化工原理萃取大題

1、1. 、在逆流連續(xù)操作的塔內(nèi)，以水為萃取劑從丙酮-苯混合液內(nèi)提取丙酮。苯與水可視作完全不互溶。在操作條件下，丙酮在水和苯中以質(zhì)量比為基準(zhǔn)的分配系數(shù)為0.65，即:Y=0.65X，原料的流率為1200kg/h，其中含丙酮0.35(質(zhì)量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含 量不大于0.06。若用水量為最小量的1.6倍，試求水的實(shí)際用量kg/h。解：Zf=0.35/(1-0.35)=0.54Z n=0.06/(1-0.06)=0.064Ymax=0.65 >0.54=0.351(B/S)min=(Ymax-Z)/(Zf-Z n)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74(S/B)mi

2、 n=1/0.74=1.35Smin=1.35 >200=1620實(shí)際用水量 S=1.6 X1620=2592 kg/h2、在B-S部分互溶物系的單級(jí)萃取中，料液中溶質(zhì)A與稀釋劑B的質(zhì)量比為40: 60。采用純?nèi)軇㏒=200kg,溶劑比為1,脫除溶劑后萃余液濃度 Xa°=0.3(質(zhì)量分率)，選擇性系數(shù)3=8。 試求萃取液量E°為多少kg?解：萃取液濃度 yA°( 3Xa°)/1 + ( 31)Xa°=8 X).3/(1 + 7>0.3)=0.774X f=40/(40 + 60)=0.4又 S=F=200 kg據(jù)物料衡算(杠桿法則)

3、：E°F>Xf-Xa°/(Y a°-Xa°)=200 >0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.23、使用純?nèi)軇㏒對(duì)A、B混合液作萃取分離。在操作范圍內(nèi)，S-B不互溶，平衡關(guān)系Ya=1.2Xa(Y、X均為比質(zhì)量分率)，要求最終萃余相中萃余分率樣0.05。試求用單級(jí)萃取時(shí)，每kg稀釋劑B中，溶劑S消耗量kg。解：()r=(BX)/(BX f)=X/X F X=X F Y=KX=K 如斤物料衡算：SY=B(X-X)S/B=(X f-X)/Y=X f(1- $r)/(K QrXf)=(1-0.05)/(1.2>0.05)=15.83k

4、gS/kgB4、用純?nèi)軇㏒進(jìn)行單級(jí)萃取，Xf=0.15(質(zhì)量分率， 下同)。萃取相中A的濃度與萃余相中 A的濃度相同。采 用溶劑比為1。試求：選擇性系數(shù)3當(dāng)溶劑用量為最少時(shí)，求萃取液濃度 yA° (設(shè) 所涉及范圍內(nèi)分配系數(shù)Ka均相同)解：(1) t y a=xa k a= y a/x a= 1 又 S/F = 15、連FS取中點(diǎn)即M點(diǎn)，過(guò)M點(diǎn)作ER平行于BS脫溶劑 S 后得 xa° =0.1 y a°=0.5選擇性系數(shù)3=y A°/(1-y a°/x a°/(1-x a°)=0.5/(1-0.5)/0.1/(1-0.1)=9

5、 聯(lián)點(diǎn)S、F,與平衡線交于 M'點(diǎn)，過(guò)M'點(diǎn)作平行于BS(虛線所示)的線，與平衡線交于點(diǎn)E'連S、E'兩點(diǎn)延伸到AB上得yA ° =0.76、已知AB混合液組成如圖中 F點(diǎn)所示。用純?nèi)軇﹩渭?jí)萃取。萃余液的組成在R點(diǎn)，物系的分配系數(shù)kA=1。試求：選擇性系數(shù) 當(dāng)(S/F)min時(shí)，萃取液組成 杠°解：(1)連R° S得R點(diǎn)，作RE平行于BS( v kA=1) 得E點(diǎn)，連ES延伸到AB邊得E°,其組成為0.6 3 =0.6/(1-0.6)/0.2/(1-0.2)=6(2)過(guò)M'點(diǎn)(該點(diǎn)滿足(S/F)min條件)，作M&

