《食品工程原理》教案 (第33次课2学时) 一、授课题目 第五章吸收 第一节概述 第二节气液溶解平衡 二、教学目的和要求 学习本次内容，要求学生了解吸收的基本概念，学握溶质浓度的表示方法，学握亨 利定律及相平衡关系在吸收中的应用。 三、教学重点和难点 重点： 1、亨利定律 2、相平衡关系在吸收中的应用 难点： 平分压D的意义 四、教学过程 第1页共52页（第山章吸收）
第五章吸收 重点：双膜理论、传质基本方程、操作线方程 难点：双膜理论 第一节概述 一、吸收操作及分类 1、吸收操作 (1)定义：利用气体混合物中各组分在某液体中溶解度不同而加以分离的操作。 说明： ①吸收是气体混合物与作为吸收剂的液体接触，使气体中的某一或某些组分溶于 液体的操作。 ②吸收是分离气体混合物的重要单元操作之一。 例：HCI 气相 N2 +H0 Co CO 液相H (2)名词： 浴质一气体中被溶解的组分（吸收质）A 惰性组分—气体中不可被吸收的组分（载体）B 溶剂一用米吸收溶质的液体（吸收剂）S 吸收液—吸收后，由吸收剂和溶质组成的液体A+S 尾气—一吸收后排除的废气B+少数A A +S →(B+少数A)+(S+多数A) 相液相 气相 液相 例：用水米吸收空气与NH3混合气中的NH3。如下图所示：ANH3，B空气，S 水 第2页共52页（第山章吸收）
2、分类 (1)按吸收过程是否发生化学反应分类：物理吸收、化学吸收 (2)按吸收过程中体系的温度变化分类：等温吸收、非等温吸收 (③)按被吸收组分的数目分类：单组分吸收、多组分吸收 本章主要讨论低浓度气体混合物的单组分等温物理吸收 3吸收操作流程 二、解吸与吸收剂的选择 1、解吸：吸收的逆过程，即溶质A由液相转移至气相。 说明：在实际应用中，有吸附就一定有解吸： 解吸即使吸收剂再生，循环使用： 第3页共52页（第山章吸收）
解吸的方法为升温吹气（温度升高，气体溶解度下降） 2、吸收剂的选择 (1)吸收剂对吸收质的溶解度人，溶解度对温度变化敏感 温度升高，溶解度降低多，利于解吸。若吸收液直接是产品，不需解吸，不考虑温 度的影响。 (2)吸收剂对吸收质的选择性高即基本上对除吸收质以外的组分不溶或难溶。 (3)挥发性小溶剂的损失减少。 (4)粘性小改善吸收剂在塔内的流动状态，使分布均匀，阻力小。 (5)其它价廉，易于再生，化学性质稳定，无毒，无腐蚀，不易燃，不发泡。 三、吸收操作的应用 1、分离回收混合气中的有用成分 例如：焦化厂，煤焦炉气中苯的回收 2、直接制备某些产品 盐酸、硝酸、硫酸制备。 3、除去混合气中有害成分 如除去废气排放中的二氧化硫、氯氧化物等有害气体 第二节气液溶解平衡 一、气体在液体中的溶解度 1、定义：在恒定温度和压强下，使气体和液体相接触达平衡时气体在液体中的饱和浓度。 说明： (1)平衡分压p:平衡时溶质在气相中的分压。 (2)一般，溶解度Sf(溶质，溶剂，T,p*) T↑，Sl:p↑，S↑。 (3)在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在气相中的平衡分压的增人而增人： 而在相同平衡分压条件下，气体组分的溶解度则随温度的升高而减小。 (4)在同一温度下，对于不同种类的气体组分，欲得到相同浓度的溶液，易溶气体 仅需控制较低的分压，而难溶气体则需较高分压。 (5)加压和降温对吸收操作有利：反之，升温和减压有利于解吸。 第4页共52页（第山章吸收）
2、浓度表示方式 (1)质量浓度pA 液相：p4= 四《一A的质量，V一溶流作积，%=受 ma =m+ms 单位：kgm3 (2)摩尔浓度（物质的量浓度）c 流相：c,=(a一A的m数，V一常液体积.6登 Co=C+Cs 单位：mol/L,kmol/m3 (3)质量分率 m=-a,= 液相：a,m中m“m中 单位：无因次 (4)摩尔分率 气提物以 单位：无因次 (5)摩尔比 液相：X,= ns 气相：y,= X=4=”,+ n5n5/n,+n3)1-x4 y=2=,,+n)-y nm,+”g)1- X Y 所以，x=1+X=1+ 第5页共52页（第山章吸收）
3、单组分吸收相律分析 (1)相律：研究相平衡的基本规律。表示平衡物系中的白由度数、相数及独立组分数间 的关系。 白由度数(F)=独立组分数(C)-相数（①）+2 白由度和白由度数：能够维持系统原有相数而可以独立改变的变量（可以是温度、 压力和表示组成的某些物质的相对含量)叫白由度，该变量的数目称为白由度数。 (2)吸收过程的相律分析 F-C-+2,C-3(A,B,S),D=2(液相，气相) F=3-2+2=3, 即：变量温度、压强、A在气相中浓度、A在液相中浓度，至少要知道二个，才可 确定状态。（在t、P、x(或y)冲任意选定两个参数，平衡物系的状态就被唯一地确定了） 一般固定温度、压强。 气相中A浓度液相中A浓度 4、溶解度曲线 一定温度、压强下， 气相中A浓度一液相中A浓度关系曲线 (p,y,Y) (c,x,X) 二、亨利定律 当总压不高(<5×10P)时，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液 相中的浓度之间存在若如下的关系：（为方便起见，将下角标A全部省略） 1、表达式 表达式1：气相用平衡分压，液相用摩尔分率表示 p*:=是 式中：p幸----溶质在气相中的平衡分压，kPa: X一-溶质在液相中的摩尔分率 x与气相分压为p的气相成平衡液相摩尔分率 E -享利系数，kPa 说明： (1)上式称为亨利定律。上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它 第6页共52页（第山章吸收）
