化工原理第10章资料Word文档下载推荐.docx
《化工原理第10章资料Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理第10章资料Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
3.05
47.51
50
46.28
3.72
59.19
7.24
33.57
60
27.41
12.59
62.07
22.85
15.08
60.58
25.66
13.76
解：
⑴依平衡数据绘出溶解度曲线如附图1-1所示，图中各点代号与数据的对应关系注于附表1-1中。
联结互成平衡的两液层组成点得E1R1、E2R2、E2R2……等平衡联结线。
附表1-1（质量%）
R相
E相
图中的点
丙酮
水
氯苯
B
A
R5
E5
R4
E4
R3
E3
R2
E2
R1
E1
P
由E1、E2、E3……各点作平行于AB边的直线，再由R1、R2、R3……各点作平行于AS边的直线，两组线分别相交于点G、H、I、J、K，连接P、G、H、I、J、K即得辅助曲线。
⑵将前五组数据转换为质量比浓度，其结果列于附表1-2中，并在X－Y直角坐标图上标绘分配曲线，如图1-2。
附表1-2
X
0.114
0.251
0.466
0.682
Y
0.121
0.29
0.616
1.04
⑶由XF=0.4，在图1-2上，自点XF作斜率为－mB/mS=－2.0的直线与分配曲线相交于点T，点T的横坐标即为丙酮在萃余相中的浓度XR=0.25。
图1-1图1-2
⑷水层中各组分的浓度
由所绘制的溶解度曲线如图1-3，在AB边上确定组分A的浓度为45％的点F，由点F绘直线FW平行于三角形底边BS，则FW线上各点表示A的组成均为45％。
FW与溶解度曲线左侧的交点R，即代表水层中含A为45％的组成点，由图可读得点R组成为（质量％）：
xA=45％xB=52.8％xS=2.2％
与水层相平衡的氯苯层组成
利用所绘的辅助曲线从点R求出与之相平衡的氯苯层E。
即由点R作AS边的平行线与辅助曲线相交于点G，由点G作直线平行于AB边，与溶解度曲线右侧相交于点E，点E即为与R成平衡的氯苯层组成点。
由图可读出其组成为：
yA=54.9％yB=4.3％yS=40.8％
⑸由0.12kg氯苯和0.08kg水构成的混合液，其质量分数为：
xB=0.08/（0.08+0.12）=40％,xS=0.12/（0.08+0.12）=60％
依以上数据在本题附图1-3的BS边上确定点D，联AD线与溶解度曲线相交于点H。
若加入的丙酮量可以使混合液组成点在AD线上跨过H点，则此混合液可变为均相。
依杠杆定律可确定当混合液组成点为H时所加入的丙酮量mA。
计算过程如下：
设原混合液的量为mD，即mD=0.08+0.12=0.20kg
由本题附图1-3量得：
线段
=19.2（单位长度），
=33（单位长度），故需加入的丙酮量应略大于
⑹依原料液组成在本题附图1-4上确定点F，联SF线；
由萃取相浓度yA=30％确定点E，并利用辅助曲线由点E作图得点R。
联ER与FS线相交于点M。
依杠杆定律可求萃取剂用量mS，即：
⑺∵
又
∴
故
由图1-4可读出萃余相中丙酮的组成：
26%。
⑻在图1-4上连接SE，并延长与AB边相交于点
，点
对应坐标即为萃取液的组成，由图1-4读得丙酮含量为95%。
由图可视R与萃余液的组成点
重合，即满足：
∴萃取液的质量为：
图1-3图1-4
2以异丙醚为萃取剂，从浓度为50％（质量分数）的醋酸水溶液中萃取醋酸。
在单级萃取器中，用600kg异丙醚萃取500kg醋酸水溶液，20℃时醋酸-水-异丙醚系统的平衡数据如本题附表所示。
⑴在直角三角形相图上绘出溶解度曲线及辅助曲线。
⑵确定原料液与萃取剂混合后，混合液M的坐标位置。
⑶由三角形相图求出此混合液分为两个平衡液层E与R后，两液层的组成和质量。
⑷上述两液层的分配系数KA及溶剂的选择性系数β。
习题2附表（质量%）
在萃余相R（水层）中
在萃取相E（异丙醚层）中
醋酸（A）
异丙醚（S）
0.69
98.1
1.2
0.5
99.3
1.4
