化工原理萃取大题教材.docx

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化工原理萃取大题教材

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）=0.54

ZN=0.06/（1-0.06）=0.064

Ymax=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=1/0.74=1.35

Smin=1.35×1200=1620

实际用水量S=1.6×1620=2592kg/h

2、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β=8。

试求萃取液量E°为多少kg?

解：

萃取液浓度yA°=（βAX°）/[1＋（β-1）XA°]=8×0.3/（1＋7×0.3）=0.774

XF=40/（40＋60）=0.4又S=F=200kg

据物料衡算（杠杆法则）：

E°=F×（XF-XA°）/（YA°-XA°）=200×（0.4-0.3）/（0.774-0.3）=42.2

3、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φR=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：

φR=（BX）/（BXF）=X/XF∴X=XFφRY=KX=KφRXF

物料衡算：

SY=B（XF-X）

S/B=（XF-X）/Y=XF（1-φR）/（KφRXF）=（1-0.05）/（1.20.05×）=15.83kgS/kgB

4、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。

采用溶剂比为1。

试求:

⑴选择性系数β；

⑵当溶剂用量为最少时,求萃取液浓度yA°。

（设所涉及范围内分配系数KA均相同）

解：

（1）∵yA=xA∴kA=yA/xA=1又S/F=1

5、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β=[yA°/（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

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R°点，物系

的分配系数kA=1。

试求：

⑴选择性系数β；⑵当（S/F）min时，萃取液组成yA°。

得E点，连ES延伸到AB边得E°，其组成为0.6∴β=[0.6/（1-0.6）]/[0.2/（1-0.2）]=6

（2）过M'点（该点满足（S/F）min条件），作M'E'平行于BS，过E'点脱溶剂得yA°=0.75

采用纯溶剂S进行单级萃取中，已知

7、

萃取相浓度为yA/y=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°/（1-yA°）=1.5

解知：

yA°=0.6。

连yA°,S得E点，E点yA=0.08

由kA=yA/xA=2，定xA→R点。

连E、R与F、S，交点M=F＋S=E＋R

S/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）×F。

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：

①若采用单级萃取，萃取液可达到最大浓度为多少？

②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：

①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％。

②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

F=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＝F×18.5／25.5＝0.725FY1'＝0.78

S'＝21.F／23＝0.935F

S'＝0.935S／0.725＝1.29S

Y2'＝0.42

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

此工作状态下的选择性系数β=?

混合后，用溶剂S

问

10%A和80%A的溶液。

解：

β=（yA/xA）/（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=1/3。

试求:

⑴萃余液量；⑵溶剂量。

解：

（1）xA/xB=xA°/xB°=xA°/（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°=0.75。

据杠杆法则：

E°=F×（xF-xA）/（yA-xA）=100×（0.4-0.25）/（0.75-0.25）=30kg/h

（2）RE与FS交点M。

S=F×FM/SM=10×024/24=100kg/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。

⑴萃取液量与萃余液量的比值；

⑵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=β×Ax/xB=6×0.25=1.5

∴yA°/（1-yA°）=1.5→A°=y0.6

又xA°/（1-xA°）=0.25→A°x=0.2

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/SMS×M'/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，（Y、X--均为比质量分率），料液F=100kg/h，其中含A20%（质量%），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=40×1/80=0.5A=2

∴XF=xF/（1-xF）=0.2/（1-0.2）=0.25kgA/kgB

B=F/（1＋XF）=100/（1＋0.25）=80

2

∴X2=0.25/（1＋0.5＋1/22=0.25/1.75=0.1428

15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:

⑴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）=0.25

XN=xN/（1-xN）=0.02/（1-0.02）=0.02041

B=F/（1＋XF）=100/（1＋0.25）=80

Smin=B（XF-XN）/Y1（Z=0）

Y1=2XF=2×0.25=0.5

∴Smin=80×（0.25-0.02041）/0.5=36.73kg/h

（2）Y1=（B/S）（XF-XN）=（80/60）（0.25-0.02041）=0.306

X1=Y1/K=0.306/2=0.153

Y2=（B/S）（X1-XN）=（80/60）（0.153-0.02041）=0.177

X2=Y2/K=0.177/2=0.0884

16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:

⑴选择性系数β；⑵萃取液量与萃余液量之比值E°/R°。

解：

（1）β=A（y/yB）/（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°=xA°/（1-xA°）=1/3→A°=x0.25yA/yB=yA°/（1-yA°）=11/5→A°=y0.6875∴E°/R°=（xF-xA°）/（yA°-xF）=（0.5-0.25）/（0.6875-0.5）=1.33

17已知在最小溶剂比（S/F）min时操作点Δmin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Δ的位置。

解：

连F、Δmin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。

设延伸长度为Xmin，则：

S/F=（FM'+X）/（SM'-X）=（31+X）/（31-X）=1.2×1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Δ点。

19、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%，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'=1000×.507=50.7Kg

（2）如图，Xmin=0.06

20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：

⑴处理每吨料液所需的溶剂量；⑵萃取相与萃余相的量；

⑶脱溶剂后萃取相的量；⑷丙酮的回收率。

解：

⑴S/F=MF/MS=63/45=1.4S=1.4F=1.4吨

⑵R＋E=S＋F=1.4＋1=2.4吨R/E=ME/MR=20/54=0.37

解得:

E=1.75R=0.65

⑶R°＋E°=F=1R°/E°=FE°/FR°=45/30=1.5

解得:

E°=0.4吨R°=0.6吨

⑷Y°=0.83回收率η=（E°y°）/（FXF）=（0.40×.83）/（10.×4）=0.83

21、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：

⑴所需萃取剂用量；

⑵所得萃取相的质量和组成；

⑶若将萃取相溶剂全部回收后，所得萃取液的质量和组成。

解：

⑴S/F=MF/MS=56/51=1.098

⑵M=S＋F=131.8＋120=251.8kg

S=120×1.098=131.8kg

E/M=MR/RE=49/65=0.754

E=0.754×251.8=189.8kg其中A=23％

⑶YA°=75％YB°=25％

S=66％B=11％

E°=120×0.538=64.56kg

E°/F=FR°/R°E°=35/65=0.538

22、某混合物含溶质A20%，稀释剂B80%，拟用纯溶剂S进行单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%，溶解度曲线如图示。

在操作范围内溶质A的分配系数KA=1，试求:

当处理100kg原混合液时，需溶剂用量为多少

⑴kg?

⑵

⑶

⑷

S=F×MF/MS=10×048/38=126

y°=30%

所得萃取液中A的浓度为多少?

过程的选择性系数为多少?

用什么办法在不影响萃取液中A的含量的条件下，减少萃余液中A量。

解：

kg

的含

β=（yA°/yB°）/（xA°/xB°）=（0.3/0.1）/（0.7/0.9）=3.857⑷用多级逆流萃取

23用溶剂S萃取A、B二组分混合液中的A。

操作条件下A-B-S系统的相图见本题附图。

已知料液处理量为1000kg/h，其中含A35%（质量）。

今欲通过连续逆流萃取获得最高浓度的萃取液，且要求萃余相中含A不超过5%（质量），求溶剂用量、萃取液浓度及所需理论级数。

解：

S/F=MF/MS=40/65=0.615

S=0.615×1000=615kg/h由S作曲线的切线得

Y1°max=0.8

NT=2