—液萃取：物质由某一液相转移到互不相溶的另一液相。
4、液体—固体系统1）结晶：物质由液相向固相转移。
2）液—固萃取（浸取）：物质由液相向固相转移。
3）液体吸附：物质由液相转移到固相表面。
5、气体—固体系统1）干燥：液体物质由固相表面或内部转移到气相。
2）气体吸附：物质由气相转移到固相表面。
二、相组成的表示方法1、质量分率a与摩尔分率x1) 质量分率a ：某组分的质量占总质量的百分率。
2) 摩尔分率x ：某组分的摩尔量占总摩尔量的百分率。
3）质量分率a 与摩尔分率x 的换算BB A A A A A M x M x M x a ⋅+⋅⋅= BB A A A AA M a M a M a x += 2、质量比a 和摩尔比X Y1）质量比a ： BA m m a = 2）摩尔比X ；Y ： BA n n X =3、质量浓度与摩尔浓度 1）质量浓度：单位体积均相混合物中某组分的质量。
单位：kg / m 32) 摩尔浓度：单位体积均相混合物中某组分的摩尔量。
单位：kmol / m 3三、吸收概念吸收尾气混合气体吸收液A+S吸收质或溶质A：混合气体中能够溶解的组分。
惰性组分或载体B：混合气体中不能被溶解的组分。
四、吸收操作的分类1、单组分吸收与多组分吸收2、物理吸收与化学吸收3、等温吸收与非等温吸收五、吸收剂的选择1、溶解度2、易脱吸3、选择性4、粘性5、挥发性6、其他§2 扩散现象一、概念1、扩散：当系统内部存在浓度差时，物质总要由高浓度区向低浓度区转移，这种现象称为扩散。
2、分子扩散和涡流扩散分子扩散：只依靠微观的分子运动，而无宏观的混合作用。
萃取分离技术Extraction 5.1 概述利用物质在互不相容的两相之间溶解度的不同而使物质得到分离纯化或浓缩的方法称为萃取。
目标物液体：液液萃取固体：液固萃取（浸取）有机溶剂萃取双水相萃取液膜萃取反胶束萃取超临界萃取5.2 液固萃取（浸取）¾液固萃取，又称浸取或提取，是一种分离和富集某些天然产物、生化试剂和添加剂的有效手段。
由于溶剂渗入固体试样内部是比较缓慢的过程，因此液固萃取需要较长的时间，一般需要连续萃取。
浸提分为冷浸和热浸两种：¾冷浸法：适用于提取遇热易被破坏的物质及含淀粉、树胶、果胶、黏液质的样品。
¾热浸法：由于提高温度有利于有效成分的溶解度故提取效果较冷浸好。
该方法操作时间长，浸出溶剂用量大，往往浸出效率差，不易完全浸出，不适合有效成分含量低的原料。
为了有效成分的浸出，固体样品尽量粉碎传统的液固萃取装置是利用索氏（Soxhlet）提取器浸取在食品工业中的应用食用油¾除了采用传统的压榨法外，常采用溶剂浸提其中所含的油脂。
黄豆经溶剂浸提后，豆渣中残油量往往低于l%，远较压榨法的豆渣的残油率2%~2.5%为低。
除了油料种籽可以采用浸提法抽取其所含的油脂外，有时还采用浸提法抽取鱼肝或鱼皮的油脂。
常用溶剂：己烷、庚烷、环己烷速溶咖啡¾从咖啡豆中浸提出可溶性成分，经喷雾干燥或冷冻干燥可制得速溶咖啡。
食品功能成分的提取5.3 溶剂萃取法(Solvent Extraction)杂质目的产物料液萃取剂Light phaseHeavy phase溶剂萃取过程示意图实验室溶剂萃取过程分液漏斗有机相水相溶剂萃取法的原理萃取是根据不同物质在两相中分配平衡的差异是实现分离的。
物理萃取：利用溶剂对需分离的组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程，理论基础是分配定律；化学萃取：溶剂首先有选择性地与溶质化合或络合，从而在两相中重新分配而达到分离目的，服从相律及一般化学反应的平衡定律。
化学萃取名词解释
化学萃取是一种分离混合物的单元操作，利用物质在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。
这种操作常用于化学、冶金、食品等工业，也用于石油炼制工业。
萃取的操作过程并不造成被萃取物质化学成分的改变（或说化学反应），因此萃取操作是一个物理过程。
萃取是有机化学实验室中用来提纯和纯化化合物的手段之一。
通过萃取，能从固体或液体混合物中提取出所需要的物质。
此外，萃取后两种互不相溶的液体需要分开，这个操作叫做分液。
固-液萃取是用溶剂分离固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。
第十章 液-液萃取和液-固浸取1. 25℃时醋酸（A ）–庚醇-3（B ）–水（S ）的平衡数据如本题附表所示。
习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%）习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%）试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。
（2）确定由200 kg 醋酸、200 kg 庚醇-3和400 kg 水组成的混合液的物系点位置。
混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。
（3）上述两液层的分配系数A k 及选择性系数β。
（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ 所示。
