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)=0.54 ZN=0.06/(1-0.06)=0.064Ymax=0.650.54=0.351(B/S)min=(Ymax-Z)/(ZF-ZN)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74(S/B)min=1/0.7

2、4=1.35Smin=1.351200=1620實(shí)際用水量S=1.61620=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)=8。試求萃取液量E為多少kg?解：萃取液濃度 yA=(XA)/1(-1)XA=80.3/(170.3)=0.774 XF=40/(4060)=0.4 又 S=F=200 kg據(jù)物料衡算(杠桿法則)： E=F(XF-XA)/(YA-XA)=200(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.23、使用純?nèi)軇㏒對(duì)A、B混合液

3、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R=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)/(BXF)=X/XF X=XFR Y=KX=KRXF物料衡算：SY=B(XF-X) S/B=(XF-X)/Y=XF(1-R)/(KRXF)=(1-0.05)/(1.20.05)=15.83 kgS/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)； 當(dāng)溶劑用量為最少時(shí), 求萃取液濃度yA。(設(shè)所涉及

4、范圍內(nèi)分配系數(shù)KA均相同)解：(1) yA=xA kA= yA/xA= 1 又 S/F = 1 5、 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 yA=0.5選擇性系數(shù)=yA/(1-yA)/xA/(1-xA)=0.5/(1-0.5)/0.1/(1-0.1)=9 (2)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yA。解：(1) 連R、S得R點(diǎn)

5、，作RE平行于BS(kA=1)得E點(diǎn)，連ES延伸到AB邊得E，其組成為0.6 =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ME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)，萃取相濃度為yA/yB=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?解：yA/yB=yA/(1-yA)=1.5解知：yA=0.6。連yA,S得E點(diǎn)，E點(diǎn)yA=0.08由kA=yA/xA=2，定xAR點(diǎn)。連E、R與F、S，交點(diǎn) M=FS=ERS/F=FM/SM=45/15=3(

6、倍)8、現(xiàn)有含A組分30%(質(zhì)量%)的A+B混合物，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)F。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%的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

7、6。 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，X7。 FMFMSSSMFMSF(4159)10069.5 Kg/h10、一混合液由、組成，現(xiàn)用溶劑對(duì)進(jìn)行單級(jí)萃取，已知F=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)算該物系與有互溶性變化時(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：SF18.525.50.725F Y10.78 S 21.F230.935F S 0.935S0.7251.29S Y20.42 Y10.780

8、.42Y21.86Y2。11、有一實(shí)驗(yàn)室裝置將含A10%的AB50公斤和含A80%的AB20kg混合后，用溶劑S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)=? 解：=(yA/xA)/(yB/xB) = (yA/xA)/(yB/xB) = (0.1/0.8)/(0.9/0.2) = 1/36 12、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。試求: 萃余液量；溶劑量。解：(1) xA/xB=xA/xB=xA/(1-xA)=1/3 解知萃余液組

9、成xA=0.25，連R1S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(xF-xA)/(yA-xA)=100(0.4-0.25)/(0.75-0.25) = 30 kg/h(2) RE與FS交點(diǎn)M。 S=FFM/SM=10024/24 = 100 kg/h 以上答案由于在查圖中會(huì)因人而有所出入，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?。料液組成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，kA1。試求: 萃取液量

10、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：(1) yA/yB=xA/xB=60.25=1.5 yA/(1-yA)=1.5 yA= 0.6又xA/(1-xA)=0.25xA=0.2連R、S及E、S得R點(diǎn)及E點(diǎn)(使kA1滿足) E/R=(xF-xA)/(yA-xF)=(0.3-0.2)/(0.6-0.3)=1/3 (2) S/F=FM/SM (S/F)min=FM/SM (S/F)/(S/F)min=FM/SMSM/FM14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=YA/XA=1，(Y、X-均為比質(zhì)量分率)，料液F=100kg/h，

11、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X2(kgA/kgB)。解：對(duì)第二級(jí)作物料衡算: B(X1-X2)=S(Y1-Z) Z=0 相平衡方程: Y2=KX2 兩式聯(lián)解得: X2=X1/(1SK/B)=X1/(11/A)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)(兩級(jí))作物料衡算: B(XF-X2)=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程: Y1=KX1 經(jīng)整理得: X2=XF/(11/A1/A2)萃取因數(shù)1/A=SK/B=401/80=0.5 A=2 XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgB B=F/(1XF)=100/(10.25)=80 X2=