97.1
1.5
0.37
0.7
98.9
2.7
95.7
1.6
0.8
98.4
6.4
91.7
1.9
1.0
13.3
84.4
2.3
4.8
93.3
25.5
71.1
3.4
11.40
3.9
84.7
37.0
58.6
4.4
21.60
6.9
71.5
44.3
45.1
10.6
31.10
10.8
58.1
46.4
37.1
16.5
36.20
15.1
48.7
（1）由题给数据作溶解度曲线及辅助曲线，如图2。
（2）由mS/mF=
/
=600/500=6/5,作图得M点
（3）借助辅助曲线，试差作图，得点E和R。
由图读得E相：
yA=17.8%，yB=5.0%，yS=77.2%
R相：
xA=37%，xB=60.2%，xS=2.8%
mR/mE=
=2.3/5.35①
mR+mE=mM=1100②
联立式①和②，解得mR=331kg，mE=769kg
（4）kA=yA/xA=17.8%/37%=0.48
β=kA/kB=（yA/xA）·
（xB/yB）=（17.8/37）·
（60.2/5）=5.8
图2
3在25℃下，用甲基异丁基甲酮（MIBK）从含丙酮40％（质量分数）的水溶液中萃取丙酮。
原料液的流量为1500kg/h。
操作条件下的平衡数据见本题附表。
⑴当要求在单级萃取装置中获得最大组成的萃取液时，萃取剂的用量为多少（kg/h）?
⑵若将⑴求得的萃取剂用量分作两等份进行两级错流萃取，试求最终萃余相的流量和组成。
⑶比较⑴、⑵两种操作方式中丙酮的萃出率。
习题3附表1溶解度曲线数据（质量%）
MIBK（S）
2.2
97.8
48.4
18.8
32.8
4.6
93.1
48.5
24.1
27.4
18.9
77.2
46.6
42.8
20.6
24.4
71.0
42.6
45.0
12.4
28.9
5.5
65.6
30.9
64.1
5.0
37.6
7.8
54.6
20.9
75.9
3.2
43.2
10.7
46.1
3.7
94.2
2.1
47.0
14.8
38.2
98.0
2.0
习题3附表2联结线数据（丙酮的质量%）
水层
MIBK层
5.58
10.66
29.5
40.0
11.83
18.0
32.0
42.5
15.35
36.0
45.5
30.5
38.0
23.8
35.3
41.5
48.0
（1）过S作溶解度曲线的切线，切点为E，由E点和辅助曲线确定共轭点R，连接ER与线FS相交于M点，由杠杆定律有：
mS/mF=
=4.4/6.35=0.693
∴mS=1500×
0.693=1039.37kg/h
（2）二级错流接触萃取时
mS1=mS2=520kg/h
第一级萃取满足关系：
mS1/mF=
=1500/520=2.88
在图上找出M1点，利用辅助曲线通过试差法，确定R1，E1
∴mR1/mM1=
=3.3/5.3=0.62
∵mM1=1500+520=2020kg/h
∴mR1=0.62×
2020=1258kg/h
第二级萃取满足关系：
mR1/mS=
=1258/520=2.42
在图上找出M2点，利用辅助曲线通过试差法，确定R2，E2
∵mM2=1258+520=1778kg/h
∴mR2=mM2·
=1778×
=1016kg/h
萃余相R2的组成由图读得：
xA=15.2%xB=81.8%xS=3%
（3）丙酮萃取率：
单级萃取：
萃取率=
二级错流接触萃取：
由结果可知两级错流萃取优于单级萃取。
图3
4在多级错流接触萃取装置中，用水从含乙醛6％（质量分数，下同）的乙醛-甲苯混合液中提取乙醛。
原料液的流量为120kg/h，要求最终萃余相中乙醛含量不大于0.5％。
每级中水的用量均为25kg/h。
操作条件下，水和甲苯可视作完全不互溶，以乙醛质量比组成表示的平衡关系为：
Y=2.2X。
试在直角坐标系上用作图法和解析法分别求所需的理论级数。
mF=120kg/hmB=mF·
（1-6%）=112.8kg/h
Xn≤0.5%/（1-0.5%）=1/199=0.005
mS=25kg/h
YS=0，mB/mS=112.8/25=4.512
