化工基本知识第十章液-液萃取和液-固浸取

1、第十章 液-液萃取和液-固浸取1.25 C时醋酸（A）-庚醇-3 （ B）-水（S）的平衡数据如本题附表所示。习题1附表1溶解度曲线数据（质量分数 /%）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 层庚醇-3 层水 层庚醇-36.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9层习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数 %）试求：（1 ）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配 曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。（3）上述两液层的分配系数混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的组成和质量。kA及选择性系数 。（4）从上述混合液中蒸

3、出多少千克水才能成为均相溶液?解：（1）溶解度曲线如附图 1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图 1曲线SNP所示。分配曲线如附图2所示。(2)和点醋酸的质量分率为Xa200200 200 4000.25水的质量分率为400XS 200 200 4000.50由此可确定和点 M的位置,如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M点的差点R和E。由杠杆规则可得4013 800kg260kg40800260 kg540kg习题1附图1习题1附图2由附图1可查得E相的组成为y 0.28,ys0.71,yB0.01R相的组成为Xa0.20,Xs0.06,Xb0.74(3)分配系数Ya0.28Xa0.

4、201.4kBXBXb般 o.0135选择性系数kAkB1 4一.一 103.70.0135（4）随水分的蒸发，和点 M将沿直线SM移动，当M点到达H点时，物系分层消失, 即变为均相物系。由杠杆规则可得H 34 M 34 800kg494.5kg5555需蒸发的水分量为M H 800 494.5 kg 305.5kg2.在单级萃取装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸-庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h ，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10% 。试（1）水的用量；（2 ）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题解：（1 ）物系的溶解度曲

5、线及辅助曲线如附图所示。由原料组成xf=0.3可确定原料的相点F，由萃余相的组成XA=0.1可确定萃余相的相点R。借 助辅助曲线，由R可确定萃取相的相点 E。联结RE FS,则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得F 37 S 263737S F 1000kg1423kg2626s（2）由杠杆规则可确定萃余相的量。R 49 MR M491616 1000 142349kg 791kg由附图可读得萃取相的组成为yA 0.14卄 0.142423 791萃取率=76.2%1000 0.33.在三级错流萃取装置中，以纯异丙醚为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的处理

6、量为 2000 kg，每级的异丙醚用量为 800 kg，操作温度为20 C,试求（1）各级排出的萃取相和萃余相的量和组成;（2）若用一级萃取达到同样的残液组成,则需若干千克萃取剂。20 C时醋酸（A）-水（B）-异丙醚（S）的平衡数据如下:习题3附表 20 C时醋酸（A）-水（B）-异丙醚（S）的平衡数据（质量分数）水相有机相醋酸（A）水（B）异丙醚（S）醋酸（A）水（B）异丙醚（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：由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。由原料组成xf=0.3，在图中确定原料相点F。由物料衡算确定一级萃取物系的组成Xa2000 O.30.2142000 800Xs 800一 0.2862000 800由此可确定一级萃取物系点Mi的位置。借助辅助曲线，通过试差作图可由Mi确定一级S习题3 附图萃取的萃取相点 Ei和萃余相点Ri。由杠杆规则可得Ei50 M1竺Mi503

8、4.5345 2800kg1932 kg502800 1932 kg 868kg由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为y10.110x 0.255M 2。由Ri的量及组成，以及所加萃取剂的量，通过物料衡算可求得二级萃取的物系点与一级萃取计算方法相同可得E2930 kgR21800 kgy20.10X20.23与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果E3920 kgR31890 kgy30.08X30.2137.5 S37.5 F26.5(2 )若采用一级萃取达到同样的萃取效果，则萃取物系点为附图中的 N点。由杠杆规则可得26.537.52000kg2830kg26.56%的乙醛一甲苯混合液中4

