2026年高校食品化工原理化工专业期末萃取分离计算大题历年真题

2026年高校食品化工原理化工专业期末萃取分离计算大题历年真题考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题均有多个正确选项，请将正确选项的字母填写在题后的括号内。若错选、少选或多选，则该小题无分。）1.在单级萃取过程中，为了提高溶质A在萃取相E中的组成，可以采取的措施包括（）。A.增大溶剂B的比密B.选择选择性系数β大于1的溶剂BC.增大原料液F与溶剂B的混合比（m/F）D.减小原料液F与溶剂B的混合比（m/F）E.选择与原料液F极性差异较大的溶剂B2.对于使用混合澄清槽进行萃取分离的过程，以下说法正确的有（）。A.萃取相E和萃余相R在槽内通过充分混合实现传质B.混合后，两相会立即达到平衡状态C.离开混合段的E相和R相通常处于不平衡状态D.为了获得较高的分离效率，混合时间不宜过长E.混合段之后需要设置澄清段使两相分离3.在三角形相图上表示混合点P的位置，其组成坐标（x_A,x_B,x_S）的正确关系是（）。A.x_A+x_B+x_S=1B.x_A+x_B+x_S=P点在三边构成三角形面积之比的和C.x_A=P点到S点的联线在边BS上的截距与AB边长之比D.x_B=P点到S点的联线在边AS上的截距与AB边长之比E.x_S=P点到S点的联线在边AB上的截距与AS边长之比4.在多级逆流萃取中，影响理论级数N_st的因素包括（）。A.原料液组成x_FB.萃取相出口组成x_EC.萃余相出口组成x_RD.操作溶剂比m/FE.物系的平衡关系（由平衡线表示）5.下列关于萃取操作线方程的说法，正确的有（）。A.其斜率等于-（单位质量溶剂中溶质的质量）/（单位质量原料液中溶质的质量）B.对于单级萃取，操作线通过点（x_F,x_F）C.对于多级逆流萃取，操作线通过点（x_E,x_R）D.操作线的位置由进料条件（x_F,F）和溶剂比（m/F）确定E.操作线必然位于平衡线之上6.已知某物系在特定温度下的平衡数据，要确定平衡相组成，以下方法正确的有（）。A.在三角形相图上连接相点与原点B.在直角坐标图（y-x图）上绘制平衡曲线C.查阅由实验测定并整理好的平衡组成表D.根据分配定律计算E.根据经验估算7.选择萃取溶剂时，需要考虑的主要因素包括（）。A.溶质在溶剂中有较高的溶解度B.溶剂与原料液中的其他组分不发生化学反应C.溶剂与原料液（尤其是稀释剂）的互溶性要好（选择性要高）D.溶剂的粘度要低，以利于传质和降低能耗E.溶剂的沸点要高，以便于后续回收和减少挥发损失8.在多级错流萃取中，与多级逆流萃取相比，其特点是（）。A.各级使用新鲜溶剂进行萃取B.萃取相的组成沿流程逐渐降低C.萃取效率通常低于多级逆流萃取D.设备结构可能更简单E.对溶剂比的要求通常低于多级逆流萃取9.以下关于理论级的说法，正确的有（）。A.理论级是假设在单级设备中能获得与多级逆流（或其他级数）设备相同分离效果的理想化级数B.计算理论级数有助于评估实际设备的分离能力C.在图解法中，每绘制一条操作线需要确定一个理论级D.理论级数越多，表示实际设备越接近理想情况E.理论级的概念只适用于级式接触器，不适用于连续接触式设备10.若某萃取过程所需的理论级数非常多，从设备投资和操作费用角度考虑，可能更适合采用的萃取方式是（）。A.单级萃取B.多级错流萃取C.多级逆流萃取D.混合澄清槽E.萃取塔二、填空题（每空2分，共20分）1.在萃取过程中，若溶质A在两种液相（萃取相E和萃余相R）中的组成分别为x_A和x_A'，则其分配系数K的表达式为________。2.选择性系数β是衡量溶剂选择性的重要指标，其定义为________，其值越大，表示溶剂对溶质的选择性越好。3.在三角形相图上，纯组分S的坐标为________，纯组分A的坐标为________，纯组分B的坐标为________。4.对于多级逆流萃取，当进料组成x_F介于萃取相出口组成x_E和萃余相出口组成x_R之间时，操作线位于平衡线的________侧。5.若物系符合近似理想溶液的分配定律，则其平衡线在直角坐标图上呈现为一条通过原点的直线，其斜率等于________。6.在单级萃取中，若原料液F的量为100kg，组成为0.3（溶质A的质量分数），使用溶剂B200kg进行萃取，则萃余相R的量________kg，萃取相E的量________kg（假设无损失）。7.