代入上式得出：
Yn=-4.512Xn+4.512Xn-1
∵Yn=2.2Xn
图解法：
首先在直角坐标系上作出分配曲线，如图4；
根据XF和YS确定L点，过L点作斜率为－mB/mS的操作线，与分配曲线相交于点E1（X1，Y1），其坐标值表示离开第一级的萃取相E1与萃余相R1的组成。
再过E1作垂直线与Y=YS线交于V（X1，YS），因各级萃取剂用量相等，通过V点作LE1的平行线与分配曲线交于点E2（X2，Y2），此点坐标为离开第二级的萃取相E2与萃余相R2的组成。
依此类推，直至萃余相组成等于或低于指定值Xn为止。
累计所作操作线的数目即为所求的理论级数n。
图4
解析法
第一级萃取相平衡关系为：
Y1=KX1
令KmS/mB=Am则上式变为：
对第二级萃取则有：
同理，对第n级萃取则有：
整理上式得：
代入已知条件：
YS=0，XF=0.064，K=2.2，KmS/mB=Am=（2.2×
25）/112.8=0.488
得
5在25℃下，以甲基异丁基甲酮（MIBK）为萃取剂，用逆流接触萃取操作，从含有45％（质量分数）丙酮的水溶液中萃取丙酮。
原料液的流量为1500kg/h，溶剂比（mS/mF）为0.87，要求最终萃余相中丙酮的组成不大于2.5％（质量分数）。
试用直角三角形坐标求需要几个萃取理论级?
操作条件下的平衡数据见习题3附表。
绘制相图，如图5。
由已知：
xF=0.45，mF=1500kg/h，mS/mF=0.87
（1）由xF=0.45，在相图上定F点，并作联线FS。
∵mS/mF=
=
-1
∴
/（1+mS/mF）=11/（1+0.87）=5.88，由此，找出M点。
（2）按末级萃余相浓度xN=0.025，在溶解度曲线上找出RN点，联接
并延长与溶解度曲线相交于E1点，E1点即为离开第一级的萃取相浓度。
（3）将联线
和
延长，得交点△。
（4）过E1点作平衡联结线得R1，此为第一级。
（5）作直线
与溶解度曲线相交为点E2，过E2作平衡联结线，找出R2，R2≈0.025，故理论级为2。
图5
6在多级逆流萃取装置中用纯氯苯萃取吡啶水溶液中的吡啶。
原料液中吡啶的质量分率为35％，要求最终萃余相中吡啶组成不大于5％。
操作溶剂比为0.8。
操作条件下的平衡数据（质量分数%）如本题附表所示。
若将水和氯苯视作完全不互溶，试在直角坐标系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。
习题6附表
萃取相
萃余相
吡啶（A）
0.05
99.95
99.92
0.08
11.05
0.67
88.28
5.02
94.82
0.16
18.95
1.15
79.90
88.71
0.24
24.10
1.62
74.28
80.72
0.38
28.60
2.25
69.15
25.50
73.92
31.55
2.87
65.58
36.10
62.05
1.85
35.05
3.95
61.0
44.95
50.87
4.18
40.60
6.40
53.0
53.20
37.90
8.90
49.0
13.20
37.80
由表中平衡数据，因水和氯苯视为完全不互溶，因此将数据变为质量比组成，得下表，并作分配曲线，如图6。
萃取相Y=mA/mS
0.125
0.237
0.324
0.414
0.481
0.575
0.766
1.296
萃余相X=mA/mB
0.053
0.234
0.345
0.582
0.884
1.404
3.712
图6
xF=35%,XF=35%/（1-35%）=0.538
xn=5%,Xn=5%（1-5%）=0.0526
YS=0
操作线
由mS/mF=0.8，mF=mA+mB和XF=0.538，可以推得mB/mS=0.813
所以操作线过（Xn，YS）和（XF，Y1）两点，即（0.0526，0）和（0.538，Y1），其斜率为mB/mS=0.813
作出操作线，在分配曲线与操作线之间画阶梯，得3级理论级。
溶剂用量为最小时，操作线与分配曲线相交于J2，此时mB/mSmin=0.99
∴mS/mSmin=0.99/0.813
得mS=1.22mSmin
升级会员 