化工原理第十章 液.docx

第十章液-液萃取和液-固浸取1. 25C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）水（S）醋酸（A）庚醇-3（B）水（S）0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，确定两共轭相的组成和质量3）上述两液层的分配系数kA及 选择性系数P4）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200（2）和点醋酸的质量分率为x = = 0.25A 200 + 200 + 400水的质量分率为400*S - 200 + 200 + 400 - 0,50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R =13 M =13 x 800kg = 260kg40 40E = M - R =(800 - 260)kg = 540kg习题1附图1由附图1可查得E相的组成为习题1附图2七=0.28,七=0.71, 七=0.01R相的组成为七=0.20, xs = 0.06 , xB = 0.74(3) 分配系数kAkB0.280.200.010.74=1.4=0.0135选择性系数1.40.0135=103.7（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H = 55 m = 55 x 800kg = 494.5kg需蒸发的水分量为M - H =(800 - 494.5)kg = 305.5kg2. 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F x 37 = S x 2637 37S = ^x F = — x 1000kg = 1423kg26 26习题2附图（2）由杠杆规则可确定萃余相的量R x 49 = M x16R = 16 M = 16(1000 + 1423)kg = 791kg49 49由附图可读得萃取相的组成为yA =0.141000 x 0.3萃取率=」4山423顷1）= 76.2%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2000 kg，每级的异丙醚用量为800 kg，操作温度为20 °C， 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 C时醋酸（A）-水（B）-异丙醚（S）的平衡数据如下:由原料组成x^，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2000 x 0.3x = = 0.214A 2000 + 800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A习题3附图萃取的萃取相点E1和萃余相点R1由杠杆规则可得R1 x 50 = M 1 x 34.5R = 345 M = 345 x 2800kg = 1932kg 50 1 50E1 = M 1 - R1 =(2800 - 1932)kg = 868kg由附图可读得一级萃取相和萃余相的组成为y = 0.110气=0.255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E2 = 930 kgR2 = 1800 kgy = 0.10% = 0.23与二级萃取计算相同，可得三级萃取计算结果E3 = 920 kgR3 = 1890 kgy = 0.08七=0.21(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F x 37.5 = S x 26.5S = 375 F = 375 x 2000kg = 2830kg26.5 26.54. 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%的乙醛一甲苯混合液中提 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大于％每习题4附图级中水的用量均为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X-Y直角坐标图上绘出平衡曲线Y=，如附图所示X =二=_2^ = 0.064F 1 - x 1 - 0.06原料中稀释剂的量为B = F(L - x f)= 1200 x(L - 0.06 )kg/h = 1128 kg/h操作线的斜率为B 1128 …°—= = -4.512S 250过XF作斜率为-的直线，与平衡线交于、，则xF、为一级萃取的操作线过*作r轴的 平行线，与X轴交于X1过X1作xFr1的平行线，与平衡曲线交于r2, x/2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*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K = 2.2X = 0.064X m 0.005Y n= 0SA = KS = 22x252 = 0.4876m B 1128lnln些0.005 = 6.4X -YjK _三-"k 一 _ ……ln (1 + X ) - ln (1 + 0.4876 )取n=7也可采用迭代计算求理论级数平衡关系为Y = 2.2 X.操作关系为Y =-4.512（X -X ）由此可得迭代关系为X. = 0.6722 X 1迭代计算结果为X = X = 0.064X = 0.0430X = 0.0289X = 0.0194X = 0.0131X = 0.00879X = 0.00591X7 = 0.00397 < 0.005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（S，F）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1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）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乂广，在图中确定原料相点FF=1000kg/h、S/F=，再根据杠杆规则可确定F、S的AQ,£ Q.4 M 财 &习题5附图和点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 两线的交点乙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RQ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"=0.65S = f—] F = 0.9 x 2000 kg J'h = 1800 kg/h< F JM = F + S =（2000 +1800）kg. h = 3800kg. h由杠杆规则可得qx 35.5 = M x 27E = WL M = ZL x 3800kg： h = 2890kg h1 35.5 35.5Ex 72.5 = E]X 29E' = E x旦=2890x旦kg.h = 1156kg h1 72.5 72.56. 在多级逆流萃取装置中，以纯氯苯为溶剂从含毗啶质量分数为35%的毗啶水溶液中提 取毗啶。

操作溶剂比（S/F）为，要求最终萃余相中毗啶质量分数不大于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200萃取相萃余相（X）由表中数据在XT直角坐标系中绘出平衡曲线，如附图中曲线Y1Y2BQ所示解：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附图由S/F=及xF =可得操作线的斜率n - = 0.8125由最终萃取要求可确定点xn，X =-^ = 0.05 = 0.053 n 1 - x 1 - 0.05过点乂作斜率为的直线与直线X = X =二 =_°3^ = 0.538交于J，则XJ即为操作n f 1 - x^ 1 - 0.35 n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n = 3当萃取剂用量最小时，操作线的斜率最大，此时的操作线为X#，其斜率为47.853.8 — 5.3=0.9856㈢SSmin"S ) _ 0.9856 max = B 0.8125~S7. 在25 C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y = 0.76 x 0.42A Ay = 0.996 一 y气=0.01 + 0.06 七解：本题为校核型计算，但和设计性计算方法相同若求得的气A < 0.012，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F + S = 1.81F =气 + R = 1.81 x 800 = 1448 （a）组分 A 800x0.32 =气y1 A + 0.012R （b）组分 S 800x0.81 = Ey + x R （c）1 1，S 2，S 2式中 y = 0.76 x 0.421，A 1，A（d）y1 s = 0.996 一 y1 A（e）。