液液萃取和液固浸取.docx

1、液液萃取和液固浸取第十章 液-液萃取和液-固浸取 1. 25时醋酸（A）庚醇-3（B）水（S）的平衡数据如本题附表所示。习题1附表1 溶解度曲线数据（质量分数/%）醋酸（A）庚 醇-3（B）(333(B)水（S）醋酸（A）庚 醇-3（B） -3(B)-3(B)-3(B) 3(B)水（S）0习题1附表2 联结线数据（醋酸的质量分数%）水 层(S)庚 醇-3 层水 层庚 醇-3 层试求：（1）在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，在直角坐标图上绘出分配曲线。（2）确定由200 kg醋酸、200 kg庚醇-3和400 kg水组成的混合液的物系点位置。混合液经充分混合并静置分层后，确定两共轭相的

2、组成和质量。（3）上述两液层的分配系数及选择性系数。（4）从上述混合液中蒸出多少千克水才能成为均相溶液？ 解：（1）溶解度曲线如附图1中曲线SEPHRJ所示。辅助曲线如附图1曲线SNP所示。分配曲线如附图2 所示。 （2）和点醋酸的质量分率为 水的质量分率为 由此可确定和点M的位置，如附图1所示。由辅助曲线通过试差作图可确定M点的差点R和E。由杠杆规则可得习题1 附图1习题1 附图2 由附图1可查得E相的组成为 R相的组成为 （3）分配系数 选择性系数 （4）随水分的蒸发，和点M将沿直线SM移动，当M点到达H点时，物系分层消失，即变为均相物系。由杠杆规则可得 需蒸发的水分量为 2. 在单级萃取

3、装置中，以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h，要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试（1）水的用量；（2）萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。 解：（1）物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。由原料组成xF=可确定原料的相点F，由萃余相的组成xA=可确定萃余相的相点R。借助辅助曲线，由R可确定萃取相的相点E。联结RE、FS，则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得习题2 附图 （2）由杠杆规则可确定萃余相的量。 由附图可读得萃取相的组成为 萃取率= 3. 在三级错流萃取装置中，以纯异丙醚为溶剂

4、从含醋酸质量分数为30%的醋酸水溶液中提取醋酸。已知原料液的处理量为2000 kg，每级的异丙醚用量为800 kg，操作温度为20 ，试求（1） 各级排出的萃取相和萃余相的量和组成；（2）若用一级萃取达到同样的残液组成，则需若干千克萃取剂。20 时醋酸（A）水（B）异丙醚（S）的平衡数据如下：习题3附表 20 时醋酸（A）水（B）异丙醚（S）的平衡数据(质量分数)水 相有 机 相醋酸（A）水（B）异丙醚（S）醋酸（A）水（B）异丙醚（S） 解：由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。 由原料组成xF=，在图中确定原料相点F。由物料衡算确定一级萃取物系的组成习题3 附

5、图 由此可确定一级萃取物系点M1的位置。借助辅助曲线，通过试差作图可由M1确定一级萃取的萃取相点E1和萃余相点R1。由杠杆规则可得 由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为 由R1的量及组成，以及所加萃取剂的量，通过物料衡算可求得二级萃取的物系点M2。与一级萃取计算方法相同可得 kg kg 与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果 kg kg （2）若采用一级萃取达到同样的萃取效果，则萃取物系点为附图中的N点。由杠杆规则可得习题4 附图 4. 在多级错流萃取装置中，以水为溶剂从含乙醛质量分数为6%的乙醛甲苯混合液中提取乙醛。已知原料液的处理量为1 200kg/h，要求最终萃余相中乙醛的质量分数不

6、大于%。每级中水的用量均为250 kg/h。操作条件下，水和甲苯可视为完全不互溶，以乙醛质量比表示的平衡关系为Y=。试求所需的理论级数。解：（a）直角坐标图解法 在XY直角坐标图上绘出平衡曲线Y=，如附图所示。 原料中稀释剂的量为 操作线的斜率为 过XF作斜率为的直线，与平衡线交于Y1，则XFY1为一级萃取的操作线。过Y1作Y轴的平行线，与X轴交于X1。过X1作XFY1的平行线，与平衡曲线交于Y2，X1Y2即为二级萃取的操作线。同理可作以后各级萃取的操作线，其中Xi为第i级萃余相的组成，直至Xn小于或等于所规定的组成为止。操作线的条数即为理论级数，即 n=7 （b）解析法 由于B与S不互溶，故

7、可采用式（1035）计算理论级数。 取n=7 也可采用迭代计算求理论级数。平衡关系为 操作关系为 由此可得迭代关系为迭代计算结果为 即所需理论级数为7级。 5. 在多级逆流萃取装置中，以水为溶剂从含丙酮质量分数为40%的丙酮醋酸乙酯混合液中提取丙酮。已知原料液的处理量为2 000kg/h，操作溶剂比（）为，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于6%，试求（1）所需的理论级数；（2）萃取液的组成和流量。操作条件下的平衡数据列于本题附表。习题5附表 丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）的平衡数据（质量分数）萃 取 相萃 余 相丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）丙酮（A）醋酸乙酯（B）水（S）00 解：（1）

