化工原理萃取大题

1、精品文档1.、在逆流连续操作的塔内，以水为萃取剂从丙酮-苯混合液内提取丙酮。苯与水可视作完全不互溶。在操作条件下，丙酮在水和苯中以质量比为基准的分配系数为0.65 ,即:Y=0.65X,原料的流率为1200kg/h ,其中含丙酮0.35(质量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含 量不大于0.06。若用水量为最小量的1.6倍，试求水的实际用量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)/(Z f-Z n)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74(

2、S/B)min=1/0.74=1.35Smin=1.35 M200=1620实际用水量 S=1.6X1620=2592 kg/h2、在B-S部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质 A与稀释剂B的质量比为40: 60。采用 纯溶剂S=200kg,溶剂比为1,脱除溶剂后萃余液浓度 Xa° =0.3(质量分率)，选择性系数 芹8。 试求萃取液量E°为多少kg?解：萃取液浓度 y a°=( 3Xa°)/1 +( *)X a°=8 XQ.3/(1 +7 >0.3)=0.774X f=40/(40 +60)=0.4 又 S=F=200 kg据物料衡算(

3、杠杆法则广E°=FXXf-Xa°)/(Y a -Xa )=200 X(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.23、使用纯溶剂S对A、B混合液作萃取分离。在操作范围内，S-B不互溶，平衡关系Ya=1.2Xa(Y、X均为比质量分率)，要求最终萃余相中萃余分率归0.05。试求用单级萃取时，每kg稀释剂B中，溶剂S消耗量kg。解：()r=(BX)/(BX F尸X/X FX=X F 林 Y=KX=K()rX物料衡算：SY=B(冷X)S/B=(X f-X)/Y=X f(1-标)/(K (rXf) =(1-0.05)/(1.2X0.05)=15.83kgS/kgB4、用纯溶剂S

4、进行单级萃取，Xf=0.15(质量分率,下同)。萃取相中A的浓度与萃余相中 A的浓度相同。采 用溶剂比为1。试求：选择性系数3;当溶剂用量为最少时，求萃取液浓度 y/o (设所涉及范围内分配系数解：(1) y a=xa .连FS取中点即溶剂S后得xa°=0.1 y，选择性系数AyE1Ka均相同)k a= y a/x a= 1又 S/F = 1M点，过M点作ER平行于BS,脱a=0.53=y A /(1-y a )/x a /(1-x a )尸0.5/(1-0.5)/0.1/(1-0.1)=9(2)联点S、F,与平衡线交于M'点，过M'点作平行于BS(虚线所示)的线，与

5、平衡线交于点 E'连S、E'两点延伸到AB上得yA°=0.79欢在下载6、已知AB混合液组成如图中 F点所示。用纯溶剂单级萃取。萃余液的组成在R0点，物系3;当(S/F)min时，萃取液组成 a。的分配系数kA=1o试求：选择性系数 解：(1)连R°、S得R点，作RE平行于BS( . kA=1)得E点，连ES延伸到AB边得E°,其组成为0.63 =0.6/(1-0.6)/0.2/(1-0.2)=6(2)过M'点(该点?t足(S/F)min条件)，作M'E'平行于BS,过E'点脱溶剂得yA =0.757、采用纯溶剂S进

6、行单级萃取中，已知Xf=0.3(质量分率)，萃取相浓度为yAyB =1.5,图中P点为临界互溶点，并知分配系 数kA=2o试求：溶剂比 S/F为多少？解：yAy B=yA°/(1-y a )=1.5解知：yA =0.6。连 yA° ,S 得 E点，E 点 yA=0.08由 kA=yAx a=2 ,定 xa R 点。连E、R与F、S,交点M=F+S=E+ RS/F=FM/SM=45/15=3(倍)8、现有含A组分30%（质量）的A+B混合物，采用 溶剂S进行萃取，A B、S三元混合物的溶解度曲线如 图示。试求用单级萃取器时， 萃取?中A组分最大浓度 可达多少？（质量）此时溶剂

