化工原理习题第11章萃取.docx
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化工原理习题第11章萃取
第十一章萃取
1•现有含15%(质)醋酸的水溶液30kg,在25C下用60kg纯乙醚作萃取剂进行单级萃取,试求:
(1)萃取相、萃余相的量及组成;
(2)平衡两相中醋酸的分配系数;(3)萃取剂的选择性系数。
在25E时醋酸(A)—水(B)—乙醚(S)系统的平衡数据列于附表。
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解:
(1)根据相平衡数据作出三角形相图,由Xf=0.15(质量分率)在三角形相图的AB边上确定F点,连接FS。
有杠杆定律确定点M
——S
60
MF
FS
73.549
M
3060
由图中读得yA=5%,
yB=4%,
ys=91%;
Xa=6%,
Xb=87%,
Xs=7%o
过M点的平衡联结线RE,从图中量得线段ME和RE的长度,由杠杆定
律可得萃取相的流量为
RM
EM=
RE
63
(30+60)=64.4kg/h
88
R=M-E=90-64.4=25.6kg/h
y5%
⑵平衡两相中醋酸的分配系数:
kA址0.83
Xa6%
⑶萃取剂的选择性系数:
匕丛5%/4%18.1
Xa/xb6%/87%
2•在单级萃取器内,用800kg水作萃取剂,从醋酸与氯仿的混合液中萃取醋酸。
已知原料液的量也为800kg,其中醋酸的组成为35%(质),在操作条件下
(25r)萃取系统的平衡曲线的数据列于附表。
试求:
(1)萃取相和萃余相中醋酸的组成及两相的量;
(2)萃取液和萃余液中醋酸的组成及各自的量;
(3)醋酸的萃取率。
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解:
(1)根据相平衡数据作出三角形相图,由Xf=0.35(质量分率)在三角形相
图AB边上确定F点,连接FS。
因为F=S,则混合点M位于线段FS的中点:
M=F+S=800+800=1600kg/h
过M点的作平衡联结线RE,量出线段RM和RE的长度,由杠杆定律:
EMRM(800800)56=1067kg/h
R=M-E=1600-1067=533kg/h
从图读得萃取相和萃余相中醋酸的组成:
y=25%,x=7%(质量分率)。
⑵连接SR、SE,并延长交AB于点R'、E',从图上量出线段RS和R'S
的长度,由杠杆定律可得R':
E'=F-R=800-539=261kg/h
从图读得萃取液中醋酸的组成分别为y=95%(质量分率);萃余液中醋酸
的组成分别为x=6%(质量分率)
0102030405060708090100
3.原料液量为100kg,纯萃取剂用量为200kg,在操作范围内萃取剂与稀释剂完全不互溶,萃取物系在操作条件下的平衡关系为丫=1.2X(Y、X为比质量分率,即A/S和A/B),试求:
(1)单级萃取时,萃余相与原料液中溶质的组成之比;
(2)如将萃取剂量分成二等分进行两级错液萃取时,最终萃余相与原料液中溶质的组成比
(3)
(A)40kg、稀释剂(B)60kg,用100kg纯萃取剂(S)进行萃取,
萃取系统在操作条件下的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示,试问:
(1)若采取两级错流萃取,每级所用萃取剂各为50kg,所得最终萃余相的
组成为多少?
(2)若采用单级萃取并保持萃余相组成相同,所需萃取剂量有何变化
解:
(1)根据相平衡数据作出三角形相图,由Xf=0.4(质量分率)在三角形相图
的AB边上确定F点,连接FS。
由杠杆定律确定点Mi:
MiF
S-FS——506622
M1406050
用试差法由辅助线确定过点M1的平衡联结线R1E1由杠杆定律可得萃余相的流量为:
M1E121
R1M1—1(10050)=85.1kg
R1E137
r851M2S—-RS5937.2mm
M285.150
用试差法由辅助线确定过点M2的平衡联结线R2E2
由图读得最终萃余相的组成为X2=21%
FMS31
(2)R2E2与FS相交于点M,由杠杆定律可得:
0.886
SMF35
S与稀释剂B极少互
5•使用纯萃取剂对二组分混合液进行萃取分离,萃取剂
溶,在操作范围内溶质A在萃取相和萃余相中的平衡关系可用丫=1.3X表示
(Y、X为比质量分率A/S和A/B)。
要求最终萃余相中萃余百分率均为=3%
(质),试比较单级萃取与三级错流萃取(每级所用萃取剂量相等)中,每kg稀释剂中萃取剂的消耗量。
解得:
S24.87
B
三级错流萃取:
BX311
30.03
BXf(1SK)3(1S1.3)3
BB
解得:
—1.706,(―)总3(—)5.118
BBB
6.原料液为含丙酮50%(质,下同)的水溶液,今用纯苯作萃取剂进行逆流萃
取,要求萃余相中丙酮含量小于1%,萃取剂比S/F=1.5,求所需要的理论级
数。
萃取系统于30C时的平衡数据列于附表。
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7.在25°C时,用纯乙醚作萃取剂对含醋酸40%(质、下同)的醋酸水溶液进行逆流萃取。
原料液流量1000kg/h,要求最终萃取相含醋酸60%、最终萃余相含醋酸不大干2%,试求所需的萃取剂量和理论级数。
25C时萃取系统的平衡数据见习题I的附表。
8.将例11-3的萃取流程改为多级逆流萃取操作,且所用的萃取剂比为最小萃取剂比的1.4倍。
欲使最终萃余相中丙酮的含量降至5%(质)分别用图解法和解析法求所需要的理论级数。
9.
解:
RR
B1.4-2.837
max
9•以水为萃取剂,对含乙醛15%和甲苯85%(质)的混合液进行多级逆流接触萃取,混合液流量为IOOkg/h。
乙醛(A)-甲苯(B)-水(S)物系在操作范围内可视为水与甲苯完全不互溶,平衡关系可用丫=2.2X表示(Y、X为比质量分率A/S
和A/B)。
要求最终萃余相中乙醛的组成降至1%(质),试求:
(1)最小萃取剂用量Smin;
⑵当所用的萃取剂量5=1.5Smin时,所需要的理论级数。