8、由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图所示。习题5 附图由原料组成xF=，在图中确定原料相点F。F=1000kg/h、S/F=，再根据杠杆规则可确定F、S的和点M。由最终萃取要求xn=确定Rn。联结Rn、M，其延长线与溶解度曲线交于E1，FE1、RnS两线的交点即为操作点。 借助辅助曲线作图可得E1的共轭相点R1（第一级萃取萃余相点），联结R1与溶解度曲线交于E2。同理可找到R2、R3 ，直至萃余相的组成小于为止，操作线的条数即为理论级数。由作图可得 n=6 （2）联结S、E1，并延长交AB与E，E即为萃取液的相点，读图可得 由杠杆规则可得 6. 在多级逆流萃取装置中，

9、以纯氯苯为溶剂从含吡啶质量分数为35%的吡啶水溶液中提取吡啶。操作溶剂比（）为，要求最终萃余相中吡啶质量分数不大于5%。操作条件下，水和氯苯可视为完全不互溶。试在XY直角坐标图上求解所需的理论级数，并求操作溶剂用量为最小用量的倍数。操作条件下的平衡数据列于本题附表。习题6附表 吡啶（A）水（B）氯苯（S）的平衡数据（质量分数）萃 取 相萃 余 相吡啶（A）水（B）氯苯（S）吡啶（A）水（B）氯苯（S）00 解：将以质量分数表示的平衡数据转化为质量比表示，其结果列于附表2中。习题6 附表2萃取相（Y）0萃余相（X）0 由表中数据在XY直角坐标系中绘出平衡曲线，如附图中曲线Y1Y2BQ所示。 由S

10、/F=及xF =可得操作线的斜率 由最终萃取要求可确定点Xn，习题6 附图 过点Xn作斜率为的直线与直线交于J，则XnJ即为操作线。在平衡曲线与操作线之间作阶梯至X，所作的级梯数即为理论级数。由作图可得理论级数为 当萃取剂用量最小时，操作线的斜率最大，此时的操作线为XnB，其斜率为7.在25 下，用纯溶剂S在多级逆流萃取装置中萃取A、B混合液中的溶质组分A。原料液处理量为800 kg/h，其中组分A的含量为32%（质量分数，下同），要求最终萃余相中A的含量不大于%。采用的溶剂比（S/F）为。试求经两级萃取能否达到分离要求。 操作范围内级内的平衡关系为解：本题为校核型计算，但和设计性计算方法相同

11、。若求得的，说明两级逆流萃取能满足分离要求，否则，需增加级数或调整工艺参数。（1）对萃取装置列物料衡算及平衡关系式 （a）组分A （b）组分S （c）式中 （d） （e） （f）联立式（a）式（f），得（1）对第一理论级列物料衡算及平衡关系式 （g）组分A （h）组分S （i）式中 （j） （k）联立式（g）式（k），得计算结果表明，两级逆流萃取可以达到给定的分离要求。 8. 在填料层高度为3 m的填料塔内，以纯S为溶剂从组分A质量分数为%的A、B两组分混合液中提取A。已知原料液的处理量为2 000kg/h，要求组分A的萃取率不低于90%，溶剂用量为最小用量的倍，试求（1）溶剂的实际用量，kg

12、/h；（2）填料层的等板高度HETS，m；（3）填料层的总传质单元数。操作条件下，组分B、S可视为完全不互溶，其分配曲线数据列于本题附表。习题8 附表 X KgA/KgB Y KgA/KgS习题8 附图 解：（1）由分配曲线数据在XY直角坐标系中绘出分配曲线，如附图曲线NBQ所示。 萃取剂用量最小时的操作线为XnB，其斜率为 （2）操作线的斜率为； 过点Xn作斜率为的直线交X=XF=于J，XnJ即为操作线。在操作线与分配曲线之间作级梯，可得理论级数为 （3）由附图可看出，平衡线及操作线均为直线，因此，可采用积分计算填料层的传质单元数。由附图可求得平衡线方程为 操作线方程为习题9 附图1 9.

13、在多级逆流萃取装置中，用三氯乙烷为溶剂从含丙酮质量分数为35%的丙酮水溶液中提取丙酮。已知原料液的处理量为4 500 kg/h，三氯乙烷的用量为1 500 kg/h，要求最终萃余相中丙酮质量分数不大于5%，试求（1）分别用三角形相图和xy直角坐标图求解所需的理论级数；（2）若从萃取相中脱除的三氯乙烷循环使用（假设其中不含水和丙酮），每小时需补充解：（1）三角形坐标图解 由平衡数据在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线及辅助曲线，如附图1所示。由原料组成xF =确定原料的相点F；由萃取要求xn =确定Rn点；由F=4 500kg/h、S=1 500kg/h，再根据杠杆规则确定F、S的和点M。联结Rn

14、M并延长与溶解度曲线交于E1，则E1F和SRn的交点即为操作点。借辅助曲线作图可找到E1的共轭相点R1，联结R1并延长与溶解度曲线交于E2，同理可找到E2的共轭相点R2 直至Rn的组成xn达到萃取要求，其中操作线的条数即为理论级数。由作图可得 n=15 （2）直角坐标图解 在xy直角坐标系中绘出分配曲线，如附图2所示。 读出三角形坐标图中的操作线所对应的萃余相和萃取相的组成x、y，将其标绘于xy直角坐标系中，即得到一个操作点，将各操作点联结起来即得到操作线TB。在操作线与分配曲线之间作级梯，级梯数即为理论级数，由作图可知 n=14结果与三角形坐标图解稍有差别，是由作图误差所致。习题9 附图2 （2）由杠杆规则可知 补充萃取剂的量为