7、用量为多少？（用线段比及 符号注明即可）解：最大浓度 yA=55% S=（MF/MS）XFo9、有A、B、S三种有机液体，A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶。其溶解度曲线与辅助曲线如图，进料量为100Kg/h。试求：若采用单级萃取，萃取液可达到最大浓度为多少？当进料为含 A30%勺AB混合液，萃取液的浓度达到了最大值，此时溶剂用量为多少？解：从S点做溶解度曲线的切线和 AB交于E'点，其Y'即为最大浓度 Y'=86 %。 从E点作AB平行线和辅助线交于 P点，从P点对BS画平行线与溶解度线交点为R,S和R联线的延长线与 AB交点R', X' = 7%

8、。FM XF=MS<SS= Mfy MSXF= (41 /59) X100=69.5 Kg/h10、一混合液由A、B组成，现用溶剂S对A进行单级萃取，已知Xf=0.3 （质量分率，下同），要求萃余液的组成不大于0.1。试用图解法计算该物系S与B有互溶性变化时，溶剂用量与萃取液组成的变化。（可认为互溶性变化时，A的分配系数基本不变，KA=2）附：该物系在不同温度下的溶解度曲线。解：S= FX18.5/25.5 =0.725FY i' =0.78S'=21.F/23=0.935FS'=0.935S/0.725 = 1.29SY 2' = 0.42单级萃取，所得

9、萃取相和萃余相脱溶剂后又能得到原来的10%解口 80%A的溶液。问此工作状态下的选择性系数户？解：3=(yAxA)/(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混合液用纯溶剂 S单级萃取。已知：F=100kg/h , Xf=0.4(质量分率，下同)。kA=1, 萃余相的组成Xa/Xb=1/3。试求：萃余液量；溶剂量。解：(1) x a/X b=Xa°/X b°=Xa°/(1-x a° )=1/3解知萃余液组成 Xa°

10、=0.25，连R°S得R点。 作RE 平行于BS,连SE延长与AB边交于点巳得萃取液组成 yA =0.75 o据杠杆法则：E =FNx f-x A)/(y a-x a)=100 N0.4-0.25)/(0.75-0.25)=30 kg/h(2) RE与 FS 交点 M S=F 在M/SM=10024/24 = 100 kg/h 以上答案由于在查图中会因人而有所出入，因此评分标准着重思路与概念，作图步骤说明从简。凡萃取作 图题解均依此为准，以后不再重复说明了。13、已知：单级萃取中采用纯溶剂。料液组成Xf = 0.3(质量分率，下同)，选择性系数为6 ,在萃余相中 X/Xb=0.25,

11、 kA<1o 试求： 萃取液量与萃余液量的比值;溶剂比S/F是最小溶剂比(S/F)min的倍数(用线段表示)。解： y A/y b=3 XAx b=6X0.25=1.5y A /(1-y a°)=1.5 一 y a = 0.6又 Xa /(1-x a )=0.25 Xa =0.2连R°、S及E°、S得R点及E点(使kA<1满足)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)min=FM'/SM'(S/F)/(S/F)min

12、=FM/SMXSM'/FM'14在两个理论级的逆流萃取设备中，B-S完全不互溶。已知分配系数K=Ya/Xa=1, (丫、X-均 为比质量分率)，料液F=100kg/h ,其中含A20%便量),使用40kg/h纯溶剂S进行萃取。试求：最终萃余液中 A的浓度 用kgA/kgB)。解：对第二级作物料衡算：B(X i-X2)=S(Yi-Z) Z=0相平衡方程：y 2=kx>两式联解得：X 2=Xi/(1 + SK/B)=Xi/(1 +1/A)对整个系统(两级)作物料衡算：B(X f-X2)=S(Yi-Z) Z=0相平衡方程：丫 i=KX经整理得：X 2=Xf/(1 + 1/A +

13、 1/A 2)萃取因数 1/A=SK/B=40M/80=0.5 A=2B=F/(1+ Xf)=100/(1 + 0.25)=80X2=0.25/(1 + 0.5 + 1/2 2=0.25/1.75=0.1428Xf=xf/(1-x f)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgB15拟设计一个多级逆流接触萃取塔。在操作范围内所用纯溶剂S与料液中稀释剂 B完全不互溶；以质量比表示的分配系数为 2。已知入塔顶F=100kg/h ,其中含溶质A为0.2(质 量分率)，要求出塔底的萃余相中 A的浓度降为0.02(质量分率)。试求： 最小的萃取剂用量 Smin；(2) 取S=60kg/h ,则离开

