第十二章萃取.doc

第十二章 萃取

一、思考题
1、萃取操作的原理是什么？工业萃取过程包括那几个基本过程？
2、萃取分离具有什么特点？
3、在什么情况下采用萃取分离方法可获得良好的技术经济效果？
4、三角形坐标图有多种类型，在实际应用时如何选择？
5、根据辅助曲线的作法，可得多条辅助曲线，在实际应用时如何选择？
6、选择萃取剂时需考虑哪些因素？
7、萃取过程的典型流程有几种？各具有什么特点？
8、萃取的计算有多种方法，计算时如何选用？
9、单级、多级错流、多级逆流萃取计算的三角形坐标图解时，均用到杠杆规则来确定和点M。由各萃取流程的特点可知，在多级逆流萃取时，原料液F与新鲜萃取剂S并没有直接发生混合，为何仍可应用杠杆规则由F、S的量来确定和点M，从而确定第一级萃取相E1的组成及量？
10、对于气液传质的塔设备，气液负荷都有一定的范围，否则会发生液泛等不正常操作现象。对于逆流操作的萃取塔，是否也会发生液泛？

二、计算题
9-1 将含A、B组成分别为0.5(质量分数,下同)的400kg混合液与含A、C组成分别为0.2、0.8的混合液600kg进行混合．试在三角形坐标中表示：(1)混合液混合后的总组成点M1，并由图读出其总组成；(2)由图解方法确定将混合物M1脱除200 kg的C组分而获得混合物M2的量和组成；(3)将混合物M2的C组分完全脱除后所得混合物M3的量及组成。[答：(1)M1(0.32，0.2，0.48)；(2)800kg，M 2(0.4，0.25，0.35)；(3)520kg,M3(0.615，0.385)]
9-2 丙酮（A）—醋酸乙酯（B）及水（S）的三元混合液在30℃时，其平衡数据如下表所示：

质量分数（醋酸乙酯相）
质量分数（水相）
A
B
S
A
B
S
1
0.00
96.5
3.50
0.00
7.40
92.6
2
4.80
91.0
4.20
3.20
8.30
88.5
3
9.40
85.6
5.00
6.00
8.00
86.0
4
13.50
80.5
6.00
9.50
8.30
82.2
5
16.6
77.2
6.20
12.8
9.20
78.0
6
20.0
73.0
7.00
14.8
9.80
75.4
7
22.4
70.0
7.60
17.5
10.2
72.3
8
26.0
65.0
9.00
19.8
12.2
68.0
9
27.8
62.0
10.2
21.2
11.8
67.0
10
32.6
51.0
13.4
26.4
15.0
58.6
要求：
（1） 绘出以上三元混合物三角形相图及辅助曲线。
（2） 若将50kg含丙酮0.3、含醋酸乙酯0.7的混合液与100kg含丙酮0.1、含水0.9的混合液混合，试求所得新的混合物总组成为多少？并确定其在相图中的位置。
（3） 以上两种混合物混合后所得两共轭相的组成及质量分数为多少？
[答：（2）M(0.165，0.235，0.6)；（3）E(0.15，0.1，0.75)，115.4kg；R(0.23,0.69,0.08)34.6kg]
9-3 在互呈平衡的均含有A、B、S组分的液液两相中，R相及E相的量分别为300kg和600kg，且R相中A的含量为0.3（质量分数），该三元混合物系的相图如图所示。试求：
（1）A、B组分在两相中的分配系数；
（2）若向混合物中加入组分A，两相A的组成将如何变化？当加入多少A组分时，它们将成为均相混合液?此时，混合液的组成为多少？
（3）如果不向系统加入A，而向系统加入溶剂S，其两相中A的组成将如何变化？加入多少溶剂S时，系统变成均相混合液？组成为多少？
[答：(1)Ka=0.783，kb=0.215；(2)237.9kg，G(0.37,0.24,0.39);(3)2571.4kg，H(0.06,0.075,0.865)]
9-4 以水为溶剂从丙酮-醋酸乙酯中萃取丙酮，通过单级萃取，使丙酮含量由原料液中的0.3降至萃余液中的0.15（均为质量分数）。平衡数据见题2.若原料液量为100kg，试求：
（1）溶剂水的用量；
（2）所获得的萃取相的量及组成；
（3）为获取含丙酮浓度最大的萃取液所需的溶剂用量。
[（1）203.0kg；（2）238.6kg；E(0.07,0.09,0.85);（3）11.73kg]
9-5 在25℃时，以水为溶剂，通过三级错流萃取从醋酸-氯仿混合液中萃取醋酸。已知原料液量为1000kg，含醋酸0.45（质量分率）。平衡数据如下表所示：
质量分数[氯仿层（R相）]
质量分数[水层（E相）]
醋酸
水
醋酸
水
0.00
0.99
0.99
99.16
6.77
1.38
25.10
73.69
17.72
2.28
44.12
48.58
25.72
4.15
50.18
34.17
27.65
5.20
50.56
31.11
32.08
7.93
49.41
25.30
34.16
10.03
47.87
23.28
42.50
16.50
42.50
16.50
若每级加入溶剂量均为250kg，试求：
（1）最终萃余液的醋酸组成能降至多少？
（2）若保持溶剂总量相同，采用单级萃取其萃余液组成能降至多少？并与以上多级错流萃取结果进行比较。
[答：（1）0.02，（2）0.12]
9-6 在25℃下，对含40%的醋酸水溶液以乙醚为溶剂进行多级逆流萃取。原料液量及溶剂用量均为1000kg/h，要求萃余液中醋酸的含量不大于2%（以上均为质量分数），试求所需的理论级数。平衡数据见下表：
质量分数（水层）
质量分数（乙醚层）
水
醋酸
乙醚
水
醋酸
乙醚
93.3
0
6.7
2.3
0
97.7
88.0
5.1
6.9
3.6
3.8
92.6
84.0
8.8
7.2
5.0
7.3
87.7
78.2
13.8
8.0
7.2
12.5
80.3
72.1
18.4
9.5
10.4
18.1
71.5
65.0
23.1
11.9
15.1
23.6
61.3
55.7
27.9
16.4
23.6
28.7
47.7
9-7 用单级萃取回收6kg丙酮-醋酸乙酯溶液中的丙酮，原料液中的丙酮质量分数为30%，溶剂水的用量为6kg。试求：平衡两相中，丙酮的分配系数和溶剂水的选择性系数。[答：0.67，0.13，5.15]
9-8 用三氯乙烷为溶剂，在具有5个平衡级的逆流萃取塔中萃取丙酮-水溶液中的丙酮。已知原料液处理量为2000kg/h，其中含丙酮的组成为0.32（质量分数，下同），溶剂用量为700kg/h。试求：该塔最终的萃余相中溶质组成能降至多少？丙酮-水-三氯乙烷物系相图如附图所示。[答：0.08]

9-9 今以含溶质A为0.025的（质量分数，下同）A、S混合液为溶剂，采取多级错流萃取方法从含A为0.3的A、B混合液中提取组分A，原料液处理量为1000kg，若各级加入相同溶剂量200kg，试求使萃余相溶质降至0.05所需的理论级数。已知BS组分完全不互溶，其溶质的分配曲线如附图所示，图中X、Y均为质量比。[N=8]