12、0.25/(10.51/22=0.25/1.75=0.142815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) XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 XN =xN/(1-xN)=0.02/(1-0.02)=0.02041B =F/(1XF

13、)=100/(10.25)=80Smin=B(XF-XN)/Y1 (Z=0)Y1=2XF=20.25=0.5 Smin=80(0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h(2) Y1=(B/S)(XF-XN)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306 X1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X1-XN)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177X2=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yA/yB=11/5，萃余相濃度xA/xB=1

14、/3，試求: 選擇性系數(shù)；萃取液量與萃余液量之比值E/R。解：(1) =(yA/yB)/(xA/xB)=(11/5)/(1/3)=6.6(2) 進(jìn)料中溶質(zhì)A的組成 xF=50/(5050)=0.5 (質(zhì)量分率，下同) xA/xB=xA/xB=xA/(1-xA)=1/3 xA=0.25 yA/yB=yA/(1-yA)=11/5 yA=0.6875 E/R=(xF-xA)/(yA-xF)=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.3317 已知在最小溶劑比(S/F)min時(shí)操作點(diǎn)min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、m

15、in兩點(diǎn)交E點(diǎn)，RNE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)=1.21 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)交于點(diǎn)。 18、某混合液含溶質(zhì)A30%（質(zhì)量%，下同）原溶劑B70%，用純?nèi)軇㏒進(jìn)行單級(jí)萃取，要求萃余液中A的濃度不超過(guò)10%，此時(shí)A組分的分配系數(shù)kA=1.5。試求： 所需溶劑比； 所得萃取液中A的濃度； 過(guò)程的選擇性系數(shù)。 物系的溶解度曲線如圖所示。解：.在相圖上找到R 點(diǎn)，

16、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。 AYA/XA YAAXA1.5913.5 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SFMFSM0.6/0.432 由E 知，萃取液中A的濃度為YA 53 (yA/yB)/(xA/xB) =(yA/yB)/(xA/xB)=0.53/(1-0.53)/(0.1/0.9)10.119、溶質(zhì)A，原溶劑B，萃取劑所構(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：（）當(dāng)萃取相中A的濃度為30%時(shí)，每處理100Kg原料液需用

17、多少Kg回收 溶劑？（）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：(1) XF=0.35， YA=0.3， XA=0.2 作圖 FM/MS =34/67=S/F=0.507 S =1000.507=50.7 Kg(2) 如圖，Xmin =0.0620含40%(質(zhì)量，下同)丙酮的水溶液，用甲基異丁基酮進(jìn)行單級(jí)萃取。欲使萃余相中丙酮的含量不超過(guò)10%，求： 處理每噸料液所需的溶劑量； 萃取相與萃余相的量； 脫溶劑后萃取相的量； 丙酮的回收率。解： S/F=MF/MS=63/45=1.4 S=1.4 F=1.4噸 RE=SF=1.41=2.4噸 R/E=ME/MR=20/54=

18、0.37 解得: E=1.75 R=0.65 RE=F=1 R/E=FE/FR=45/30=1.5解得: E=0.4噸 R=0.6噸 Y=0.83 回收率=(Ey)/(FXF)=(0.40.83)/(10.4)=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=56/51=1.098 S=1201.098=131.8 kg M=SF=131.8120=251.8 kg E/M=MR/RE=49/65=0.754 E=0.754251.8=189.8 kg 其中 A=23 S=66 B=11 YA=75 YB=25 E/F=FR/RE=35/65=0.538 E=1200.538=64.56 kg22、某混合物含溶質(zhì)A20%，稀釋劑B80%，擬用純?nèi)軇?S進(jìn)行單級(jí)萃取，要求萃余液中A的含量為10%，溶解度曲線如圖示。在操作范圍內(nèi)溶質(zhì)A的分配系數(shù)KA=1，試求: 當(dāng)處理 100kg原混合液時(shí)，需溶劑用量為多少kg? 所得萃取液中A的濃度為多少? 過(guò)程的選擇性系數(shù)為多少? 用什么辦法在不影響萃取液中 A的含量的條件