化工原理萃取大题

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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)=0.54ZFN=0.06/(1-0.06)=0.064Ymax=0.65x0.54=0.351(B/S)min=(Ymax-Z)/(Z -Z )=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74FN(S/B)

2、min=1/0.74=1.35Smin=1.35x1200=1620实际用水量 S=1.6x1620=2592 kg/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)，选择性系数卩=8。 试求萃取液量E为多少kg?解：萃取液浓度 yA=(卩XA)/1+(卩-1)XA=8x0.3/(1+7x0.3)=0.774XF=40/(4060)=0.4又 S=F=200 kg据物料衡算(杠杆法则)：E=Fx(XF-XA)/(YA-XA)=200x(0.4-0.3)/(0.

3、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申r=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:申r=(bx)/(bxf)=x/xf x=xfPr y=kx=k%xf物料衡算： SY=B(XF-X)AS/B=(XF-X)/Y=XF(1-pR)/(KpRXF)=(1-0.05)/(1.2x0.05)=15.83 kgS/kgB4、用纯溶剂S进行单级萃取，XF=0.15(质量分率，下同)。F萃取相中A的浓度与萃余相中A的浓度相同。采用

4、溶剂比为1。 试求:选择性系数卩； 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：yA=xA: kA=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P=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=0.76、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

5、，物系的分配系数kA=l。试求： 选择性系数卩；当(S/F)min时，萃取液组成yAo解：连R、S得R点，作RE平行于BS(VkA=1) 得E点，连ES延伸到AB边得E,其组成为0.6 B =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ME 平行于BS，过E点脱溶剂得yA=0.757、 采用纯溶剂S进行单级萃取中，已知Xf=0.3(质量分率),F卒取相浓度为yA/y =1.5，图中P点为临界互溶点，并知分配系 数kA=2o试求：溶剂比S/F为多少？解： yA/yB=yA/(1-yA)=1.5解知：yA=0.6o 连 yA,S 得 E 点，E

6、 点 yA=0.08由 kA=yA/xA=2，定 xAfR 点。A A AA连E、R与F、S,交点M=F S=ERS/F=FM/SM=45/15=3(倍)A8、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%。FMxF=MSxS.S=MF / MSxF=(41 / 59)x100 = 69.5 Kg/hAE、.0 -10、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,F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

8、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=Fxl8.5 /25.5 = 0.725F Y=0.78S =21.F/23 = 0.935FS =0.935S/0.725 = 1.29SY =0.422Y1=0.78 / 0.42xY2=1.86Y2o.BS 0S11、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阡？ 解:卩=A/xA)/(yB/xB)=

9、(yA/xA)/(yB/xB)= (0.1/0.8)/(0.9/0.2) = 1/36 12、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；AA B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R1S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:)/(yA-xA)=100x(0.4-0.25)/(0.75-0.25)=E=Fx(xF-xA30 kg/h(2) RE 与 FS 交点 M

10、oS=FxFM/SM=100x24/24 = 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F分率，下同)，选择性系数为6，在萃余相中Xa/XB=0.25, kA1o A BA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： yA/yB=卩xxa/Xb=6x0.25=1.5: yA/(i-yA)=L5 - yA= 6又 Xa/(1-Xa)=0-25-Xa=0，2连R。、S及E

11、、S得R点及E点(使kA1满足)E/R=(XF-XA)/(yA-XF)=(0.3-0.2)/(0.6-0.3)=1/3(2) S/F=FM/FSMAA(S/FF )min=FM/SM(S/F)/(S/F)min=FM/SMxSM/FM14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: X

12、2=X1/(1SK/B)=X1/(11/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/(11/A1/A2)萃取因数 1/A=SK/B=40x1/80=0.5A=2 XF=XF/(1-XF)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgBB=F/(1X )=100/(10.25)=80 X2=0.25/(1+0.5 + 1/22=0.25/1.75=0.1428F15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

13、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X2 kgA/kgBo (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)=0.02041BN =FN/(1XN )=100/(10.25)=80FSmin=B(XF-XN)/Y1 (Z=0)Y=2X =2x0.25=0.51F Smin=80x(0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h(2) Y=(B/

14、S)(X-X)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.3061 F NX1=Y1/K=0.306/2=0.153Y21=(B1/S)(X1-XN)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177X 2=Y /K=0.1177/N2=0.08842216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：选择性系数卩；萃取液量与萃余A BA B液量之比值 E/R。解： P=(yA/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)FX /x =x /x =x /(1-x。)=1/3 f x。=0.25 yA/yB=yA/(B-yAA=ii/5f yA=6875E/R=(x -x )/(y -x )=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.33F A A F17已知在最小溶剂比(S/F)min时操作点Amin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