6、#39;E'平行于BS過(guò)E'點(diǎn)脫溶劑得yA °0.757、采用純?nèi)軇㏒進(jìn)行單級(jí)萃取中，已知Xf=0.3(質(zhì)量分率)，解：yA/y B=yA°/(1-y a°)=1.5解知：yA°=0.6。連 yA°,S 得 E點(diǎn)，E 點(diǎn) yA=0.08由 kA=yA/x a=2，定 xat R 點(diǎn)。連E、R與F、S,交點(diǎn)M=F+S=E+ RS/F=FM/SM=45/15=3(倍)mAB萃取相濃度為yA/y b =1.5，圖中P點(diǎn)為臨界互溶點(diǎn)，并知分配系 數(shù)kA=2。試求：溶劑比 S/F為多少？F ryn8、現(xiàn)有含A組分30%（質(zhì)量）的A+B混合

7、物，采用 溶劑S進(jìn)行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如 圖示。試求用單級(jí)萃取器時(shí)， 萃取液中A組分最大濃度 可達(dá)多少？（質(zhì)量）此時(shí)溶劑用量為多少？（用線段比及 符號(hào)注明即可）解：最大濃度yA°55% S=（MF/MS）汗。9、有A、B、S三種有機(jī)液體，A與B、A與S完全互溶，B與S部分互溶。其溶解度曲線與輔助曲線如圖， 進(jìn)料量為100Kg/h。試求： 若采用單級(jí)萃取，萃取液可達(dá)到最大濃度為多 少？ 當(dāng)進(jìn)料為含 A30%勺AB混合液，萃取液的濃度達(dá)到了最大值，此時(shí)溶劑用量為多少？ 解：從S點(diǎn)做溶解度曲線的切線和 AB交于E'點(diǎn)，其Y'即為最大濃度 Y' =

8、86 %。 從E點(diǎn)作AB平行線和輔助線交于 P點(diǎn)，從P點(diǎn)對(duì)BS畫(huà)平行線與溶解度線交點(diǎn)為R,S和R聯(lián)線的延長(zhǎng)線與 AB交點(diǎn)R' , X' = 7%。FM XF= MSXS S= Mfy MSXF= (41 /59) X100= 69.5 Kg/h10、一混合液由A、E組成，現(xiàn)用溶劑S對(duì)A進(jìn)行單級(jí)萃取，已知Xf=0.3 （質(zhì)量分率，下同），要求萃余液的組成不大于0.1。試用圖解法計(jì)算該物系S與E有互溶性變化時(shí)，溶劑用量與萃取液組成的變化。（可認(rèn)為互溶性變化時(shí)，A的分配系數(shù)基本不變，KA=2）附：該物系在不同溫度下的溶解度曲線。解：S= FX18.5 /25.5 = 0.725FY

9、i' = 0.78S' = 21.F / 23= 0.935FS' = 0.935S / 0.725 = 1.29SY 2 = 0.42S進(jìn)行單級(jí)萃取，所得萃取相和萃余相脫溶劑后又能得到原來(lái)的10%A和80%A的溶液。問(wèn)此工作狀態(tài)下的選擇性系數(shù)滬？解：3=(y#XA)/(y b/x b) = (y a'/x A')/(y b'/x b') = (0.1/0.8)/(0.9/0.2) = 1/3612、某A B混合液用純?nèi)軇?S單級(jí)萃取。已知：F=100kg/h , Xf=0.4(質(zhì)量分率，下同)。kA=1, 萃余相的組成Xa/Xb=1/3

10、 o試求：萃余液量；溶劑量。解：(1) X a/X b=Xa°/X B°=XA°/(1-X a°)=1/3解知萃余液組成 Xa°=0.25，連R°S得R點(diǎn)。 作RE 平行于BS,連SE延長(zhǎng)與AB邊交于點(diǎn)E',得萃取液組成 yA°=0.75 °據(jù)杠桿法則：:-E°F*x f-x A)/(y a-x a)=100 *0.4-0.25)/(0.75-0.25)=30 kg/h(2) RE與 FS 交點(diǎn) MO S=F FM/SM=10024/24 = 100 kg/h -.以上答案由于在查圖中會(huì)因人而有所