9、.在多级错流萃取装置中，以水为溶剂从含乙醛质量分数为提取乙醛。已知原料液的处理量为1 200kg/h ，要求最终萃余相中乙醛的质量分数不大于i.nr2：ixt.HIt诈我n.2flLJflP.l 头（L4 T0H I D M习题4附图0.5%。每级中水的用量均为250 kg/h 。操作条件下，水和甲苯可视为完全不互溶，以乙醛质量比表示的平衡关系为Y=2.2 X。试求所需的理论级数。解：（a）直角坐标图解法在X-Y直角坐标图上绘出平衡曲线Y=2.2 X，如附图所示。Xf丄匚 -00乞 0.0641 Xf 10.06原料中稀释剂的量为B F 1 Xf1200 1 0.06 kg/h 1128kg/

10、h操作线的斜率为S 琛 4.512过Xf作斜率为-4.512的直线，与平衡线交于Y1,则XfY1为一级萃取的操作线。过丫1作Y轴的平行线，与X轴交于Xi。过Xi作XfYi的平行线，与平衡曲线交于丫2, XiY2即为二级萃取的操作线。同理可作以后各级萃取的操作线，其中Xi为第i级萃余相的组成，直至Xn小于或等于所规定的组成0.005为止。操作线的条数即为理论级数，即n=7(b )解析法 由于B与S不互溶，故可采用式(10 - 35 )计算理论级数。KXfXnYs2.20.0640.005AmKS2.2 25011280.4876YS；KYVK.Xfln _Xnln 1 A0.0056.4In 1

11、 0.48760取n=7也可采用迭代计算求理论级数。平衡关系为Y 2.2Xi操作关系为Y 4.512 Xi Xi-1由此可得迭代关系为Xi0.6722Xi-1迭代计算结果为X。X1X2X3X4X5X6X7Xf 0.0640.04300.02890.01940.01310.008790.005910.00397 0.005即所需理论级数为 7级。5.在多级逆流萃取装置中，以水为溶剂从含丙酮质量分数为40%的丙酮-醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的处理量为2 000kg/h ，操作溶剂比（S/F ）为0.9，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于 6%，试求（1）所需的理论级数；（2）萃取液的组成

12、和流量。操作条件下的平衡数据列于本题附表。习题5附表 丙酮（A）-醋酸乙酯（B）-水（S）的平衡数据（质量分数）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）由平衡数据在直角三角形坐标图

13、上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。余 相取 相由原料组成xf=0.40，在图中确定原料相点F。F=1000kg/h、S/F=O.9，再根据杠杆规则可习题5附图确定F、S的和点M。由最终萃取要求 Xn=0.06确定Rn。联结Rn、M，其延长线与溶解度曲线交于Ei, FE1、RnS两线的交点A即为操作点。借助辅助曲线作图可得 Ei的共轭相点Ri (第一级萃取萃余相点)，联结Ri A与溶解度曲线交于E2。同理可找到R2、R3 ，直至萃余相的组成小于0.06为止，操作线的条数即为理论级数。由作图可得n=6(2)联结S、Ei，并延长交AB与E' , E'即为萃取液的相点,读图可得y

14、A0.650.9 2000 kg/h i800kg/h2000 i800 kg/h 3800 kg/h由杠杆规则可得E1 35.5 M27Ei27 M 35.5总 3800kg/h 2890kg/hE 72.5 Ei 29292890 kg/h 1156kg/h72.56.在多级逆流萃取装置中,以纯氯苯为溶剂从含吡啶质量分数为35%的吡啶水溶液中提65取吡啶。操作溶剂比（S/F ）为0.8，要求最终萃余相中吡啶质量分数不大于5%。操作条件下，水和氯苯可视为完全不互溶。试在X-Y直角坐标图上求解所需的理论级数，并求操作溶 剂用量为最小用量的倍数。操作条件下的平衡数据列于本题附表。习题6附表 吡啶