为了在多级逆流萃取中获得尽可能高的溶质回收率，理论上萃余相出口组成x_R应________。8.影响萃取过程传质效率的因素主要有平衡关系、两相接触面积、接触时间和________。9.混合澄清槽属于________式萃取设备，萃取塔属于________式萃取设备。10.对于指定的分离任务（如给定的x_F,x_E,x_R），当采用多级逆流萃取时，若增加溶剂比m/F，则达到分离任务所需的理论级数N_st通常会________。三、计算题（共60分）1.（10分）在某单级萃取实验中，处理原料液F100kg，其中溶质A的质量分数为0.4。使用溶剂B150kg进行萃取。假设体系符合近似理想溶液的分配定律，且在操作条件下的选择性系数β=1.2。试计算：a.萃取相E和萃余相R的量（kg）。b.萃取相E和萃余相R中溶质A的质量分数x_E和x_R。c.溶质A在原料液中的回收率。2.（20分）某物系在特定温度下的平衡数据如下（单位：质量分数）：组成x_A(萃余相)|组成y_A(萃取相)|0.00|0.100.10|0.300.30|0.500.50|0.650.70|0.801.00|1.00（假设x_A=0时，y_A=0；x_A=1时，y_A=1）现采用多级逆流萃取方式处理原料液F，其流量为100kg/h，组成为0.2（x_F）。要求萃取相出口组成x_E=0.6，萃余相出口组成x_R=0.05。试计算：a.所需的理论级数N_st（要求绘制y-x图并进行图解）。b.若原料液流量F不变，进料组成变为x_F=0.1，所需的理论级数N_st将如何变化？（无需重新图解计算，只需定性说明）。3.（15分）在一个具有N_st理论级的多级逆流萃取装置中，处理原料液F（流量F，组成x_F），使用溶剂B（流量m，组成y_B=0），要求得到萃取相E（组成x_E）和萃余相R（组成x_R）。已知物系的平衡线方程为y=1.1x（y为萃取相中溶质A的质量分数，x为萃余相中溶质A的质量分数）。a.推导该多级逆流萃取过程操作线的方程（以萃余相组成x为自变量）。b.若原料液流量F=200kg/h，组成x_F=0.3，溶剂比m/F=2，萃余相出口组成x_R=0.08，试利用操作线方程和平衡线方程计算达到此分离要求所需的理论级数N_st。4.（15分）在一个单级萃取装置中，处理原料液F500kg，其中溶质A的质量分数为0.25。使用溶剂B进行萃取。实验测得萃余相R的组成为0.05（溶质A的质量分数），萃余相R和萃取相E的总质量为700kg。假设体系符合近似理想溶液的分配定律。a.计算萃取相E的量（kg）和组成x_E。b.计算溶质A在原料液中的回收率。c.计算该物系的选择性系数β。试卷答案一、选择题1.ABDE2.ACD3.CDE4.ABCDE5.BCD6.ABCD7.ABCDE8.AC9.ABD10.B二、填空题1.K=x_A/x_A'2.β=y_A/x_A(y_A,x_A分别为萃取相、萃余相中溶质A的组成)3.(1,0,0)4.上5.分配系数K6.150;2507.趋近于零8.流体密度差（或界面张力）9.级式接触;连续接触10.减少三、计算题1.解：a.物料衡算：F=R+E;Fx_F=Rx_R+Ex_EF+m=R+E;Fx_F+mx_B=Rx_R+Ex_E100+150=R+E;100*0.4+150*0=Rx_R+Ex_E250=R+E;40=Rx_R+Ex_E由近似理想溶液分配定律：x_R=y_E=Kx_E代入：250=R+Kx_E;40=Kx_E^2K=x_E/x_R=x_E/(y_E)=x_E/(Kx_E)=1/β=1/1.2=5/640=(5/6)x_E^2=>x_E^2=48=>x_E=√48≈0.693(取正值，因E相中溶质浓度较高)R=250-E=250-100*0.693/0.4≈156.25kgE=250-156.25=93.75kgb.x_R=Kx_E=(5/6)*0.693≈0.578c.回收率=(E*x_E)/(F*x_F)=(93.75*0.693)/(100*0.4)≈0.897或89.7%2.解：a.绘制y-x图：将给定的平衡数据点标绘在直角坐标图中，并用光滑曲线连接。在图上标出x轴（x_F=0.2,x_E=0.6,x_R=0.05），绘制水平线。从点(0.2,0.2)作垂线交平衡线于点A，从点A作水平线交y=x于点B，从点B作垂线交x轴于点C(0.3,0.3)。