化工基本知識第十章液-液萃取和液-固浸取

1、第十章 液-液萃取和液-固浸取1.25 C時醋酸（A）-庚醇-3 （ B）-水（S）的平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題1附表1溶解度曲線數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù) /%）昔酸（A）庚醇-3（ B）水（S）醋酸（A）庚醇-3（ B）水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.

2、10.592.447.520.432.10.00.499.6水 層庚醇-3 層水 層庚醇-36.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9層習(xí)題1附表2 聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)（醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %）試求：（1 ）在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，在直角坐標(biāo)圖上繪出分配 曲線。（2）確定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水組成的混合液的物系點位置。（3）上述兩液層的分配系數(shù)混合液經(jīng)充分混合并靜置分層后，確定兩共軛相的組成和質(zhì)量。kA及選擇性系數(shù) 。（4）從上述混合液中蒸

3、出多少千克水才能成為均相溶液?解：（1）溶解度曲線如附圖 1中曲線SEPHRJ所示。輔助曲線如附圖 1曲線SNP所示。分配曲線如附圖2所示。(2)和點醋酸的質(zhì)量分率為Xa200200 200 4000.25水的質(zhì)量分率為400XS 200 200 4000.50由此可確定和點 M的位置,如附圖1所示。由輔助曲線通過試差作圖可確定M點的差點R和E。由杠桿規(guī)則可得4013 800kg260kg40800260 kg540kg習(xí)題1附圖1習(xí)題1附圖2由附圖1可查得E相的組成為y 0.28,ys0.71,yB0.01R相的組成為Xa0.20,Xs0.06,Xb0.74(3)分配系數(shù)Ya0.28Xa0.

4、201.4kBXBXb般 o.0135選擇性系數(shù)kAkB1 4一.一 103.70.0135（4）隨水分的蒸發(fā)，和點 M將沿直線SM移動，當(dāng)M點到達(dá)H點時，物系分層消失, 即變?yōu)榫辔锵?。由杠桿規(guī)則可得H 34 M 34 800kg494.5kg5555需蒸發(fā)的水分量為M H 800 494.5 kg 305.5kg2.在單級萃取裝置中，以純水為溶劑從含醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸-庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的處理量為1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10% 。試（1）水的用量；（2 ）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)見習(xí)題解：（1 ）物系的溶解度曲

5、線及輔助曲線如附圖所示。由原料組成xf=0.3可確定原料的相點F，由萃余相的組成XA=0.1可確定萃余相的相點R。借 助輔助曲線，由R可確定萃取相的相點 E。聯(lián)結(jié)RE FS,則其交點M即為萃取操作的物系點。由杠桿規(guī)則可得F 37 S 263737S F 1000kg1423kg2626s（2）由杠桿規(guī)則可確定萃余相的量。R 49 MR M491616 1000 142349kg 791kg由附圖可讀得萃取相的組成為yA 0.14卄 0.142423 791萃取率=76.2%1000 0.33.在三級錯流萃取裝置中，以純異丙醚為溶劑從含醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的處理

6、量為 2000 kg，每級的異丙醚用量為 800 kg，操作溫度為20 C,試求（1）各級排出的萃取相和萃余相的量和組成;（2）若用一級萃取達(dá)到同樣的殘液組成,則需若干千克萃取劑。20 C時醋酸（A）-水（B）-異丙醚（S）的平衡數(shù)據(jù)如下:習(xí)題3附表 20 C時醋酸（A）-水（B）-異丙醚（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水相有機(jī)相醋酸（A）水（B）異丙醚（S）醋酸（A）水（B）異丙醚（S）0.6998.11.20.180.599.31.4197.11.50.370.798.92.8995.51.60.790.898.46.4291.71.91.91.097.113.3484.42.34.81.99

7、3.325.5071.73.411.43.984.736.758.94.421.66.971.544.345.110.631.110.858.146.4037.116.536.215.148.7解：由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。由原料組成xf=0.3，在圖中確定原料相點F。由物料衡算確定一級萃取物系的組成Xa2000 O.30.2142000 800Xs 800一 0.2862000 800由此可確定一級萃取物系點Mi的位置。借助輔助曲線，通過試差作圖可由Mi確定一級S習(xí)題3 附圖萃取的萃取相點 Ei和萃余相點Ri。由杠桿規(guī)則可得Ei50 M1竺Mi503

8、4.5345 2800kg1932 kg502800 1932 kg 868kg由附圖可讀得一級萃取相和萃余相的組成為y10.110x 0.255M 2。由Ri的量及組成，以及所加萃取劑的量，通過物料衡算可求得二級萃取的物系點與一級萃取計算方法相同可得E2930 kgR21800 kgy20.10X20.23與二級萃取計算相同，可得三級萃取計算結(jié)果E3920 kgR31890 kgy30.08X30.2137.5 S37.5 F26.5(2 )若采用一級萃取達(dá)到同樣的萃取效果，則萃取物系點為附圖中的 N點。由杠桿規(guī)則可得26.537.52000kg2830kg26.56%的乙醛一甲苯混合液中4