14、第二块理论板(理论级)的液相组成 头2kgA/kgB。(塔序由塔顶 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)=80Smin=B(XF-XN)/Y 1 (Z=0)Y=2Xf=2 >0.25=0.5Smin=80 >0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h(2) Y 1=(B/S)(X f-Xn)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306X 1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(

15、B/S)(X 1-Xn)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177Xa=Y2/K=0.177/2=0.088416在单级萃取操作中B-S部分互溶，进料中含A50kg,含B50kg.用纯溶剂萃取.已知萃取相浓度yA/y b=11/5,萃余相浓度xa/x b=1/3 ,试求：选择性系数 3;萃取液量与萃余 液量之比值E°/R o解：(1) 3=(y A/y b)/(x a/x b)=(11/5)/(1/3)=6.6(2)进料中溶质A的组成x f=50/(50 +50)=0.5 (质量分率，下同)Xa/x b=Xa /X b°=Xa°/(1-x a )=

16、1/3 X a =0.25yJyB=yA°/(1-y a )=11/5 yA =0.6875E /R =(x f-x a°)/(y a -Xf)=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.3317已知在最小溶剂比(S/F)min 时操作点 Amin的位置如下图所示。今以 S/F=1.2(S/F)min进行逆流多级萃取，试求此时操作点A的位置。解：连 F、Amin 两点交 E'点，RNE'与 FS 两线交点 M',则(S/F)min=FM'/SM'=31/31=1当S/F=1.2(S/F)min 时，M'点延伸至 M点

17、。设延伸长度为 Xmin,则：S/F=(FM'+X)/(SM-X)=(31+X)/(31-X)=1.2X1解知：X=2.82 mm确定了 M点，连Rn、M两点延伸至E点，连F、E两点延长交于 A点。18、某混合液含溶质 A30%(质量%下同)A的浓度;S进行单级萃取，要求萃 10%此时A组分的分配原溶剂B70%用纯溶剂 余液中A的浓度不超过 系数kA=1.5。试求：1 .所需溶剂比；2 .所得萃取液中= 13.5 %3 .过程的选择性系数。物系的溶解度曲线如图所示。解：1 .在相图上找到 R'点，连R',S ,交平衡线 于R点。由图读出R中溶质浓度约为9%。k a=YA

18、/XaY A= k aXa=1.5 >9%由此知E如图。联S、E并延长交于 AB于E',联R及E,与 SF线交于M点，由此知：所需溶剂比为 SX F=MFy SM= 0.6/0.4 =3/24 .由E'知，萃取液中 A的浓度为Ya' =53%5 . 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)3= 10.119、溶质A原溶剂B,萃取剂S所构成的三元系统的溶解度曲线如图所示。原溶液含 A35% B65%采用单级萃取。所用萃取剂为含A为5%

19、S为95%勺回收溶剂。求：(1)当萃取相中 A的浓度为30%寸，每处理100Kg原料液需用多少 Kg回收 溶剂?(2)在此原料条件下，单级萃取能达到的萃余相中A的最低浓度为多少？解：(1) X f=0.35 , Ya=0.3,X a=0.2作图 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507S'=100X0.507=50.7 Kg(2) 如图，Xmin =0.0620含40%(质量，下同)丙酮的水溶液,用甲基异丁基酮进行单级萃取。欲使萃余相中丙酮的含量不超过10%求： 萃取相与萃余相的量;丙酮的回收率。F=1.4吨R/E=ME/MR=20/54=0.37处理每吨料液所

20、需的溶剂量；脱溶剂后萃取相的量；解： S/F=MF/MS=63/45=1.4S=1.4 R + E=S+ F=1.4 +1=2.4 吨解得：E=1.75R=0.65 R °+ E =F=1 R /E °=FE°/FR° =45/30=1.5 解得：E =0.4吨 R =0.6吨(4) Y =0.83 回收率 r=(E °y °)/(FX f)=(0.4 XQ.83)/(1 X0.4)=0.8321、用一单级接触式萃取器以S为溶剂，由A、B溶液中萃取出 A若原料液的质量组成为45%质量为120kg,萃取后所得萃余相中A的含量为10%便量百分数)，求：所需萃取剂用量； 所得萃取相的质量和组成；精品文档 若将萃取相溶剂全部回收后，所得萃取液的质量和组成。解： S/F=MF/MS=56/51=1.098S=120X1.098=131.8 kg M=S+ F=131.8 + 120=251.8 kg E/M=MR/RE=