第九章 吸收 蒸馏 萃取

1. 食品工程原理与设备 吸收 蒸馏 萃取 第九章 吸收 蒸馏 萃取 两均相系分离的单元操作，如蒸馏、吸收、萃取、膜分离等 蒸馏：将混合溶液部分气化，利用其中不同组分 挥发度不同实现分离。 冷 凝 器 苯 －易挥发物 甲苯－难挥发物 苯浓度 苯＋甲苯

2. 食品工程原理与设备 吸收：利用混合气体各组分溶解度的不同 对混合物进行分离 第九章 吸收 蒸馏 萃取 吸收剂（S） 吸 收 塔 吸收尾气 （B＋残存部分A） 混合气体 （A＋B） 吸收液（S＋A）

3. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 吸收操作应用： 1、制备某种气体溶液。如： 水吸收碳酸气制成碳酸饮料 水吸收二氧化氮制造硝酸 水吸收氯化氢制造盐酸 水吸收甲醛制造福尔马林溶液 2、分离混合气体以获得一定的组分 硫酸处理焦炉气以回收其中的氨 3、除去有害组分以净化气体 水脱除合成氨中的二氧化碳

4. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 萃取：利用某种溶剂选择性地溶解混合物中 一种组分，从而进行提取分离的操作。 一般萃取剂与混合液性质差异较大，如密度差大 萃 取 塔 萃取相 （S＋A） 混合液 （A＋B） 萃余相 （B＋残存A） 萃取剂 （S）

5. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 三种分离操作的共同点： 二元或多元混合物中一相或二相经自由界面 进行分子扩散或对流扩散传质 从而实现混合物的分离 本章重点讲述第一节传质、第三节蒸馏、第四节萃取。

6. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 第一节 质量传递原理 9-1 传质概述 气体中分子扩散 液体中分子扩散 固体中分子扩散 分子扩散传质 （质扩散） 传质 管内流动传质 平行于平板流动的传质 通过单一球体流动传质 填充床的传质 对流传质 （质对流）

7. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9-2 分子扩散 9.2C 稳态分子扩散 扩 散：由于物质内部组分浓度梯度 物质由高浓度区向低浓度区转移的现象 稳定扩散：扩散过程中各点的浓度不随时间而变

8. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 1、稳态下气体的等摩尔对向扩散 NA CA CB NB Z NA、NB－组分A、B的扩散通量，kmol/m2.s

9. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 Fick定律： 式中：

10. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 对于两平行平面间的等分子稳定扩散： NA CA1 CA2 Z

11. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

12. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 2、单向稳定扩散 “静止”组分 NA CA CB NB＝0 z 若扩散＋对流（流速为u），对组分A：

13. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 对组分B，可看为向右扩散＝ 向左u流动带回 设沿扩散各点，总浓度保持不变，即：

14. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 由以上各式，消去u，得稳定单向扩散速率式：

15. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 对于两平行平面间的单向稳定扩散： NA CA1 CB1 CB2 CA2 z 由积分：

16. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 对理想气体混合物： 则得斯蒂芬（Stefan）定律： 其中PBm为B组分两平面的分压对数平均值

17. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

18. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

19. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 3、分子扩散系数D 扩散系数D与扩散质、介质性质、形态和温度有关 1）、由理论或经验公式计算DAB 2）、由有关手册查取

20. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9-3 对流传质（对流扩散） 9.3A 对流传质机理 1、层流中的扩散 扩散发生在垂直方向，仍可用Fick定律计算 2、湍流中的扩散 对流扩散＝分子扩散＋涡流扩散 其中： DE－涡流扩散系数，反映了涡流对扩散 传质的影响，De与流态有关。

21. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9.3B 传质系数 对流扩散速率方程： 式中：

22. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9.3C 传热与传质的比拟 传质准数方程： Sh－舍伍德（Sherwood）准数 Sc－施密特（Shmidt）准数

23. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9.3D 对流传质关系式 kc由准数方程,经实验确定： 1、流过平板流体的传质

24. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

25. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 2、圆管内流动流体的传质

26. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 3、流过球体的流体传质

27. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 NA

28. 第九章 传 质

29. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9-4 相间传质 相间传质过程比较复杂，可类比传热处理。 9.4A 稳态相间传质 1、相平衡曲线 两相平衡时组分在两相（如液、气两相）中的浓度关系称为相平衡曲线。 平衡时，一般组分在两相中的浓度并不相等，但有一定的分配关系。

30. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 当两相均为理想状态时： 液相：由拉乌尔定律 气相：由道尔顿定律

31. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 如水－醋酸气液相平衡曲线如图所示。

32. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 2、双阻理论 认为界面无阻力，则： 传质阻力=气相阻力＋液相阻力

33. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 若点P为传质两相某一截面主体情况 由点P作斜率 -kL/kG 的直线，交平衡曲线于点M点,M处（pAi,cAi）为界面上两相浓度

34. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 3、总传质系数

35. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 9.4B 工业装置中的传质 1、有效相间传质面积 有效相间传质面积＝

36. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 2、容积传质系数

37. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 3、传质单元数 传质流量： (m3液／s) (液相)

38. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

39. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备

40. 第九章 吸收 蒸馏 萃取 食品工程原理与设备 讨论： （1）NOL与物系的相平衡和进出口的浓度有关，若传质浓度变化大，过程平均推动力小，则分离难度大，所需传质单元数则多。反之，则少。所以NOL反映了分离的难易程度。 （2）HOL所包含的容积传质系数反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣等。 HOL与设备形式和操作条件有关。 HOL越小，设备传质效能越高。

41. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 第三节 蒸 馏 蒸馏：将混合溶液部分气化，利用其中不同组分 挥发度不同实现分离。 分类 操作方式： 间歇蒸馏、连续蒸馏 操作压力： 常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏 操作原理： 单级蒸馏、多级蒸馏（精馏） 混合物组分：双组分蒸馏、多组分蒸馏

42. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 一、 蒸馏的基本原理 （一）双组分体系汽液相平衡 1、 双组分体系汽液相图 常压下：苯 ts=80 °C, 甲苯 ts=110 °C 苯－易挥发物质 两液体混合，在t °C下 液相中苯的物质量分率为 x 气相中苯的物质量分率为 y

43. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 当时间较长时，x, y 将保持不变 称x-y达到相平衡（汽液平衡）

44. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 （1）拉乌尔定律（p-x图） 理想液体：对混合溶液（A＋B） A＋B

45. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 分为三个区： 液相区 汽液混合区 气相区 液相线 液相区 汽液混合区 气相线 气相区 （P-X图）

46. （2）两组分的溶液的相平衡关系（T-X图） 第九章 以水－乙醇为例 M－最低恒沸点，恒沸混合液

47. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 沸点组成图（T-x-y）的分析： 1）分为三个区：液相区、汽液混合区、气相区 2）下方线表示液相中各组分 x 的温度和沸点 上方线表示气相中各组分 y 的温度和沸点 3）x=0%，难挥发物的沸点（高沸点），即水沸点 x－100%,易挥发物的沸点（低沸点），即乙醇沸点 4）不同组分时，高沸点＞沸点＞低沸点 5）若在T下，y>x,则可采用蒸馏对其提纯

48. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 正偏差 负偏差 T-X相图 b-泡点，Tb-泡点温度 d-露点，Td-露点温度

49. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 （3）Y-X相图 Y-X相图 Y-x图：如T9-22 若y-x线在45º线（y=x）上方，恒有 y>x 则可以分离

50. 第九章 第三节 蒸馏 食品工程原理与设备 第九章 2、 挥发度与相对挥发度 （1）挥发度