辅助曲线如附图1曲线SNP 所示。
分配曲线如附图2 所示。
（2）和点醋酸的质量分率为 25.0400200200200A =++=x水的质量分率为 50.0400200200400S =++=x由此可确定和点M 的位置，如附图1所示。
由辅助曲线通过试差作图可确定M 点的差点R 和E 。
由杠杆规则可得 kg 260kg 80040134013=⨯==M R()kg 540kg 260800=-=-=R M E由附图1可查得E 相的组成为 A S B 0.28,0.71,0.01y y y ===R 相的组成为 A S B 0.20,0.06,0.74x x x ===（3）分配系数 A A A 0.281.40.20y k x === B B B0.010.01350.74y k x === 选择性系数 7.1030135.04.1BA ===k k β（4）随水分的蒸发，和点M 将沿直线SM 移动，当M 点到达H 点时，物系分层消失，即变为均相物系。
由杠杆规则可得 kg 5.494kg 80055345534=⨯==M H需蒸发的水分量为()kg 5.305kg 5.494800=-=-H M2. 在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。
已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。
试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。
操作条件下的平衡数据见习题1。
解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。
由原料组成x F =0.3可确定原料的相点F ，由萃余相的组成x A =0.1可确定萃余相的相点R 。
借助辅助曲线，由R 可确定萃取相的相点E 。
联结RE 、FS ，则其交点M 即为萃取操作的物系点。
由杠杆规则可得习题1 附图1 习题1 附图23726F S ⨯=⨯ k g 1423k g 100026372637=⨯=⨯=F S（2）由杠杆规则可确定萃余相的量。
4916R M ⨯=⨯ ()kg 791kg 1423100049164916=+==M R由附图可读得萃取相的组成为 A 0.14y = 萃取率=()0.14242379176.2%10000.3⨯-=⨯3. 在三级错流萃取装置中，以纯异丙醚为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸水溶液中提取醋酸。
已知原料液的处理量为2000 kg ，每级的异丙醚用量为800 kg ，操作温度为20 ℃，试求（1） 各级排出的萃取相和萃余相的量和组成；（2）若用一级萃取达到同样的残液组成，则需若干千克萃取剂。
20 ℃时醋酸（A ）–水（B ）–异丙醚（S ）的平衡数据如下：习题3附表 20 ℃时醋酸（A ）–水（B ）–异丙醚（S ）的平衡数据(质量分数)习题2 附图由原料组成x F =0.3，在图中确定原料相点F 。
由物料衡算确定一级萃取物系的组成 A 20000.30.2142000800x ⨯==+S 8000.2862000800x ==+由此可确定一级萃取物系点M 1的位置。
借助辅助曲线，通过试差作图可由M 1确定一级萃取的萃取相点E 1和萃余相点R 1。
由杠杆规则可得115034.5R M ⨯=⨯ kg 19322800kg 505.34505.341=⨯==M R()kg 868kg 19322800111=-=-=R M E 由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为110.1100.255y x ==由R 1的量及组成，以及所加萃取剂的量，通过物料衡算可求得二级萃取的物系点M 2。
与一级萃取计算方法相同可得 2930E =kg 21800R =kg220.100.23y x ==与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果 3920E =kg 31890R =kg习题3 附图330.080.21y x ==（2）若采用一级萃取达到同样的萃取效果，则萃取物系点为附图中的N 点。
由杠杆规则可得37.526.F S ⨯=⨯ k g 2830k g 20005.265.375.265.37=⨯==F S4. 在多级错流萃取装置中，以水为溶剂从含乙醛质量分数为6%的乙醛—甲苯混合液中提取乙醛。
已知原料液的处理量为1 200kg/h ，要求最终萃余相中乙醛的质量分数不大于0.5%。
每级中水的用量均为250 kg/h 。
操作条件下，水和甲苯可视为完全不互溶，以乙醛质量比表示的平衡关系为Y =2.2X 。
试求所需的理论级数。
解：（a ）直角坐标图解法 在X –Y 直角坐标图上绘出平衡曲线Y =2.2X ，如附图所示。
F F F0.060.064110.06x X x ===-- 原料中稀释剂的量为()()h kg 1128h kg 06.0112001F =-⨯=-=x F B 操作线的斜率为 1128 4.512250B S -=-=-习题4 附图过X F 作斜率为–4.512的直线，与平衡线交于Y 1，则X F Y 1为一级萃取的操作线。
