化工原理萃取大題

1、1.、在逆流連續(xù)操作的塔內(nèi)，以水為萃取劑從丙酮-苯混合液內(nèi)提取丙酮。苯與水可視作完全不互溶。在操作條件下，丙酮在水和苯中以質(zhì)量比為基準的分配系數(shù)為0.65，即:Y= 0.65X，原料的流率為1200kg/h，其中含丙酮0.35(質(zhì)量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含量不大于0.06。若用水量為最小量的1.6倍，試求水的實際用量kg/h。解：ZF=0.35/(1-0.35)=0.54 ZN=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

2、=1/0.74=1.35Smin=1.35×1200=1620實際用水量S=1.6×1620=2592 kg/h2、在B-S部分互溶物系的單級萃取中，料液中溶質(zhì)A與稀釋劑B的質(zhì)量比為40：60。采用純?nèi)軇㏒=200kg，溶劑比為1，脫除溶劑后萃余液濃度XA°=0.3(質(zhì)量分率)，選擇性系數(shù)=8。試求萃取液量E°為多少kg?解：萃取液濃度 yA°=(XA°)/1(-1)XA°=8×0.3/(17×0.3)=0.774 XF=40/(4060)=0.4 又 S=F=200 kg據(jù)物料衡算(杠桿法則)： E&#

3、176;=F×(XF-XA°)/(YA°-XA°)=200×(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.23、使用純?nèi)軇㏒對A、B混合液作萃取分離。在操作范圍內(nèi)，S-B不互溶，平衡關(guān)系YA= 1.2XA(Y、X均為比質(zhì)量分率)，要求最終萃余相中萃余分率R=0.05。試求用單級萃取時，每kg稀釋劑B中，溶劑S消耗量kg。解：R=(BX)/(BXF)=X/XF X=XFR Y=KX=KRXF物料衡算：SY=B(XF-X) S/B=(XF-X)/Y=XF(1-R)/(KRXF)=(1-0.05)/(1.2×0.05)=15.83 kg

4、S/kgB4、 用純?nèi)軇㏒進行單級萃取，XF=0.15(質(zhì)量分率，下同)。萃取相中A的濃度與萃余相中A 的濃度相同。采用溶劑比為1。試求: 選擇性系數(shù)； 當(dāng)溶劑用量為最少時, 求萃取液濃度yA°。(設(shè)所涉及范圍內(nèi)分配系數(shù)KA均相同)解：(1) yA=xA kA= yA/xA= 1 又 S/F = 1 5、 連FS取中點即M點，過M點作ER平行于BS，脫溶劑S后得xA°=0.1 yA°=0.5選擇性系數(shù)=yA°/(1-yA°)/xA°/(1-xA°)=0.5/(1-0.5)/0.1/(1-0.1)=9 (2)聯(lián)點S、F,與平衡

5、線交于M'點,過M'點作平行于BS(虛線所示)的線,與平衡線交于點E'連S、E'兩點延伸到AB上得yA°=0.76、已知AB混合液組成如圖中F點所示。用純?nèi)軇﹩渭壿腿?。萃余液的組成在R°點，物系的分配系數(shù)kA=1。試求： 選擇性系數(shù)； 當(dāng)(S/F)min時，萃取液組成yA°。解：(1) 連R°、S得R點，作RE平行于BS(kA=1)得E點，連ES延伸到AB邊得E°，其組成為0.6 =0.6/(1-0.6)/0.2/(1-0.2)=6(2) 過M'點(該點滿足(S/F)min條件)，作M'E'

6、;平行于BS，過E'點脫溶劑得yA°=0.757、 采用純?nèi)軇㏒進行單級萃取中，已知XF=0.3(質(zhì)量分率)，萃取相濃度為yA/yB=1.5，圖中 P點為臨界互溶點，并知分配系數(shù)kA=2。試求：溶劑比S/F為多少?解：yA/yB=yA°/(1-yA°)=1.5解知：yA°=0.6。連yA°,S得E點，E點yA=0.08由kA=yA/xA=2，定xAR點。連E、R與F、S，交點 M=FS=ERS/F=FM/SM=45/15=3(倍)8、現(xiàn)有含A組分30%(質(zhì)量%)的A+B混合物，采用溶劑S進行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲線如圖示。

7、試求用單級萃取器時，萃取液中A組分最大濃度可達多少? (質(zhì)量) 此時溶劑用量為多少? (用線段比及符號注明即可)解：最大濃度yA°=55%；S=(MF/MS)×F。9、 有A、B、S三種有機液體，A與B、A與S完全互溶，B與S部分互溶。其溶解度曲線與輔助曲線如圖，進料量為100Kg/h。試求： 若采用單級萃取，萃取液可達到最大濃度為多少？ 當(dāng)進料為含A30%的AB混合液，萃取液的濃度達到了最大值，此時溶劑用量為多少？解： 從S點做溶解度曲線的切線和AB交于E'點，其Y' 即為最大濃度Y' =86。 從E點作AB平行線和輔助線交于P點，從P點對BS畫平