9、.在多級錯流萃取裝置中，以水為溶劑從含乙醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為提取乙醛。已知原料液的處理量為1 200kg/h ，要求最終萃余相中乙醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于i.nr2：ixt.HIt詐我n.2flLJflP.l 頭（L4 T0H I D M習(xí)題4附圖0.5%。每級中水的用量均為250 kg/h 。操作條件下，水和甲苯可視為完全不互溶，以乙醛質(zhì)量比表示的平衡關(guān)系為Y=2.2 X。試求所需的理論級數(shù)。解：（a）直角坐標(biāo)圖解法在X-Y直角坐標(biāo)圖上繪出平衡曲線Y=2.2 X，如附圖所示。Xf丄匚 -00乞 0.0641 Xf 10.06原料中稀釋劑的量為B F 1 Xf1200 1 0.06 kg/h 1128kg/

10、h操作線的斜率為S 琛 4.512過Xf作斜率為-4.512的直線，與平衡線交于Y1,則XfY1為一級萃取的操作線。過丫1作Y軸的平行線，與X軸交于Xi。過Xi作XfYi的平行線，與平衡曲線交于丫2, XiY2即為二級萃取的操作線。同理可作以后各級萃取的操作線，其中Xi為第i級萃余相的組成，直至Xn小于或等于所規(guī)定的組成0.005為止。操作線的條數(shù)即為理論級數(shù)，即n=7(b )解析法 由于B與S不互溶，故可采用式(10 - 35 )計算理論級數(shù)。KXfXnYs2.20.0640.005AmKS2.2 25011280.4876YS；KYVK.Xfln _Xnln 1 A0.0056.4In 1

11、 0.48760取n=7也可采用迭代計算求理論級數(shù)。平衡關(guān)系為Y 2.2Xi操作關(guān)系為Y 4.512 Xi Xi-1由此可得迭代關(guān)系為Xi0.6722Xi-1迭代計算結(jié)果為X。X1X2X3X4X5X6X7Xf 0.0640.04300.02890.01940.01310.008790.005910.00397 0.005即所需理論級數(shù)為 7級。5.在多級逆流萃取裝置中，以水為溶劑從含丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的丙酮-醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的處理量為2 000kg/h ，操作溶劑比（S/F ）為0.9，要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 6%，試求（1）所需的理論級數(shù)；（2）萃取液的組成

12、和流量。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題5附表 丙酮（A）-醋酸乙酯（B）-水（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）07.492.6096.33.53.28.388.54.891.04.26.08.086.09.485.65.09.58.382.213.580.56.012.89.278.016.677.26.214.89.875.420.073.07.017.510.272.322.470.07.621.211.867.027.862.010.226.415.058.632.651.013.2萃萃解：（1）由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標(biāo)圖

13、上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。余 相取 相由原料組成xf=0.40，在圖中確定原料相點F。F=1000kg/h、S/F=O.9，再根據(jù)杠桿規(guī)則可習(xí)題5附圖確定F、S的和點M。由最終萃取要求 Xn=0.06確定Rn。聯(lián)結(jié)Rn、M，其延長線與溶解度曲線交于Ei, FE1、RnS兩線的交點A即為操作點。借助輔助曲線作圖可得 Ei的共軛相點Ri (第一級萃取萃余相點)，聯(lián)結(jié)Ri A與溶解度曲線交于E2。同理可找到R2、R3 ，直至萃余相的組成小于0.06為止，操作線的條數(shù)即為理論級數(shù)。由作圖可得n=6(2)聯(lián)結(jié)S、Ei，并延長交AB與E' , E'即為萃取液的相點,讀圖可得y

14、A0.650.9 2000 kg/h i800kg/h2000 i800 kg/h 3800 kg/h由杠桿規(guī)則可得E1 35.5 M27Ei27 M 35.5總 3800kg/h 2890kg/hE 72.5 Ei 29292890 kg/h 1156kg/h72.56.在多級逆流萃取裝置中,以純氯苯為溶劑從含吡啶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的吡啶水溶液中提65取吡啶。操作溶劑比（S/F ）為0.8，要求最終萃余相中吡啶質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5%。操作條件下，水和氯苯可視為完全不互溶。試在X-Y直角坐標(biāo)圖上求解所需的理論級數(shù)，并求操作溶 劑用量為最小用量的倍數(shù)。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題6附表 吡啶

15、（A）-水（B）-氯苯（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）萃吡啶（A）011.0518.9524.1028.6031.55取 相 氯苯（S）99.9588.2879.9074.4869.1565.58水（B）0.050.671.151.622.252.87萃吡啶（A） 05.0211.0518.925.5036.10余水（B）99.9294.8288.7180.7273.9262.05氯苯（S）0.080.160.240.380.581.8535.0540.6049.03.596.4013.2061.053.037.8044.9553.2049.050.8737.9013.204.188.9037.8