连接点(0.05,0.05)和点C，得到操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点D(0.2,0.6)。从点D作垂线交平衡线于点E，再从点E作水平线交y=x于点F，从点F作垂线交x轴于点G(0.4,0.4)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点G，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点H(0.25,0.6)。从点H作垂线交平衡线于点I，再从点I作水平线交y=x于点J，从点J作垂线交x轴于点K(0.35,0.35)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点K，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点L(0.3,0.6)。从点L作垂线交平衡线于点M，再从点M作水平线交y=x于点N，从点N作垂线交x轴于点O(0.45,0.45)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点O，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点P(0.4,0.6)。从点P作垂线交平衡线于点Q，再从点Q作水平线交y=x于点R，从点R作垂线交x轴于点S(0.5,0.5)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点S，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点T(0.45,0.6)。从点T作垂线交平衡线于点U，再从点U作水平线交y=x于点V，从点V作垂线交x轴于点W(0.55,0.55)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点W，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点X(0.5,0.6)。从点X作垂线交平衡线于点Y，再从点Y作水平线交y=x于点Z，从点Z作垂线交x轴于点A(0.6,0.6)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点A，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点B(0.55,0.6)。从点B作垂线交平衡线于点C，再从点C作水平线交y=x于点D，从点D作垂线交x轴于点E(0.65,0.65)。重复上述过程，连接点(0.05,0.05)和点E，得到新的操作线。操作线与y=0.6的水平线相交于点F(0.6,0.6)。继续此过程，最终操作线与y=0.6的水平线交于点G(0.6,0.6)。计算理论级数：从(0.05,0.05)出发，每完成一个循环（到达x=0.6处），计为1个理论级。数出完成循环的次数。根据图解过程，共需要绘制操作线4次才能使操作线与y=0.6的水平线相交于平衡线左侧。b.当进料组成x_F减小（如变为0.1），在y-x图上，新的进料点(0.1,0.1)将向上移动。根据图解法原理，新的操作线将变得更加倾斜（斜率更大），并且需要更多的操作线（理论级数）才能从新的进料点到达x_E=0.6的水平线。因此，所需的理论级数N_st将增加。3.解：a.总物料衡算：F=R+E溶质A衡算：F*x_F=R*x_R+E*y_E由于使用纯溶剂B，y_B=0，故E=m,y_E=0衡算式变为：F*x_F=R*x_R+m*0=>F*x_F=R*x_R操作线方程（以x_R为自变量）：y_E=(F*x_F/R)*x_R=(F/R)*x_F*x_R将E=m代入总物料衡算：R=F-m代入上式：y_E=(F/(F-m))*x_F*x_R因y_E=1.1x_R，代入：1.1x_R=(F/(F-m))*x_F*x_R若x_R≠0，可消去x_R：1.1=(F/(F-m))*x_F操作线方程（标准形式）：y_E=(x_F/(1-m/F))*x_R=1.1x_Rb.代入已知值：1.1x_R=x_F*(m/F)*x_R1.1x_R=0.3*2*x_R1.1x_R=0.6x_RN_st=(x_E-x_R)/(x_F-x_R)*(