15、（A）-水（B）-氯苯（S）的平衡数据（质量分数）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：将以质量分数表示的平衡数据转化为质量比表示，其结果列于附表2中。萃取相萃余相习题6 附表200.1250.2370.3240.4140.4810.5750.7661.300.05200.1250.2340.3450.5820.8841.403.71由表中数据在 X-Y直角坐标系中绘出平衡曲线，如附图中曲线Y1Y2BQ所示。由S/F=0.8及XF =0.35可得操作线的斜率S SS 0.8F A B B 35 1旦 0.8125S由最终萃取要求可确定点Xn ,Ya0.76xA.42Xn亡卷 0.053习题6 附图过点Xn作斜率为0.8125的直线与直线XXf亡 器0.538交于J'

17、则XnJ即为操作线。在平衡曲线与操作线之间作阶梯至X<0.053，所作的级梯数即为理论级数。作图可得理论级数为XnB,其斜率为当萃取剂用量最小时，操作线的斜率最大，此时的操作线为BS max 53.847.8扁 O.9856SS maxBmin一S彈6 1.210.81257.在25 C下，用纯溶剂 S在多级逆流萃取装置中萃取A、B混合液中的溶质组分A。原料液处理量为800 kg/h ，其中组分A的含量为32% （质量分数，下同），要求最终萃余相中A的含量不大于1.2%。采用的溶剂比（S/F）为0.81。试求经两级萃取能否达到分离要求。操作范围内级内的平衡关系为ys 0.996 yX2

18、, A0.012 ,说明两级Xs0.01 0.06XA解：本题为校核型计算，但和设计性计算方法相同。若求得的 逆流萃取能满足分离要求，否则，需增加级数或调整工艺参数。（1 ）对萃取装置列物料衡算及平衡关系式F S 1.81F E1R21.81 800 1448(a)组分A8000.32Ey ,组分S8000.81Ey ,式中y1, A0.76X10.4AX2,SA% , sO.O12R2sR2（C）X2，S联立式（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）对第一理论级列物料衡算及平衡关系式组分A800 0.32 E2 y2 , a0.0903R1 895 0.279(h)组分SE2 y2 , S0.0154R10.717E1(i)式中y2, A0.76£.4；(j)y S 0.996 y2, A(k)联立式（g）式（k），得F E2 R1 E1E2 1087.57kg/h，壮 a 0.0446 y2, s 0.9514,3R1607.43kg/h, X2, a 1.1 10 3计算结果表明，两级逆流萃取可以达到给定的分离要求。8.在填料层高度为3 m的填料塔内，以纯 S为溶剂从组分 A质量分数为1.

20、8%的A、B两组分混合液中提取 A。已知原料液的处理量为 2 OOOkg/h ，要求组分A的萃取率不低于90%，溶剂用量为最小用量的1.2倍，试求（1）溶剂的实际用量，kg/h ；（2 ）填料层的等板高度OE。HETS，m ；（3）填料层的总传质单元数 Noe。操作条件下，组分 B、S可视为完全不互溶,其分配曲线数据列于本题附表。习题8 附表X0.0020.0060.010.0140.0180.020KgA/KgBY0.00180.00520.00850.0120.01540.0171KgA/KgS解：(1)由分配曲线数据在 X-Y直角坐标系中绘出分配曲线，如附图曲线NBQ所示。Xf XnAX

21、n XFAXF 0.018 1 0.90 0.0018萃取剂用量最小时的操作线为XnB,其斜率为max0.0154S max O.018翫 o.951S 1.2Smin1.2-B-maxF 1 Xf1.2 1.2max2000严皿2480皿(2) 操作线的斜率为;S 醪 0.792J, XnJ即为操作线。在操作线与分配过点Xn作斜率为0.792的直线交X=Xf=0.018于 曲线之间作级梯，可得理论级数为0.29 0.2 n 6 0.29H HETS n6.450.093 m 0.465m 6.45（3）由附图可看出，平衡线及操作线均为直线，因此，可采用积分计算填料层的传质单元数。Y*1X1.800.8556X由附图可求得平衡线方程为操作线方程为Y 0.951 1.2yfNoeXn0.7952X 0.001427dYYn Y* Y:：启篦 12.559ln X O.。2261 閘8 6.49.在多级逆流萃取装置中,用三氯乙烷为溶剂从含丙酮质量分数为35%