化工原理第十章-液-液萃取和液-固浸取

1、精选文档第十章液-液萃取和液-固浸取1.251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/%）醋酸（A）庚醇-3(B)水（S）醋酸（A）庚醇-3（B）水（S）0(333(B)3.648.5-3(b1238b)-338.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524

2、.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6习题1附表2联结线数据（醋酸的质量分数%）水层庚醇-3层水层庚醇-3层6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9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200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水组成的混合液的物系点位置。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。（3）上述两液层的分配系数kA及选择性系数0。（4）从上述混合液中蒸出多

3、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x=200=0.25a200+200+400水的质量分率为x二二400=0.50R=13M=13X4040800kg=260kgs200+200+400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E=MR=(800260)kg=540kg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,Ays=.儿y=0.01BR相的组成为x=0.20,Ax=0.06,Sx=0.74B3

4、)分配系数y0.28k=S=1.4Ax0.20Ak=厶=001=0.0135bx0.74B选择性系数ok1.41037卩=a=103.7k0.0135B(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=聖M=聖x5555800kg=494.5kg需蒸发的水分量为MH=(800494.5)kg=305.5kg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1000kg/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

5、数据见习题1。解：(1)物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。由原料组成x=0.3可确定原料的相点F,由萃余相的组成x=0.1可确定萃余相的相点R。借FA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Fx37=Sx263737=xF=x26261000kg=1423kg2）由杠杆规则可确定萃余相的量。习题2附图Rx49=Mx16R=49M=49C000+1423隔=791kg由附图可读得萃取相的组成为=0.14萃取率=76.2%0.14x(2423791)1000 x0.3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

6、水溶液中提取醋酸。已知原料液的处理量为2000kg，每级的异丙醚用量为800kg，操作温度为201,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。20C时醋酸（A）-水（B）-异丙醚（S）的平衡数据如下：习题3附表20C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.

7、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。x=二2000X3=0.214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A2000+800800XS2000+8000.286由此可确定一级萃取物系点叫的位置。借助辅助曲线，通过试差作图可由叫确定一级萃取的萃取相点E和萃余相点兀。由杠杆规则可得习题3附图Rx50=Mx34.5113

8、4.5R=M=x2800kg=1932kg50150E=M-R=(2800-1932)kg=868kg111由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为y=0.1101x=0.2551由叫的量及组成，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M2。与一级萃取计算方法相同可得E2=930kgR=1800kg2y=0.102x=0.232与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果E3=920kgR3=1890kgy=0.083x=0.213（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Fx37.5=Sx26.537.5S=F=x2000kg=2830kg26

9、.5在多级错流萃取装置中，以水为溶剂从含乙醛质量分数为6%的乙醛甲苯混合液中提取乙醛。已知原料液的处理量为1200kg/h,要求最终萃余相中乙醛的质量分数不大于0.5%。每级中水的用量均为250kg/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=2.2X。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=2.2X，如附图所示。X=Fx0.06l=0.0641-x1-0.06F原料中稀释剂的量为B=F（L-x6）kg.h=1128kghF操作线的斜率为B=-1128=-4.512S250过X作斜率为-4.512的直线，与平衡线交于Y,则X

10、Y为一级萃取的操作线。过Y作YF1F11轴的平行线，与X轴交于X。过X作XY的平行线，与平衡曲线交于Y,XY即为二级萃取的11F1212操作线。同理可作以后各级萃取的操作线，其中X为第i级萃余相的组成，直至X小于或等in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。K=2.2X=0.064FXq0.005nY=0SKS_2.2x250B-1128二0.4876lnX-Y/KxF-y!kln(1+A)mln00640.005=6.4一ln(1+0.4876)取n=7也可采用迭代计算求理论级数。平衡关系为=2.2

11、Xii操作关系为=-4.512（X-X）iii-1由此可得迭代关系为X=0.6722Xii-1迭代计算结果为X=X=0.0640FX二0.04301X二0.02892X二0.01943X二0.01314X二0.008795X二0.005916X=0.003970.0057即所需理论级数为7级。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2OOOkg/h,操作溶剂比（SF）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

12、酸乙酯（B）-水（S）的平衡数据（质量分数）萃取相1卒余相丙酮（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x=0