8、行線與溶解度線交點為R，S和R聯(lián)線的延長線與AB交點R'，X'7。 FM×FMS×SSMFMS×F(4159)×10069.5 Kg/h10、一混合液由、組成，現(xiàn)用溶劑對進行單級萃取，已知F=0.3（質(zhì)量分率，下同），要求萃余液的組成不大于0.1。試用圖解法計算該物系與有互溶性變化時, 溶劑用量與萃取液組成的變化。（可認為互溶性變化時，A的分配系數(shù)基本不變，KA=2）附：該物系在不同溫度下的溶解度曲線。解：SF×18.525.50.725F Y1'0.78 S' 21.F230.935F S' 0.935

9、S0.7251.29S Y2'0.42 Y1'0.780.42×Y2'1.86Y2'。11、有一實驗室裝置將含A10%的AB50公斤和含A80%的AB20kg混合后，用溶劑S進行單級萃取，所得萃取相和萃余相脫溶劑后又能得到原來的10%A和80%A的溶液。問此工作狀態(tài)下的選擇性系數(shù)=? 解：=(yA/xA)/(yB/xB) = (yA'/xA')/(yB'/xB') = (0.1/0.8)/(0.9/0.2) = 1/36 12、某A、B混合液用純?nèi)軇?S單級萃取。已知：F=100kg/h，XF=0.4(質(zhì)量分率，下同)。

10、kA=1，萃余相的組成XA/XB=1/3。試求: 萃余液量；溶劑量。解：(1) xA/xB=xA°/xB°=xA°/(1-xA°)=1/3 解知萃余液組成xA°=0.25，連R1°S得R點。 作RE平行于BS，連SE延長與AB邊交于點E',得萃取液組成yA°=0.75。據(jù)杠桿法則： E°=F×(xF-xA)/(yA-xA)=100×(0.4-0.25)/(0.75-0.25) = 30 kg/h(2) RE與FS交點M。 S=F×FM/SM=100×24/24 = 1

11、00 kg/h 以上答案由于在查圖中會因人而有所出入，因此評分標準著重思路與概念，作圖步驟說明從簡。凡萃取作圖題解均依此為準，以后不再重復(fù)說明了。13、已知：單級萃取中采用純?nèi)軇?。料液組成XF = 0.3(質(zhì)量分率，下同)，選擇性系數(shù)為6 ，在萃余相中XA/XB=0.25，kA<1。試求: 萃取液量與萃余液量的比值； 溶劑比S/F是最小溶劑比(S/F)min的倍數(shù)(用線段表示)。解：(1) yA/yB=×xA/xB=6×0.25=1.5 yA°/(1-yA°)=1.5 yA°= 0.6又xA°/(1-xA°)=0.25

12、xA°=0.2連R°、S及E°、S得R點及E點(使kA<1滿足) 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/SM×SM'/FM'14在兩個理論級的逆流萃取設(shè)備中，B-S完全不互溶。已知分配系數(shù)K=YA/XA=1，(Y、X-均為比質(zhì)量分率)，料液F=100kg/h，其中含A20%(質(zhì)量%)，使用40kg/h純?nèi)軇㏒ 進行萃取。試求

13、：最終萃余液中A的濃度X2(kgA/kgB)。解：對第二級作物料衡算: B(X1-X2)=S(Y1-Z) Z=0 相平衡方程: Y2=KX2 兩式聯(lián)解得: X2=X1/(1SK/B)=X1/(11/A)對整個系統(tǒng)(兩級)作物料衡算: B(XF-X2)=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程: Y1=KX1 經(jīng)整理得: X2=XF/(11/A1/A2)萃取因數(shù)1/A=SK/B=40×1/80=0.5 A=2 XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgB B=F/(1XF)=100/(10.25)=80 X2=0.25/(10.51/22=0.25/1.75=0.

