化工原理(10)第十章-液-液萃取和液-固浸取練習(xí)題

PAGE第十章液-液萃取和液-固浸取1.25℃時醋酸（A）–庚醇-3（B）–水（S）習(xí)題1附表1溶解度曲線數(shù)據(jù)（質(zhì)量分數(shù)/%）醋酸（A）庚醇-3（B）(333(B)水（S）醋酸（A）庚醇-3（B）-3(B)-3(B)-3(B)3(B)水（S）096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6習(xí)題1附表2聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)（醋酸的質(zhì)量分數(shù)%）水層庚醇-3層水層庚醇-3層6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9試求：（1）在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，在直角坐標圖上繪出分配曲線。（2）確定由200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水組成的混合液的物系點位置。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。（3）上述兩液層的分配系數(shù)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)量分率為水的質(zhì)量分率為由此可確定和點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)則可得由附圖1可查得E相的組成為習(xí)題1附圖1習(xí)題1習(xí)題1附圖1習(xí)題1附圖2R相的組成為（3）分配系數(shù)選擇性系數(shù)（4）隨水分的蒸發(fā)，和點M將沿直線SM移動，當M點到達H點時，物系分層消失，即變?yōu)榫辔锵怠Ｓ筛軛U規(guī)則可得需蒸發(fā)的水分量為2.在單級萃取裝置中，以純水為溶劑從含醋酸質(zhì)量分數(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1000kg/h，要求萃余相中醋酸的質(zhì)量分數(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)則可得習(xí)題2附圖（習(xí)題2附圖由附圖可讀得萃取相的組成為萃取率=3.在三級錯流萃取裝置中，以純異丙醚為溶劑從含醋酸質(zhì)量分數(shù)為30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的處理量為2000kg，每級的異丙醚用量為800kg，操作溫度為20℃，試求（1）20℃時醋酸（A）–水（B）–異丙醚（S習(xí)題3附表20℃時醋酸（A）–水（B）–異丙醚（S）的平衡數(shù)據(jù)(水相有機相醋酸（A）水（B）異丙醚（S）醋酸（A）水（B）異丙醚（S）0.6998.11.20.180.599.31.4197.11.50.370.798.92.8995.51.60.790.898.46.4291.71.91.91.097.113.3484.42.34.81.993.325.5071.73.411.43.984.736.758.94.421.66.971.544.345.110.631.110.858.146.4037.116.536.215.148.7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習(xí)題3附圖由此可確定一級萃取物系點M1的位置。借助輔助曲線，通過試差作圖可由M1確定一級萃取的萃取相點E1和萃余相點R習(xí)題3附圖由附圖可讀得一級萃取相和萃余相的組成為由R1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M2。與一級萃取計算方法相同可得kgkg與二級萃取計算相同，可得三級萃取計算結(jié)果kgkg（2）若采用一級萃取達到同樣的萃取效果，則萃取物系點為附圖中的N點。由杠桿規(guī)則可得習(xí)題4附圖4.在多級錯流萃取裝置中，以水為溶劑從含乙醛質(zhì)量分數(shù)為6%的乙醛—甲苯混合液中提取乙醛。已知原料液的處理量為1200kg/h，要求最終萃余相中乙醛的質(zhì)量分數(shù)不大于0.5%。每級中水的用量均為250kg/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)系為習(xí)題4附圖解：（a）直角坐標圖解法在X–Y直角坐標圖上繪出平衡曲線Y=2.2X，如附圖所示。原料中稀釋劑的量為操作線的斜率為過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Y1作Y軸的平行線，與X軸交于X1。過X1作XFY1的平行線，與平衡曲線交于Y2，X1Y2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)。取n=7也可采用迭代計算求理論級數(shù)。平衡關(guān)系為操作關(guān)系為由此可得迭代關(guān)系為迭代計算結(jié)果為即所需理論級數(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)量分數(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2000kg/h，操作溶劑比（）為0.9，要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分數(shù)不大于6%，試求（1）所需的理論級數(shù)；（2）萃取液的組成和流量。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)量分數(shù)）萃取相萃余相丙酮（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解：（1）由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖所示。