13、.40，在图中确定原料相点F。F=1000kg/h、S/F=0.9，再根据杠杆规则可确定FF、S的和点M。由最终萃取要求x=0.06确定R。联结R、M,其延长线与溶解度曲线交于E,nnn1习题5附图FE、RS两线的交点A即为操作点。1n借助辅助曲线作图可得E1的共轭相点R（第一级萃取萃余相点），联结R1A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、E1,并延长交AB与E，E即为萃取液的相点，读图可得yA=0.65(sS=F=0.9X2000kg/h=1800kg/hVF丿M=F+S=(2000+1800)

14、kgh=3800kgh由杠杆规则可得Eg35.5=Mx272727E=M=x3800kgh=2890kghE，x72.5=Ex2929x172.5=2890 x29725kgh=1156kg.h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%的吡啶水溶液中提取吡啶。操作溶剂比（SF）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。Bn=0.8125S习题6附表吡啶（A）-水（B）-氯苯（S）的平衡数据（质量分数）萃取相萃余相吡啶（A）

15、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：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

16、（Y）00.1250.2370.3240.4140.4810.5750.7661.30萃余相（X）00.05290.1250.2340.3450.5820.8841.403.71习题6附表2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=.35可得操作线的斜率2色二丄二厂、=0.8fA+Bbr35+*165丿由最终萃取要求可确定点X，nxn1xn0.0510.05=0.053习题6附图过点X作斜率为0.8125的直线与直线X=X=一二=0.538交于J,则XJnf1-x1-0.35nF即为操作线。在平衡曲线与操作线之间作阶梯至X0.053，所作

17、的级梯数即为理论级数。由作图可得理论级数为n二3当萃取剂用量最小时，操作线的斜率最大，此时的操作线为XB,其斜率为n(B)S=max47.853.8-5.3=0.9856/B、SSmin.S丿_0.9856max=B0.8125S在25C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800kg/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y=0.76x0.42AAy=0.996-ySAx=0.01+0.06xSA解：本题为校核

18、型计算，但和设计性计算方法相同。若求得的x0.012，说明两级2，A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TOC o 1-5 h zF+S=1.81F=E+R=1.81x800=1448(a)12组分A800 x0.32=Ey+0.012R(b)11，A2组分S800 x0.81=Ey+xR(c)11，S2，S2式中y=0.76x0.42(d)1，A1，Ay=0.996一y(e)1，S1，Ax=0.01+0.06x(f)2，S2，A联立式(a)式(f),得E=895kg.h,y=0.279,y=0.717,1,A1,SR=553kgh,x

19、=0.0903,x=0.01541,A1,S1)对第一理论级列物料衡算及平衡关系式F+E=R+E211(g)组分A800 x0.32+Ey=0.0903R+895x0.27922，A1(h)组分SEy=0.0154R+0.717E22，S11(i)式中y=0.76x0.422，A2，A(j)y=0.996一y(k)2，S2，A联立式（g）式（k）,得TOC o 1-5 h zE=1087.57kg.h,y=0.0446,y=0.9514,22,A2,SR=607.43kgh,x=1.1x10-312,A计算结果表明，两级逆流萃取可以达到给定的分离要求。在填料层髙度为3m的填料塔内，以纯S为溶剂

20、从组分A质量分数为1.8%的A、B两组分混合液中提取A。已知原料液的处理量为2000kg/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）填料层的等板髙度HETS,m；（3）填料层的总传质单元数NO。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XKgA/KgB0.0020.0060.010.0140.0180.020Y0.00180.00520.00850.0120.01540.0171精选文档KgA/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。XXQ=FnA

21、XFX=X申X=0.018x(10.90)=0.0018nFAF萃取剂用量最小时的操作线为XB，其斜率为n5maxIS丿max鼎=0.951BS=1.2S=1.2min5max=1.2(1+X5max2000 x丄=1.2x1+0.0180.951kgh=2480kgh（2）操作线的斜率为；色=0951=0.792S1.2过点*作斜率为0.792的直线交X=Xf=0.018于J，XnJ即为操作线。在操作线与分配曲线之间作级梯，可得理论级数为/0.290.2n=6+=6.450.290.09H3HETS=m=0.465mn6.453）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。精选文档由附图可求得平衡线方程为1.54*=X=0.8556X1.80操作线方程为=0.951（X-X）=0.7952X-0.0014271.2nN=fY-dY=f0.01812.559dX二12.5591n（X+0.02261）10.018=6.4OEYY*-Y0.0018X+0.02261S.18n在多级逆流萃取装置中，用三氯乙烷为溶剂从含丙酮质