11、出入，因此評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)著重思路與概念，作圖步驟說(shuō)明從簡(jiǎn)。凡萃取作7''圖題解均依此為準(zhǔn)，以后不再重復(fù)說(shuō)明了。13、已知：?jiǎn)渭?jí)萃取中采用純?nèi)軇Ａ弦航M成Xf = 0.3(質(zhì)量分率，下同)，選擇性系數(shù)為6，在萃余相中Xa/Xb=0.25 , kA<1o 試求： 萃取液量與萃余液量的比值;溶劑比S/F是最小溶劑比(S/F)min的倍數(shù)(用線段表示)。解： y Jy b= B XWx b=6X).25=1.5 y A°1-y a°)=1.5 t y a° 0.6又 Xa°1-x a°)=0.25 t xa°0.2連R

12、6; S及E、S得R點(diǎn)及E點(diǎn)(使kA<1滿足)E°/R °=(x f-x A°/(y a°-x f)=(0.3-0.2)/(0.6-0.3)=1/3(2) S/F=FM/SM (S/F)mi n=FM'/SM' (S/F)/(S/F)mi n=FM/SMXSM'/FM'14在兩個(gè)理論級(jí)的逆流萃取設(shè)備中，B-S完全不互溶。已知分配系數(shù)K=Y/Xa=1, (Y、X-均為比質(zhì)量分率)，料液F=100kg/h，其中含A20%質(zhì)量%),使用40kg/h純?nèi)軇㏒進(jìn)行萃取。 試求：最終萃余液中 A的濃度X(kgA/kgB)。解：對(duì)

13、第二級(jí)作物料衡算 ：B(X 1-X2)=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程：Y 2=KX>兩式聯(lián)解得：X 2=Xi/(1 + SK/B)=Xi/(1 + 1/A)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)(兩級(jí))作物料衡算：B(X f-X»=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程：Y 1=KX經(jīng)整理得：X 2=Xf/(1 + 1/A + 1/A )萃取因數(shù) 1/A=SK/B=40 X1/80=0.5 A=2B=F/(1+ Xf)=100/(1 + 0.25)=80 X2=0.25/(1 + 0.5 + 1/2 2=0.25/1.75=0.1428 Xf=xf/(1-x f)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/

14、kgB15擬設(shè)計(jì)一個(gè)多級(jí)逆流接觸萃取塔。在操作范圍內(nèi)所用純?nèi)軇㏒與料液中稀釋劑 B完全不互溶；以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為 2。已知入塔頂F=100kg/h ,其中含溶質(zhì)A為0.2(質(zhì) 量分率)，要求出塔底的萃余相中 A的濃度降為0.02(質(zhì)量分率)。試求： 最小的萃取劑用量Smin；(2) 取S=60kg/h，則離開(kāi)第二塊理論板(理論級(jí))的液相組成X2 kgA/kgB。(塔序由塔頂 算起)。解：(1) X f=Xf/(1-x f)=0.2/(1-0.2)=0.25X N =x N/(1-x n)=0.02/(1-0.02)=0.02041B =F/(1+ Xf)=100/(1 + 0.25)=8

15、0Smi n=B(XF-XN)/Y 1 (Z=0)Y=2Xf=2 >0.25=0.5 Smin=80 >0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h Y 1=(B/S)(X f-X n)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306X 1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X 1-Xn)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177Xa=Y2/K=0.177/2=0.088416在單級(jí)萃取操作中B-S部分互溶，進(jìn)料中含A50kg，含B50kg.用純?nèi)軇┹腿?已知萃取相濃度yAyB=11/5，萃余相濃度xa/x b=1/3，試求：

16、選擇性系數(shù) 3；萃取液量與萃余 液量之比值E7R °解：(1) 3=(y A/y b)/(x a/x b)=(11/5)/(1 =6.6(2)進(jìn)料中溶質(zhì)A的組成x f=50/(50 + 50)=0.5 (質(zhì)量分率，下同)Xa/x b=Xa°/X b°=Xa°/(1-X a°)=1/3 t x a°=0.25yA/y B=yA°/(1-y a°)=11/5 t yA°=0.6875 E 7R °(x f-x A°)/(y a°-x f)=(0.5-0.25)/(0.6875-0