習(xí)題5附圖由原料組成xF=0.40，在圖中確定原料相點F。F=1000kg/h、S/F=0.9，再根據(jù)杠桿規(guī)則可確定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E1，F(xiàn)E1、RnS兩線的交點習(xí)題5附圖借助輔助曲線作圖可得E1的共軛相點R1（第一級萃取萃余相點），聯(lián)結(jié)R1Δ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、E1，并延長交AB與E′，E′即為萃取液的相點，讀圖可得由杠桿規(guī)則可得6.在多級逆流萃取裝置中，以純氯苯為溶劑從含吡啶質(zhì)量分數(shù)為35%的吡啶水溶液中提取吡啶。操作溶劑比（）為0.8，要求最終萃余相中吡啶質(zhì)量分數(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（A）–水（B）–氯苯（S）的平衡數(shù)據(jù)（質(zhì)量分數(shù)）萃取相萃余相吡啶（A）水（B）氯苯（S）吡啶（A）水（B）氯苯（S）00.0599.95099.920.0811.050.6788.285.0294.820.1618.951.1579.9011.0588.710.2424.101.6274.4818.980.720.3828.602.2569.1525.5073.920.5831.552.8765.5836.1062.051.8535.053.5961.044.9550.874.1840.606.4053.053.2037.908.9049.013.2037.8049.013.2037.80解：將以質(zhì)量分數(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。習(xí)題6附表2萃取相（Y）00.1250.2370.3240.4140.4810.5750.7661.30萃余相（X）00.05290.1250.2340.3450.5820.8841.403.71由表中數(shù)據(jù)在X–Y直角坐標系中繪出平衡曲線，如附圖中曲線Y1Y2BQ所示。由S/F=0.8及xF=0.35可得操作線的斜率由最終萃取要求可確定點Xn，習(xí)題6附圖過點Xn作斜率為0.8125的直線與直線交于J，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習(xí)題6附圖當萃取劑用量最小時，操作線的斜率最大，此時的操作線為XnB，其斜率為7.在25℃下，用純?nèi)軇㏒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800kg/h，其中組分A的含量為32%（質(zhì)量分數(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）為操作范圍內(nèi)級內(nèi)的平衡關(guān)系為解：本題為校核型計算，但和設(shè)計性計算方法相同。若求得的，說明兩級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（a）組分A（b）組分S（c）式中（d）（e）（f）聯(lián)立式（a）～式（f），得（1）對第一理論級列物料衡算及平衡關(guān)系式（g）組分A（h）組分S（i）式中（j）（k）聯(lián)立式（g）～式（k），得計算結(jié)果表明，兩級逆流萃取可以達到給定的分離要求。8.在填料層高度為3m的填料塔內(nèi)，以純S為溶劑從組分A質(zhì)量分數(shù)為1.8%的A、B兩組分混合液中提取A。已知原料液的處理量為2000kg/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HETS，m；（3）填料層的總傳質(zhì)單元數(shù)。操作條件下，組分B、S習(xí)題8附表XKgA/KgB0.0020.0060.010.0140.0180.020YKgA/KgS0.00180.00520.00850.0120.01540.0171習(xí)題8附圖解：（1）由分配曲線數(shù)據(jù)在X–Y習(xí)題8附圖萃取劑用量最小時的操作線為XnB，其斜率為（2）操作線的斜率為；過點Xn作斜率為0.792的直線交X=XF=0.018于J，XnJ即為操作線。在操作線與分配曲線之間作級梯，可得理論級數(shù)為（3）由附圖可求得平衡線方程為操作線方程為習(xí)題9附圖19.在多級逆流萃取裝置中，用三氯乙烷為溶劑從含丙酮質(zhì)量分數(shù)為35%的丙酮水溶液中提取丙酮。已知原料液的處理量為4500kg/h，三氯乙烷的用量為1500kg/h，要求最終萃余相中丙酮質(zhì)量分數(shù)不大于5%，試求（1）分別用三角形相圖和x習(xí)題9附圖1由平衡數(shù)據(jù)在直角三角形坐標圖上繪出溶解度曲線及輔助曲線，如附圖1所示。由原料組成xF=0.35確定原料的相點F；由萃取要求xn=0.05確定Rn點；由F=4500kg/h、S=1500kg/h，再根據(jù)杠桿規(guī)則確定F、S的和點M。聯(lián)結(jié)RnM并延長與溶解度曲線交于E1，則E1F和SRn借輔助曲線作圖可找到E1的共軛相點R1，聯(lián)結(jié)ΔR1并延長與溶解度曲線交于E2，同理可找到E2的共軛相點R2……直至Rn的組成xn達到萃取要求，其中操作線的條數(shù)即為理論級數(shù)。由作圖可得n=15（2）直角坐標圖解在x–y直角坐標系中繪出分配曲線，如附圖2所示。讀出三角形坐標圖中的操作線所對應(yīng)的萃余相和萃取相的組成x、y，將其標繪于x–y直角坐標系中，即得到一個操作點，將各操作點聯(lián)結(jié)起來即得到操作線TB。在操作線與分配曲線之間作級梯，級梯數(shù)即為理論級數(shù)，由作圖可知n=14結(jié)果與三角形坐標圖解稍有差別，是由作圖誤差所致。習(xí)題9附圖2習(xí)題9附圖2補充萃取劑的量為下課啦，咱們來放松一下，講個小故事吧:活動目的：教育學(xué)生懂得“水”這一寶貴資源對于我們來說是極為珍貴的，每個人都要保護它，做到節(jié)約每一滴水，造福子孫萬代。

