化工原理萃取大题

1、精品文档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-Z N)=(0.351-0)/(0.54-0

2、.064)=0.74(S/B)min=1/0.74=1.35Smin=1.35 ×1200=1620实际用水量S=1.6×1620=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=8。试求萃取液量E°为多少 kg?解：萃取液浓度y A°=( XA°)/1( -1)X A°=8 ×0.3/(1 7×0.3)=0.774XF=40/(40 60

3、)=0.4又 S=F=200 kg据物料衡算 ( 杠杆法则 ) ：E°=F×(X F-XA°)/(Y A°-XA°)=200 ×(0.4-0.3)/(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=1.2X A(Y 、 X 均为比质量分率) ，要求最终萃余相中萃余分率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： R=(BX)/(BXF)=X/X F X=X FR Y=KX=K RXF物料衡算： SY=B(XF-X)S

4、/B=(X F-X)/Y=X F(1- R)/(K RXF)=(1-0.05)/(1.2×0.05)=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。 采用溶剂比为 1。试求 : 选择性系数； 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) y A=x A k A= y A/x A= 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、5选择性系数=y A°/(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。1欢迎下载精品文档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：选择性系数；当 (S/F)min时，萃取液组成yA°。解： (1)连 R°、

6、S 得 R点，作 RE平行于 BS( k =1)A得 E 点，连 ES 延伸到 AB 边得 E°，其组成为0.6 =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°=0.757、 采用纯溶剂 S 进行单级萃取中，已知 XF=0.3( 质量分率 ) ，萃取相浓度为 yA/y B =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/y B=yA°/(1-y A

7、6;)=1.5解知： yA°=0.6 。连 yA°,S 得 E点， E 点 yA=0.08由 kA=yA/x A=2，定 xA R 点。连 E、 R 与 F、 S，交点 M=FS=E RS/F=FM/SM=45/15=3( 倍 )。2欢迎下载精品文档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

8、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 S 和 R联线的延长线与 AB交点 R' ， X' 7。 FM ×FMS×S

9、R， S MF MS×F(41 59) ×100 69.5 Kg/h10、一混合液由、组成，现用溶剂对进行单级萃取，已知 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与有互溶性变化时 , 溶。3欢迎下载精品文档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' 0.78S' 21.F 23 0.935FS' 0.935S 0.725 1.29SY' 0.422Y1&#

10、39; 0.78 0.42 ×Y2' 1.86Y 2' 。11、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=?解： =(y A/x A)/(yB/x B) = (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，

11、萃余相的组成XA/X B=1/3 。试求 :萃余液量； 溶剂量。解： (1) xA/x B=xA°/x B°=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×(x F-x A)/(yA-x A)=100 ×(0.4-0.25)/(0.75-0.25)=30 kg/h(2) RE与 FS 交点 M。 S=F ×FM/SM=

12、100×24/24 = 100 kg/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。4欢迎下载精品文档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/X B=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/y B=×xA/x B=6×0.25=1.5 y A°/(1-y A°)=1.

13、5 yA°= 0.6又xA°/(1-x A°)=0.25 xA°=0.2连 R°、S 及 E°、S 得 R 点及 E 点 ( 使 kA<1 满足 )E°/R°=(x F-x A°)/(y A°-x F)=(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'。5欢迎下载精品文档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

14、配系数K=YA/X A=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 X(kgA/kgB) 。2解：对第二级作物料衡算 : B(X 1-X 2)=S(Y 1-Z)Z=0相平衡方程 : Y=KX22两式联解得 : X 2=X1/(1 SK/B)=X1/(1 1/A)对整个系统 ( 两级 ) 作物料衡算 : B(XF-X )=S(Y -Z) Z=021相平衡方程 : Y 1=KX1经整理得2F2:X =X/(11/A1/A )萃取因数 1/A=SK/B=40 ×1/8

15、0=0.5 A=2 X =x /(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgBFFB=F/(1 XF)=100/(1 0.25)=80 X 2=0.25/(1 0.5 1/2 2=0.25/1.75=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

16、液相组成 X2 kgA/kgB 。( 塔序由塔顶算起)。解： (1) X F=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25XN=x /(1-x)=0.02/(1-0.02)=0.02041NNB=F/(1 XF)=100/(1 0.25)=80Smin=B(X -X )/Y1(Z=0)FNY1=2XF=2×0.25=0.5 Smin=80 ×(0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h(2) Y 1=(B/S)(X F-X N)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306X1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X 1-X

17、 N)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177X2=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。6欢迎下载精品文档萃取相浓度 y /y =11/5 ，萃余相浓度x /x=1/3 ，试求 :选择性系数 ；萃取液量与萃余ABAB液量之比值 E°/R °。解： (1)=(y A/y B)/(xA/x B)=(11/5)/(1/3)=6.6质量分率，下同 )(2)进料中溶质 A 的组成 x =50/(50 50)=0.5 (FxA/x B=xA°/x B

18、6;=xA°/(1-xA°)=1/3 x A°=0.25y/y =y °/(1-y°)=11/5 y°=0.6875ABAAA E °/R °=(x F-x A°)/(yA°-x F)=(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min 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，试求此时操作点的位置。解：连 F、min 两点交 E' 点， RNE' 与 FS

19、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=2.82 mm确定了 M点，连 RN、M两点延伸至E 点，连 F、E 两点延长交于点。18、某混合液含溶质A30%（质量 %，下同）原溶剂 B70%，用纯溶剂S 进行单级萃取，要求萃余液中 A 的浓度不超过10%，此时 A 组分的分配系数 kA=1.5 。试求：所需溶剂比；所得萃取液中A 的

20、浓度；过程的选择性系数。物系的溶解度曲线如图所示。解： . 在相图上找到R' 点，连 R',S ，交平衡线于 R 点。由图读出 R中溶质浓度约为 9。 A YA/X A Y A AXA 1.5 ×913.5 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 MFSM 0.6/0.4 32由 E' 知，萃取液中 A 的浓度为 YA' 53 (y /y)/(x/x) =(y'/y')/(x'/x')=0.53/(1-0.53)/(0.1/

21、0.9)10.1ABABABAB。7欢迎下载精品文档19、溶质 A，原溶剂B，萃取剂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：（）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？（）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) X F=0.35 ， Y A=0.3 ，XA=0.2作图 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507S' =100×0.507=50.7 Kg(2) 如图， Xmin =0

22、.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%，求： 处理每吨料液所需的溶剂量； 萃取相与萃余相的量； 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=0.65 R ° 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 =(E °y°)/(FX F)=(0.4×0.83)/(1×0.4)=0.83。8欢迎下载精品文档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： 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=MF/MS=56/51=1.098S=120×1.0