过Y 1作Y 轴的平行线，与X 轴交于X 1。
过X 1作X F Y 1的平行线，与平衡曲线交于Y 2，X 1Y 2即为二级萃取的操作线。
同理可作以后各级萃取的操作线，其中X i 为第i 级萃余相的组成，直至X n 小于或等于所规定的组成0.005为止。
操作线的条数即为理论级数，即n =7（b ）解析法 由于B 与S 不互溶，故可采用式（10–35）计算理论级数。
F n S 2.20.0640.0050K X X Y ==≈= m 2.22500.48761128K S A B⨯=== ()()FS n S m 0.064ln ln0.005 6.4ln 1ln 10.4876X Y K X Y K n A ⎡⎤-⎢⎥-⎣⎦===++ 取n =7也可采用迭代计算求理论级数。
平衡关系为 i i 2.2Y X = 操作关系为()i i i -14.512Y X X =-- 由此可得迭代关系为 i i -10.6722X X = 迭代计算结果为0F 12345670.0640.04300.02890.01940.01310.008790.005910.003970.005X X X X X X X X X =========<即所需理论级数为7级。
5. 在多级逆流萃取装置中，以水为溶剂从含丙酮质量分数为40%的丙酮–醋酸乙酯混合液中提取丙酮。
已知原料液的处理量为2 000kg/h ，操作溶剂比（F S ）为0.9，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于6%，试求（1）所需的理论级数；（2）萃取液的组成和流量。
操作条件下的平衡数据列于本题附表。
习题5附表 丙酮（A ）–醋酸乙酯（B ）–水（S ）的平衡数据（质量分数）由原料组成x F =0.40，在图中确定原料相点F 。
F =1000kg/h 、S /F =0.9，再根据杠杆规则可确定F 、S 的和点M 。
由最终萃取要求x n =0.06确定R n 。
联结R n 、M ，其延长线与溶解度曲线交于E 1，FE 1、R n S 两线的交点Δ即为操作点。
借助辅助曲线作图可得E 1的共轭相点R 1（第一级萃取萃余相点），联结R 1Δ与溶解度曲线交于E 2。
同理可找到R 2、R 3 ……，直至萃余相的组成小于0.06为止，操作线的条数即为理论级数。
由作图可得n =6（2）联结S 、E 1，并延长交AB 与E ′，E ′即为萃取液的相点，读图可得A 0.65y '= h kg 1800h kg 20009.0=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=F F S S()h kg 3800h kg 18002000=+=+=S F M 由杠杆规则可得习题5 附图135.527E M ⨯=⨯ h kg 2890h kg 38005.35275.35271=⨯==M E172.529E E '⨯=⨯ h kg 1156h kg 5.722928905.72291=⨯=⨯='E E6. 在多级逆流萃取装置中，以纯氯苯为溶剂从含吡啶质量分数为35%的吡啶水溶液中提取吡啶。
操作溶剂比（F S ）为0.8，要求最终萃余相中吡啶质量分数不大于5%。
操作条件下，水和氯苯可视为完全不互溶。
试在X –Y 直角坐标图上求解所需的理论级数，并求操作溶剂用量为最小用量的倍数。
操作条件下的平衡数据列于本题附表。
习题6附表 吡啶（A ）–水（B ）–氯苯（S ）的平衡数据（质量分数）习题6 附表2 12 由S /F =0.8及x F =0.35可得操作线的斜率 0.80.812535165S S S B FA BS B ===⇒=+⎛⎫+ ⎪⎝⎭由最终萃取要求可确定点X n ， n n n0.050.053110.05x X x ===--过点X n 作斜率为0.8125的直线与直线F F F0.350.538110.35x X X x ====--交于J ，则X n J即为操作线。
在平衡曲线与操作线之间作阶梯至X <0.053，所作的级梯数即为理论级数。
由作图可得理论级数为3n =当萃取剂用量最小时，操作线的斜率最大，此时的操作线为X n B ，其斜率为 ma x47.80.985653.85.3B S ⎛⎫==⎪-⎝⎭ ma xm i n0.98561.210.8125B S S B S S⎛⎫ ⎪⎝⎭=== 7.在25 ℃下，用纯溶剂S 在多级逆流萃取装置中萃取A 、B 混合液中的溶质组分A 。
原料液处理量为800 kg/h ，其中组分A 的含量为32%（质量分数，下同），要求最终萃余相中A 的含量不大于1.2%。
采用的溶剂比（S /F ）为0.81。
试求经两级萃取能否达到分离要求。
操作范围内级内的平衡关系为0.42A A0.76y x =S A 0.996y y =- S A 0.010.06x x =+解：本题为校核型计算，但和设计性计算方法相同。
若求得的2A 0.012x ≤，，说明两级逆流萃取能满足分离要求，否则，需增加级数或调整工艺参数。