活動過程：

1.主持人上場，神秘地說：“我讓大家猜個謎語，你們愿意嗎？”大家回答：“愿意！”

主持人口述謎語：

“雙手抓不起，一刀劈不開，

煮飯和洗衣，都要請它來。”

主持人問：“誰知道這是什么？”生答：“水！”

一生戴上水的頭飾上場說：“我就是同學(xué)們猜到的水。聽大家說，我的用處可大了，是真的嗎？”

主持人：我宣布：“水”是萬物之源主題班會現(xiàn)在開始。

水說：“同學(xué)們，你們知道我有多重要嗎？”齊答：“知道。”

甲：如果沒有水，我們?nèi)祟惥蜔o法生存。

小熊說：我們動物可喜歡你了，沒有水我們會死掉的。

花說：我們花草樹木更喜歡和你做朋友，沒有水，我們早就枯死了，就不能為美化環(huán)境做貢獻了。

主持人：下面請聽快板《水的用處真叫大》

竹板一敲來說話，水的用處真叫大；

洗衣服，洗碗筷，洗臉洗手又洗腳，

煮飯洗菜又沏茶，生活處處離不開它。

栽小樹，種莊稼，農(nóng)民伯伯把它夸；

魚兒河馬大對蝦，日日夜夜不離它；

采煤發(fā)電要靠它，京城美化更要它。

主持人：同學(xué)們，聽完了這個快板，你們說水的用處大不大？

甲說：看了他們的快板表演，我知道日常生活種離不了水。

乙說：看了表演后，我知道水對莊稼、植物是非常重要的。

丙說：我還知道水對美化城市起很大作用。

2.主持人：水有這么多用處，你們該怎樣做呢？

（1）（生）：我要節(jié)約用水，保護水源。

（2）（生）：我以前把水壺剩的水隨便就到掉很不對，以后我一定把喝剩下的水倒在盆里洗手用。

（3）（生）：前幾天，我看到了學(xué)校電視里轉(zhuǎn)播的“水日談水”的節(jié)目，很受教育，同學(xué)們看得可認真了，知道了我們北京是個缺水城市，我們再不能浪費水了。