14、142815擬設(shè)計一個多級逆流接觸萃取塔。在操作范圍內(nèi)所用純?nèi)軇㏒與料液中稀釋劑B完全不互溶；以質(zhì)量比表示的分配系數(shù)為2。已知入塔頂F=100kg/h，其中含溶質(zhì)A 為0.2(質(zhì)量分率)，要求出塔底的萃余相中A的濃度降為0.02(質(zhì)量分率)。試求: 最小的萃取劑用量Smin； (2) 取S=60kg/h，則離開第二塊理論板(理論級)的液相組成X2 kgA/kgB。(塔序由塔頂算起)。解：(1) XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 XN =xN/(1-xN)=0.02/(1-0.02)=0.02041B =F/(1XF)=100/(10.25)=80Smin=B(XF-X

15、N)/Y1 (Z=0)Y1=2XF=2×0.25=0.5 Smin=80×(0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h(2) Y1=(B/S)(XF-XN)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306 X1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X1-XN)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177X2=Y2/K=0.177/2=0.088416 在單級萃取操作中B-S部分互溶， 進料中含A50kg，含B50kg.用純?nèi)軇┹腿?已知萃取相濃度yA/yB=11/5，萃余相濃度xA/xB=1/3，試求: 選擇性系數(shù)；萃取

16、液量與萃余液量之比值E°/R°。解：(1) =(yA/yB)/(xA/xB)=(11/5)/(1/3)=6.6(2) 進料中溶質(zhì)A的組成 xF=50/(5050)=0.5 (質(zhì)量分率，下同) xA/xB=xA°/xB°=xA°/(1-xA°)=1/3 xA°=0.25 yA/yB=yA°/(1-yA°)=11/5 yA°=0.6875 E°/R°=(xF-xA°)/(yA°-xF)=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.3317 已知在最小溶

17、劑比(S/F)min時操作點min的位置如下圖所示。今以S/F=1.2(S/F)min進行逆流多級萃取，試求此時操作點的位置。解：連F、min兩點交E'點，RNE'與FS兩線交點M'，則(S/F)min=FM'/SM'=31/31=1 當(dāng)S/F=1.2(S/F)min時，M'點延伸至M點。設(shè)延伸長度為Xmin，則： S/F=(FM'+X)/(SM'-X)=(31+X)/(31-X)=1.2×1 解知：X=2.82 mm確定了M點，連RN、M兩點延伸至E點，連F、E兩點延長交于點。 18、某混合液含溶質(zhì)A30%（質(zhì)量%，下

18、同）原溶劑B70%，用純?nèi)軇㏒進行單級萃取，要求萃余液中A的濃度不超過10%，此時A組分的分配系數(shù)kA=1.5。試求： 所需溶劑比； 所得萃取液中A的濃度； 過程的選擇性系數(shù)。 物系的溶解度曲線如圖所示。解：.在相圖上找到R' 點，連R',S，交平衡線于R點。由圖讀出R中溶質(zhì)濃度約為9。 AYA/XA YAAXA1.5×913.5 由此知E如圖。聯(lián)S、E并延長交于AB于E'，聯(lián)R及E,與SF線交于M點，由此知：所需溶劑比為SFMFSM0.6/0.432 由E' 知，萃取液中A的濃度為YA' 53 (yA/yB)/(xA/xB) =(yA'

19、;/yB')/(xA'/xB')=0.53/(1-0.53)/(0.1/0.9)10.119、溶質(zhì)A，原溶劑B，萃取劑所構(gòu)成的三元系統(tǒng)的溶解度曲線如圖所示。原溶液含A35%、B65%，采用單級萃取。所用萃取劑為含A為5%，S為95%的回收溶劑。求：（）當(dāng)萃取相中A的濃度為30%時，每處理100Kg原料液需用多少Kg回收 溶劑？（）在此原料條件下，單級萃取能達到的萃余相中A的最低濃度為多少？解：(1) XF=0.35， YA=0.3， XA=0.2 作圖 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507 S' =100×0.507=50.

20、7 Kg(2) 如圖，Xmin =0.0620含40%(質(zhì)量，下同)丙酮的水溶液，用甲基異丁基酮進行單級萃取。欲使萃余相中丙酮的含量不超過10%，求： 處理每噸料液所需的溶劑量； 萃取相與萃余相的量； 脫溶劑后萃取相的量； 丙酮的回收率。解： S/F=MF/MS=63/45=1.4 S=1.4 F=1.4噸 RE=SF=1.41=2.4噸 R/E=ME/MR=20/54=0.37 解得: E=1.75 R=0.65 R°E°=F=1 R°/E°=FE°/FR°=45/30=1.5解得: E°=0.4噸 R°=0.6噸 Y°=0.83 回收率=(E°y°)/(FXF)=(0.4×0.83)/(1×0.4)=0.8321、 用一單級接觸式萃取器以S為溶劑，由A、B溶液中萃取出A。若原料液的質(zhì)量組成為45%。質(zhì)量為120kg，萃取后所得萃余相中A的含量為10%(質(zhì)量百分數(shù))，求： 所需萃取劑用量； 所得萃取相的質(zhì)量和組成； 若將萃取相溶劑全部回收后，所得萃取液的質(zhì)量和組成。解： S/F=MF/MS=56/51=1.098 S=120×1.098=131.8 kg M=SF=131