化工原理萃取大题教材

1、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)=0.54Zn=0.06/(1-0.06)=0.064Ymax=0.65>0.54=0.351(B/S)min=(Ymax-Z)/(Zf-Zn)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74(S/B)min=1/

2、0.74=1.35Smin=1.351200=1620实际用水量S=1.6M620=2592kg/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,溶齐肚匕为1,脱除溶剂后萃余液浓度Xa°=0.3(质量分率)，选择性系数3=8试求萃取液量E°为多少kg?解：萃取液浓度Na=(区J)/1+(31)Xa°=8>0.3/(1+7>0.3)=0.774Xf=40/(40+60)=0.4又S=F=200kg据物料衡算(杠杆法则广E°=FX(Xf-Xa)/(Ya°-Xa°)=

3、200和.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加=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：帆=(BX)/(BXf)=X/XFX=Xf很Y=KX=K(f)rXf物料衡算：SY=B(Xf-X)S/B=(Xf-X)/Y=Xf(1-4r)/(KRXf)=(1-0.05)/(1.20.05)=15.83kgS/kgB4、 用纯溶剂S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

4、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Na0。(设所涉及范围内分配系数Ka均相同)解：(1);Na=xakA=yA/xA=1又S/F=15、 连FS取中点即M点，过M点作ER平行于BS，脱溶剂S后得xa=0.1yA=0.5选择性系数3=M/(1-yA°)/xA/(1-xa)=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，与平衡线交于点E,连S、E'两点延伸到AB上得yA°=0.7采用纯溶剂S进行单级萃取中，已知xf=0.3(质量分率),6、已知AB

5、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R。点，物系的分配系数kA=1。试求：选择性系数3;当(S/F)min时，萃取液组成yA°。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、卒取相浓度为yA/y3=1.5,图中P点为临界互溶点，并知分配系数kA=2。试求：溶剂比S/F为多少？解：yA/yB=yA/

6、(1-ya)=1.5解知：yA=0.6o连yA°,S得E点，E点yA=0.08由kA=yA/XA=2,定XA一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，萃取液中A组分最大浓度可达多少？（质量）此时溶剂用量为多少？（用线段比及符号注明即可）解：最大浓度Ya=55%;S=（MF/MS）XF。9、 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

7、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%的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%。FM<F=MS<S，S=MF/MS<F=(41/59)X00=69.5Kg/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

8、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=0.725FYi'=0.78S'=21.F/23=0.935FS'=0.935S/0.725=1.29S丫2'=0.42Yi'=0.78/0.42丫2'=1.86丫2'。ABSB11、有一实验室装置将含A10%的AB50公斤和含A80%的AB20kg混合后，用溶剂S进行单级萃取，所得萃取相和萃余相脱溶剂后又能得到原来的10%A和80%A的溶液。问此工作状态下的选择性系数3

9、=?解：3=(AXA)/(yB/XB)=(yA'/XA')/(yB'/XB')=(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=1/3o试求：萃余液量；溶剂量。解：(1)Xa/xb=xa7xb°=xa7(1-xa°)=1/3解知萃余液组成Xa°=0.25,连R1°S得R点。作RE.平行于BS,连SE延长与AB边交于点E',得萃取液组成yA°=0.75o据杠杆法则：E=FX(x

10、F-XA)/(yA-XA)=100配.4-0.25)/(0.75-0.25)=30kg/h(2)RE与FS交点M。S=FXFM/SM=10024/24=100p15cfkg/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Xa/Xb=0.25,kA<1。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：(1)Ya/yb=3XMxb=6>0.25=1.5y

11、A/(1-ya°)=1.5-A°=0.6又Xa°/(1-xa°)=0.25FQ0.2连R°、S及E°、S得R点及E点(使kA<1满足)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'/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?夜F=100kg/h,其中含A20%(质量)

12、,使用40kg/h纯溶剂S进行萃取。试求：最终萃余液中A的浓度X2(kgA/kgB)。解：对第二级作物料衡算：B(X1-X2)=S(Y1-Z)Z=0相平衡方程：Y2=KX2两式联解得：X2=X1/(1+SK/B)=X1/(1+1/A)对整个系统(两级)作物料衡算：B(Xf-X2)=S(Y1-Z)Z=0相平衡方程：Y1=KX1经整理得：X2=Xf/(1+1/A+1/A2)萃取因数1/A=SK/B=40X1/80=0.5A=2Xf=xf/(1-xf)=0.2/(1-0.2)=0.25kgA/kgBB=F/(1+Xf)=100/(1+0.25)=80X2=0.25/(1+0.5+1/22=0.25/

13、1.75=0.142815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,则离开第二块理论板(理论级)的液相组成X2kgA/kgB。(塔序由塔顶算起)。解：(1)Xf=xf/(1-xf)=0.2/(1-0.2)=0.25Xn=xn/(1-xn)=0.02/(1-0.02)=0.02041B=F/(1+Xf)=100/(1+0.25)=80Smin=B(Xf-X

14、n)/Y1(Z=0)Yi=2Xf=2>0.25=0.5Smin=80X(0.25-0.02041)/0.5=36.73kg/h(2)Y1=(B/S)(Xf-Xn)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306X1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X1-Xn)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177Xz=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/yB=11/5,萃余相浓度xa/xb=1/3,试求：选择性系数3；萃取液量与萃余液量之比值E

15、76;/Ro解：(1)3=AyyB)/(xA/xB)=(11/5)/(1/3)=6.6(2)进料中溶质A的组成xf=50/(50+50)=0.5(质量分率，下同)xa/xb=xa/xb°=xa7(1-xa°)=1/3/=0.25yA/yB=yA°/(1-yA°)=11/5,=0.6875E/R=(xF-XA)/(yA-xf)=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.3317已知在最小溶剂比(S/F)min时操作点淅in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

16、9;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。设延伸长度为Xmin,则：S/F=(FM'+X)/(SM'-X)=(31+X)/(31-X)=1.2M解知：X=2.82mm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。Ya=kaXa=18、某混合液含溶质原溶剂B70%,用纯溶剂萃余液中A的浓度不超过配系数kA=1.5。试求：1.所需溶剂比；2.所得萃取液中A的浓度；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

17、9;点，连R',S,交平衡线于R点。由图读出R中溶质浓度约为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S/F=MF/SM=0.6/0.4=3/22.由E'知，萃取液中A的浓度为Ya'=53%3.3=(yA/yB)/(XA/XB)=(yA'/yB')/(XA'/XB')=0.53/(1-0.53)/(0.1/0.9)=10.1A30%（质量,下同）S进行单级萃取，要求10%,此时A组分的分ka=Ya/Xa1.59%=13.5%1.019、溶质A,原溶剂B,萃取剂S所构成的三元系

18、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%,S为95%的回收溶剂。求：(1)当萃取相中A的浓度为30%时，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)Xf=0.35,Ya=0.3,Xa=0.2作图FM/MS'=34/67=S'/F=0.507S'=10001507=50.7Kg(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%处理每吨料液所需的溶剂量；萃取相与萃余相的量

19、；脱溶剂后萃取相的量；丙酮的回收率。解：S/F=MF/MS=63/45=1.4S=1.4F=1.4吨R+E=S+F=1.4+1=2.4吨R/E=ME/MR=20/54=0.37解得：E=1.75R=0.65R°+E°=F=1R°/E=FE/FR°=45/30=1.5解得：E=0.4吨R=0.6吨Y=0.83回收率Y=(Eoy°)/(FXF)=(0.4(X83)/(10.4)=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%(质量百分数)，求：所需萃取剂用量；所得萃取相的质量和组成；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=M