（4）（生）：我要用洗腳水沖廁所。

3.主持人：大家談得都很好，下面誰想出題考考大家，答對了請給點掌聲。

（1）（生）：小明讓爸爸刷車時把水龍頭開小點，請回答對不對。

（2）（生）：小蘭告訴奶奶把洗菜水別到掉，留沖廁所用。

（3）一生跑上說：主持人請把手機借我用用好嗎？我想現(xiàn)在就給姥姥打個電話，告訴她做飯時別把淘米水到掉了，用它沖廁所或澆花用。（電話內(nèi)容略寫）

（4）一生說：主持人我們想給大家表演一個小品行嗎？

主持人：可以，大家歡迎！請看小品《這又不是我家的》

大概意思是：學(xué)校男廁所便池堵了，水龍頭又大開，水流滿地。學(xué)生甲乙丙三人分別上廁所，看見后又皺眉又罵，但都沒有關(guān)水管，嘴里還念念有詞，又說：“反正不是我家的?！?/p>

旁白：“那又是誰家的呢？”

主持人：看完這個小品，你們有什么想法嗎？誰愿意給大家說說？

甲：剛才三個同學(xué)太自私了，公家的水也是大家的，流掉了多可惜，應(yīng)該把水龍頭關(guān)上。

乙：上次我去廁所看見水龍頭沒關(guān)就主動關(guān)上了。

主持人：我們給他鼓鼓掌，今后你們發(fā)現(xiàn)水龍頭沒關(guān)會怎樣做呢？

齊：主動關(guān)好。

小記者：同學(xué)們，你們好！我想打擾一下，聽說你們正在開班會，我想采訪一下，行嗎？

主持人：可以。

小記者：這位同學(xué)，你好！通過參加今天的班會你有什么想法，請談?wù)労脝幔?/p>

答：我要做節(jié)水的主人，不浪費一滴水。

小記者：請這位同學(xué)談?wù)労脝幔?/p>

答：今天參加班會我知道了節(jié)約每一滴水要從我們每個人做起。我想把每個廁所都貼上“節(jié)約用水”的字條，這樣就可以提醒同學(xué)們節(jié)約用水了。

小記者：你們談得很好，我的收獲也很大。我還有新任務(wù)先走了，同學(xué)們再見！

水跑上來說：同學(xué)們，今天我很高興，我“水伯伯”今天很開心，你們知道了有了我就有了生命的源泉，請你們今后一定節(jié)約用水呀！讓人類和動物、植物共存，迎接美好的明天！

主持人：你們還有發(fā)言的嗎？

答：有。

生：我代表人們謝謝你，水伯伯，節(jié)約用水就等于保護我們?nèi)祟愖约骸?/p>

動物：小熊上場說：我代表動物家族謝謝你了，我們也會保護你的！

花草樹木跑上場說：我們也不會忘記你的貢獻！

水伯伯：（手舞足蹈地跳起了舞蹈）……同學(xué)們的笑聲不斷。

主持人：水伯伯，您這是干什么呢？

水伯伯：因為我太高興了，今后還請你們多關(guān)照我呀！

主持人：水伯伯，請放心，今后我們一定會做得更好！再見！

4.主持人：大家歡迎老師講話！

同學(xué)們，今天我們召開的班會非常生動，非常有意義。水是生命之源，無比珍貴，愿同學(xué)們能加倍珍惜它，做到節(jié)約一滴水，造福子孫后代。

5.主持人宣布：“水”是萬物之源主題班會到此結(jié)束。

6.活動效果：

此次活動使學(xué)生明白了節(jié)約用水的道理，浪費水的現(xiàn)象減少了，宣傳節(jié)約用水的人增多了，人人爭做節(jié)水小標兵

活動目的：教育學(xué)生懂得“水”這一寶貴資源對于我們來說是極為珍貴的，每個人都要保護它，做到節(jié)約每一滴水，造福子孫萬代。

活動過程：

1.主持人上場，神秘地說：“我讓大家猜個謎語，你們愿意嗎？”大家回答：“愿意！”

主持人口述謎語：

“雙手抓不起，一刀劈不開，

煮飯和洗衣，都要請它來?！?/p>

主持人問：“誰知道這是什么？”生答：“水！”

一生戴上水的頭飾上場說：“我就是同學(xué)們猜到的水。聽大家