17、.5)=1.3317已知在最小溶劑比(S/F)min 時(shí)操作點(diǎn) Amin的位置如下圖所示。今以 S/F=1.2(S/F)min進(jìn)行逆流多級(jí)萃取，試求此時(shí)操作點(diǎn)的位置。解：連 F、Amin 兩點(diǎn)交 E'點(diǎn),FNE'與 FS 兩線交點(diǎn) M'，則(S/F)min=FM'/SM'=31/31=1當(dāng)S/F=1.2(S/F)min 時(shí)，M'點(diǎn)延伸至 M點(diǎn)。設(shè)延伸長(zhǎng)度為 Xmin,則： S/F=(FM'+X)/(SM'-X)=(31+X)/(31-X)=1.2X1解知：X=2.82 mm確定了 M點(diǎn)，連Rn、M兩點(diǎn)延伸至E點(diǎn)，連F、E兩點(diǎn)延長(zhǎng)交

18、于 點(diǎn)。A的濃度;S進(jìn)行單級(jí)萃取，要求萃 10%此時(shí)A組分的分配=13.5 %18、某混合液含溶質(zhì)A30%(質(zhì)量%下同)原溶劑B70%用純?nèi)軇?余液中A的濃度不超過(guò)系數(shù)kA=1.5。試求：1 所需溶劑比； 2所得萃取液中3 過(guò)程的選擇性系數(shù)。 物系的溶解度曲線如圖所示。解：1 .在相圖上找到 R'點(diǎn)，連R',S，交平衡線 于R點(diǎn)。由圖讀出R中溶質(zhì)濃度約為9%。k a= YA/Xa Y a =k aXa= 1.5 >9%由此知E如圖。聯(lián)S、E并延長(zhǎng)交于 AB于E'，聯(lián)R及E,與 SF線交于M點(diǎn)，由此知：所需溶劑比為 S/ F= MF/ SM= 0.6/0.4 = 3

19、 / 22 .由E'知，萃取液中 A的濃度為Ya' = 53%3= 10.13. 3= (y A/y b)/(x a/xb) =(y A'/y b')/(x a'/x b')=0.53/(1-0.53)/(0.1/0.9)19、溶質(zhì)A原溶劑B,萃取劑S所構(gòu)成的三元系統(tǒng)的溶解度曲線如圖所示。原溶液含 A35% B65%采用單級(jí)萃取。所用萃取劑為含A為5% S為95%的回收溶劑。求：(1) 當(dāng)萃取相中 A的濃度為30%時(shí)，每處理100Kg原料液需用多少 Kg回收 溶劑?(2) 在此原料條件下，單級(jí)萃取能達(dá)到的萃余相中A的最低濃度為多少？解： X f=

20、0.35 , Y a=0.3 ,X a=0.2作圖 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507S' =100>0.507=50.7 Kg(2) 如圖，Xmin =0.0620含40%(質(zhì)量，下同)丙酮的水溶液, 酮的含量不超過(guò)10%求：處理每噸料液所需的溶劑量； 脫溶劑后萃取相的量；0.* P 上A用甲基異丁基酮進(jìn)行單級(jí)萃取。欲使萃余相中丙 萃取相與萃余相的量；丙酮的回收率。解： S/F=MF/MS=63/45=1.4S=1.4F=1.4 R + E=S+ F=1.4 + 1=2.4 噸 R/E=ME/MR=20/54=0.37 解得：E=1.75R=0.6

21、5 R °+ E°F=1R °/E °FEO/FR° =45/30=1.5解得:E °0.4噸 R°0.6噸 Y °0.83回收率 n=(E ° °/(FX f)=(0.4 X0.83"(1 X).4)=0.8321、用一單級(jí)接觸式萃取器以S為溶劑，由A、B溶液中萃取出A。若原料液的質(zhì)量組成為45%質(zhì)量為120kg，萃取后所得萃余相中A的含量為10%質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，求：所需萃取劑用量； 所得萃取相的質(zhì)量和組成； 若將萃取相溶劑全部回收后，所得萃取液的質(zhì)量和組成。解： S/F=MF/MS=56/5仁1.098S=120X1.O98=131.8 kg M=S+ F=131.8 + 120=251.8