化工原理萃取大题

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)=0.54Z n=0.06/(1-0.06)=0.064Ymax=0.65 >0.54=0.351(B/S)min=(Ymax-Z)/(Zf-Z n)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74(S/B)mi

2、 n=1/0.74=1.35Smin=1.35 >200=1620实际用水量 S=1.6 X1620=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3=8。 试求萃取液量E°为多少kg?解：萃取液浓度 yA°( 3Xa°)/1 + ( 31)Xa°=8 X).3/(1 + 7>0.3)=0.774X f=40/(40 + 60)=0.4又 S=F=200 kg据物料衡算(杠杆法则)

3、：E°F>Xf-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=1.2Xa(Y、X均为比质量分率)，要求最终萃余相中萃余分率样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)/(BX f)=X/X F X=X F Y=KX=K 如斤物料衡算：SY=B(X-X)S/B=(X f-X)/Y=X f(1- $r)/(K QrXf)=(1-0.05)/(1.2>0.05)=15.83k

4、gS/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3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) t y a=xa 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° =0.1 y a°=0.5选择性系数3=y A°/(1-y a°/x a°/(1-x a°)=0.5/(1-0.5)/0.1/(1-0.1)=9

5、 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，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 杠°解：(1)连R° S得R点，作RE平行于BS( v kA=1) 得E点，连ES延伸到AB边得E°,其组成为0.6 3 =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&

6、#39;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)，解：yA/y B=yA°/(1-y a°)=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 xat R 点。连E、R与F、S,交点M=F+S=E+ RS/F=FM/SM=45/15=3(倍)mAB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？F ryn8、现有含A组分30%（质量）的A+B混合

7、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）汗。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%勺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' =

8、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%。FM XF= MSXS S= Mfy MSXF= (41 /59) X100= 69.5 Kg/h10、一混合液由A、E组成，现用溶剂S对A进行单级萃取，已知Xf=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E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= FX18.5 /25.5 = 0.725FY

9、i' = 0.78S' = 21.F / 23= 0.935FS' = 0.935S / 0.725 = 1.29SY 2 = 0.42S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沪？解：3=(y#XA)/(y b/x b) = (y a'/x A')/(y b'/x b') = (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

10、 o试求：萃余液量；溶剂量。解：(1) X a/X b=Xa°/X B°=XA°/(1-X a°)=1/3解知萃余液组成 Xa°=0.25，连R°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)/(y a-x a)=100 *0.4-0.25)/(0.75-0.25)=30 kg/h(2) RE与 FS 交点 MO S=F FM/SM=10024/24 = 100 kg/h -.以上答案由于在查图中会因人而有所

11、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7''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<1o 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： y Jy b= B XWx b=6X).25=1.5 y A°1-y a°)=1.5 t y a° 0.6又 Xa°1-x a°)=0.25 t xa°0.2连R

12、6; 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)mi n=FM'/SM' (S/F)/(S/F)mi n=FM/SMXSM'/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=Y/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X(kgA/kgB)。解：对

13、第二级作物料衡算 ：B(X 1-X2)=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程：Y 2=KX>两式联解得：X 2=Xi/(1 + SK/B)=Xi/(1 + 1/A)对整个系统(两级)作物料衡算：B(X f-X»=S(Y1-Z) Z=0相平衡方程：Y 1=KX经整理得：X 2=Xf/(1 + 1/A + 1/A )萃取因数 1/A=SK/B=40 X1/80=0.5 A=2B=F/(1+ Xf)=100/(1 + 0.25)=80 X2=0.25/(1 + 0.5 + 1/2 2=0.25/1.75=0.1428 Xf=xf/(1-x f)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/

14、kgB15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)的液相组成X2 kgA/kgB。(塔序由塔顶 算起)。解：(1) X f=Xf/(1-x f)=0.2/(1-0.2)=0.25X N =x N/(1-x n)=0.02/(1-0.02)=0.02041B =F/(1+ Xf)=100/(1 + 0.25)=8

15、0Smi n=B(XF-XN)/Y 1 (Z=0)Y=2Xf=2 >0.25=0.5 Smin=80 >0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h Y 1=(B/S)(X f-X n)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306X 1=Y1/K=0.306/2=0.153Y2=(B/S)(X 1-Xn)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177Xa=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.已知萃取相浓度yAyB=11/5，萃余相浓度xa/x b=1/3，试求：

16、选择性系数 3；萃取液量与萃余 液量之比值E7R °解：(1) 3=(y A/y b)/(x a/x b)=(11/5)/(1 =6.6(2)进料中溶质A的组成x f=50/(50 + 50)=0.5 (质量分率，下同)Xa/x b=Xa°/X b°=Xa°/(1-X a°)=1/3 t x a°=0.25yA/y B=yA°/(1-y a°)=11/5 t yA°=0.6875 E 7R °(x f-x A°)/(y a°-x f)=(0.5-0.25)/(0.6875-0

17、.5)=1.3317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，试求此时操作点的位置。解：连 F、Amin 两点交 E'点,FNE'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)=1.2X1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

18、于 点。A的浓度;S进行单级萃取，要求萃 10%此时A组分的分配=13.5 %18、某混合液含溶质A30%(质量%下同)原溶剂B70%用纯溶剂 余液中A的浓度不超过系数kA=1.5。试求：1 所需溶剂比； 2所得萃取液中3 过程的选择性系数。 物系的溶解度曲线如图所示。解：1 .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%。k a= YA/Xa Y a =k aXa= 1.5 >9%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= MF/ SM= 0.6/0.4 = 3

19、 / 22 .由E'知，萃取液中 A的浓度为Ya' = 53%3= 10.13. 3= (y A/y b)/(x a/xb) =(y A'/y b')/(x a'/x b')=0.53/(1-0.53)/(0.1/0.9)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： X f=

20、0.35 , Y a=0.3 ,X a=0.2作图 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507S' =100>0.507=50.7 Kg(2) 如图，Xmin =0.0620含40%(质量，下同)丙酮的水溶液, 酮的含量不超过10%求：处理每吨料液所需的溶剂量； 脱溶剂后萃取相的量；0.* P 上A用甲基异丁基酮进行单级萃取。欲使萃余相中丙 萃取相与萃余相的量；丙酮的回收率。解： S/F=MF/MS=63/45=1.4S=1.4F=1.4 R + E=S+ F=1.4 + 1=2.4 吨 R/E=ME/MR=20/54=0.37 解得：E=1.75R=0.6

21、5 R °+ E°F=1R °/E °FEO/FR° =45/30=1.5解得:E °0.4吨 R°0.6吨 Y °0.83回收率 n=(E ° °/(FX f)=(0.4 X0.83"(1 X).4)=0.8321、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=56/5仁1.098S=120X1.O98=131.8 kg M=S+ F=131.8 + 120=251.8