液液萃取和液固浸取.docx
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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200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg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1000kg/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2000kg，每级的异丙醚用量为800kg，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1200kg/h，要求最终萃余相中乙醛的质量分数不大于%。
每级中水的用量均为250kg/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X–Y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，故可采用式（10–35）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2000kg/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）
0
0
解：
（1）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Δ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R1Δ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，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X–Y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）
0
0
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X–Y直角坐标系中绘出平衡曲线，如附图中曲线Y1Y2BQ所示。
由S/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800kg/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。
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3m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2000kg/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/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X–Y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.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4500kg/h，三氯乙烷的用量为1500kg/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x–y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=4500kg/h、S=1500kg/h，再根据杠杆规则确定F、S的和点M。
联结RnM并延长与溶解度曲线交于E1，则E1F和SRn的交点Δ即为操作点。
借辅助曲线作图可找到E1的共轭相点R1，联结ΔR1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x–y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x–y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
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