在溶液中的摩尔分率成正比。 (2)一般E值随温度的升高而增人(Ef(T),T↑，E↑)。亨利系数E值较人表 示溶解度较小（易溶气体的E值小，难溶气体的E值人）。 (3)若pp,平衡：若xx,平衡。满足任一条件，平衡。 (4)若p,不平衡，p》pA气相到液相，吸收：ppA液相到气相，解吸 表达式2：气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示 p*=c/H:c*=Hp 式中：c液相中溶质的摩尔浓度，kmol/m3; H一溶解度系数，kmom3kPa; 说明： (1)在亨利定律适用的范围内，H是温度的函数，而与P*或c无关。对于一定的 溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。H=f(T),T↑，H! (2)易溶气体H值较人，难溶气体H值较小。 表达式3：溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x,y表示 y*=mx (y=mx*) 式中： 溶质在液相中的摩尔分率： y*一与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率： 一相平衡常数无因次」 说明：m值越人，表示溶解度越小。 表达式4：对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量比米表示 Y*=mX 2、各系数关系 (1)H-E 另外，对稀溶液，有： 式中：p,溶剂的密度，kgm3:M-溶剂的相对分子质量，kg/kmol 准导由p广Ex和pc历得出，E心财、月一是》 设溶液密度为pkg/m3,相对分子质量为Mkg/kmol,摩尔浓度为ckmol/m,摩尔 分率为x。取1m3的溶液，则： 第7页共52页（第山章吸收）
总质量为pX1=pkg,总m1为号kaol 其中含A:号x(ao1weX1-eaol,则e号x(2 由公式①2得出，H=E品 (2)mE p'=Ex-=PyA',yA'=(E/P)XA=mXA ·m-E/P式中：P为系统总压(E、H不随P变，m随P变) 例总压为101.3kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kgNH3,此时溶液上方汽相 中NH的平衡分压为2.266kPa。试求溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。若总 压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则问此时NH,的溶解度及各系数的值。 分析：已知条件，P=101.3kPa,PA*=2.266kPa E=PA/XA-XA -E/P,H=e./ E 解：本题中，A一NH,S一HO。 首先将汽、液相组成换算为y与x。 M=17,Ms=18 X4= na 15/17 =0.01563 n4+ng15/17+1000/18 由亨利定律得： E-PaxA=2.266/0.01563=145.0kPa ∴.m=E/P-145/101.3=1.431 ./M1000/8=0.383 kmol/(mPa) 145 若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则E不变，H也不变。 m2=(E1P)2=EΣB m,(E/P), E P: m=m*骨=191兮=0716 cA=HPA-0.3831×2×2.266=1.736mo1/m 仍取溶液的密度为1000kgm3,则1m溶液质量为1000g,溶质质量为mA 1m=1.736×17=29.51kg 第8页共52页（第山章吸收）
NH的溶解度为： S溶质质最 溶剂质量100-295×29,5=304eM,/100gH,0 1000 三、相平衡关系在吸收中应用 1、判断过程方向 判断：吸收or解吸 y=mx,yy*,平衡：yPy*,吸收：yy*,解吸。 x与ym,X=x*,平衡：Xx*,吸收：x>x*,解吸。 2、计算吸收过程推动力 气相：Appp*,AY=Y-Y 液相：Ax=x*x,△X=X*X 3、判断过程的极限 固定气液进口浓度(Y1,X2固定)，问塔高z→o时，气、液出口浓度极限值？ 第9页共52页（第山章吸收）
解：X一X,Y:接触，无吸收。X=X=名 Y2一Y*,X2:吸收停止。了，=y=mX2,只有X0(纯溶剂)，y.mn=0 实际操作中，这两个极限，只能够满足一个。 I例课本P489 第10页共52页（第章吸收）