16、0解：將以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的平衡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量比表示，其結(jié)果列于附表2中。萃取相萃余相習(xí)題6 附表200.1250.2370.3240.4140.4810.5750.7661.300.05200.1250.2340.3450.5820.8841.403.71由表中數(shù)據(jù)在 X-Y直角坐標(biāo)系中繪出平衡曲線，如附圖中曲線Y1Y2BQ所示。由S/F=0.8及XF =0.35可得操作線的斜率S SS 0.8F A B B 35 1旦 0.8125S由最終萃取要求可確定點Xn ,Ya0.76xA.42Xn亡卷 0.053習(xí)題6 附圖過點Xn作斜率為0.8125的直線與直線XXf亡 器0.538交于J'

17、則XnJ即為操作線。在平衡曲線與操作線之間作階梯至X<0.053，所作的級梯數(shù)即為理論級數(shù)。作圖可得理論級數(shù)為XnB,其斜率為當(dāng)萃取劑用量最小時，操作線的斜率最大，此時的操作線為BS max 53.847.8扁 O.9856SS maxBmin一S彈6 1.210.81257.在25 C下，用純?nèi)軇?S在多級逆流萃取裝置中萃取A、B混合液中的溶質(zhì)組分A。原料液處理量為800 kg/h ，其中組分A的含量為32% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），要求最終萃余相中A的含量不大于1.2%。采用的溶劑比（S/F）為0.81。試求經(jīng)兩級萃取能否達(dá)到分離要求。操作范圍內(nèi)級內(nèi)的平衡關(guān)系為ys 0.996 yX2

18、, A0.012 ,說明兩級Xs0.01 0.06XA解：本題為校核型計算，但和設(shè)計性計算方法相同。若求得的 逆流萃取能滿足分離要求，否則，需增加級數(shù)或調(diào)整工藝參數(shù)。（1 ）對萃取裝置列物料衡算及平衡關(guān)系式F S 1.81F E1R21.81 800 1448(a)組分A8000.32Ey ,組分S8000.81Ey ,式中y1, A0.76X10.4AX2,SA% , sO.O12R2sR2（C）X2，S聯(lián)立式（a）式E1R20.996 y1, A0.01 0.06X2, Af ），得895kg/h, A553kg/h , X1, a0.279, Y! S0.0903, X, s0.717,

19、0.0154(e)(f)(g)（1）對第一理論級列物料衡算及平衡關(guān)系式組分A800 0.32 E2 y2 , a0.0903R1 895 0.279(h)組分SE2 y2 , S0.0154R10.717E1(i)式中y2, A0.76£.4；(j)y S 0.996 y2, A(k)聯(lián)立式（g）式（k），得F E2 R1 E1E2 1087.57kg/h，壯 a 0.0446 y2, s 0.9514,3R1607.43kg/h, X2, a 1.1 10 3計算結(jié)果表明，兩級逆流萃取可以達(dá)到給定的分離要求。8.在填料層高度為3 m的填料塔內(nèi)，以純 S為溶劑從組分 A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.

20、8%的A、B兩組分混合液中提取 A。已知原料液的處理量為 2 OOOkg/h ，要求組分A的萃取率不低于90%，溶劑用量為最小用量的1.2倍，試求（1）溶劑的實際用量，kg/h ；（2 ）填料層的等板高度OE。HETS，m ；（3）填料層的總傳質(zhì)單元數(shù) Noe。操作條件下，組分 B、S可視為完全不互溶,其分配曲線數(shù)據(jù)列于本題附表。習(xí)題8 附表X0.0020.0060.010.0140.0180.020KgA/KgBY0.00180.00520.00850.0120.01540.0171KgA/KgS解：(1)由分配曲線數(shù)據(jù)在 X-Y直角坐標(biāo)系中繪出分配曲線，如附圖曲線NBQ所示。Xf XnAX

21、n XFAXF 0.018 1 0.90 0.0018萃取劑用量最小時的操作線為XnB,其斜率為max0.0154S max O.018翫 o.951S 1.2Smin1.2-B-maxF 1 Xf1.2 1.2max2000嚴(yán)皿2480皿(2) 操作線的斜率為;S 醪 0.792J, XnJ即為操作線。在操作線與分配過點Xn作斜率為0.792的直線交X=Xf=0.018于 曲線之間作級梯，可得理論級數(shù)為0.29 0.2 n 6 0.29H HETS n6.450.093 m 0.465m 6.45（3）由附圖可看出，平衡線及操作線均為直線，因此，可采用積分計算填料層的傳質(zhì)單元數(shù)。Y*1X1.800.8556X由附圖可求得平衡線方程為操作線方程為Y 0.951 1.2yfNoeXn0.7952X 0.001427dYYn Y* Y:：啟篦 12.559ln X O.。2261 閘8 6.49.在多級逆流萃取裝置中,用三氯乙烷為溶劑從含丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%