萃取 干燥.docx

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萃取干燥

第九章液液萃取

内容提要：

1、目的：

分离液体混合物。

2、依据：

混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同。

3、三角相图：

图中点、线、面的意义；坐标的读法。

溶解度曲线与平衡联结线。

温度对溶解度及平衡联结线的影响：

通常，物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大，反之减小。

温度升高，分层区面积减小。

温度改变，联结线的斜率也会改变，而且可能引起物系类型的改变。

4、杠杆规则：

杠杆规则的本质就是物料恒算。

是物料恒算的图解表示方法。

5、萃取剂的选择

（1）选择好。

选择性是指萃取剂S对原料中两个组分溶解能力的差异。

可用选择性系数表示。

选择性系数愈大愈易分离。

选择性系数定义为：

式中y—组分在萃取相E中的质量分率；

x—组分在萃余相R中的质量分率。

（2）萃取剂与稀释剂的互溶度小。

互溶度愈小，分层区面积大，可能得到的萃取液的最高浓度较高。

互溶度愈小愈有利于分离。

（3）萃取剂要易回收，经济性好。

（4）萃取剂的物性，如密度差要大，可加速分层。

表面张力要适中。

粘度低。

化学稳定性好等。

6、萃取过程的图解计算

（1）单级萃取

（2）多级逆流与错流萃取的理论级数计算法

（3）萃取剂的最小用量

7、典型的液液萃取设备：

如转盘塔。

习题：

1．利用直角三角形相图ABS进行A+B液相混合物的萃取计算时，习惯上用三角形的之角顶点表示（），三角形的斜边上的点表示（），三角形内任一点表示（）

A纯溶剂B纯稀释剂CA+B二元混合物

DA+S二元混合物EA+B+S三元混合物F萃取相和萃余相组成

答：

ADE

2．液液萃取操作中，分散相的选择应从哪些方面考虑？

答：

（1）两相流量相差较大时，流量大者为分散相可增大相际传质面积。

若设备可能产生严重返混，应以流量小的为分散相，减小返混的影响。

（2）填料塔、筛板塔等萃取设备中应以湿润性差的液体为分散相。

（3）两相粘度相差较大时，应以粘度大的为分散相，可提高生产能力。

（4）为减小液滴尺寸并增加液滴表面的湍动，对于溶质界面张力梯度小于零的系统，溶质应从连续相向液滴传递。

（5）为降低成本和保证安全操作，应将成本高和易燃易爆的液体作分散相。

3．萃取操作中选择萃取剂的基本原则？

答：

（1）选择性系数要大于1。

选择性系数越大越易分离。

（2）稀释剂与萃取剂的互溶度要小。

（3）萃取剂回收的难易及经济性。

萃取机与原料液中组分的相对挥发度要大，组成低的为易挥发组分。

萃取剂为易挥发组分时，其汽化热要小，以节省能耗。

（4）萃取剂的其他物性：

与分离混合物的密度差要大；界面张力要适中；粘度小，化学及热稳定性好，腐蚀性小。

4．单级（理论）萃取中，在维持进料组成和萃取相浓度不变的条件下，若用含少量溶质的萃取剂代替纯溶剂，所得萃余相浓度将（）

A增加B减少C不变价D以上情况都可能

答：

A

5．对于溶剂A，原溶剂B与萃取剂S部分互溶的系统，以下结论中（）是正确的。

A若三角相图上的联结（共轭）线为水平线，则萃取起不到任何分离作用

B若溶质的分配系数为3，则萃取分离肯定可行

C若溶剂的分配系数小于溶质的分配系数且小于1，则萃取分离肯定可行

D若溶剂的分配系数大于溶质的分配系数且大于1，则萃取分离肯定可行

答：

C

6．判断正误

（1）溶剂A在萃取相和萃余相中分配系数kA>1，是能否采用萃取分离的必要条件（）

（2）萃取中选择性系数和精馏中相对挥发度的意义相同（）。

答：

（1）错误

（2）正确

7．分配系数等于1时，能否进行萃取分离操作？

为什么？

答：

不一定

萃取操作能否进行要视系统的选择性系数是否大于1。

β=1时，脱溶剂后的萃取相与萃余相具有相同的组成且等于原料液中组分的组成，无分离能力，萃取操作不能进行。

8．何谓萃取操作的选择性系数？

什么情况下β=∝？

答：

选择性系数为

式中y，x分别为萃取相、萃余相中组分的质量分率。

当稀释剂与萃取剂完全不互溶时，β=∝。

9．某单级萃取器，体系中AB,AS完全互溶，用纯溶剂S进行萃取AB混合物中的A,混合液为100kg，组成xF=0.3（质量分率），平衡后测出萃余相xA/xB=0.25,该过程的选择性系数为6，问萃取液的量为（）Kg，萃余相的量为（）kg。

解：

由已知条件求萃取液、萃余液的组成

10．单级萃取器中，用纯水萃取某有机溶液中的组分A，在其它操作条件不变时，增加纯水的用量，则所得萃取液中组分A的浓度将（）。

答：

减小

11．在B-S部分互溶的萃取过程中，若加入的纯溶剂量增加而且其它操作条件不变，则萃取液浓度yA（）

A增大B减小C不变D变化趋势不确定

答：

B

12．拟用溶剂S对A+B液相混合物进行萃取分离，若以yA,yB及xA,xB表示组分在平衡时萃取相及萃余相中的质量分率，则只当（I时才能进行分离

答；（yA/yB）/（xA/xB）大于1。

13．与单级萃取相比，如溶剂比及萃取相浓度相同，则多级逆流萃取可使萃余分率（）

A增大B减小C基本不变D增大，减小都可能

答：

减小

14．有一实验装置，将含有A10℅的AB溶液50kg和含A为80℅的溶液20kg混合后，用纯溶剂S进行单级萃取，所得萃取相和萃余相脱溶剂后又原来含A10℅和A80℅的溶液，问在该工作状态下体系的选择性系数为多少？

解：

在萃取液或萃余液与萃取剂组成点的连线上任意点溶质、溶剂组成之比为定值。

所以：

15．在多级逆流萃取中，当溶剂比为最小值时，理论级数为（），此时必有一条（）线与（）线重合（部分互溶系，三角相图）。

答：

无穷多平衡联结线的延长线操作线

16．在多级逆流萃取设备中，将AB混合物进行分离，纯溶剂S的用量为40kg，B与S完全不互溶，稀释剂B为30kg/h，分配系数K=YA/XA=1.5（X,Y均为质量比），进料组成为XF=0.125KgA/KgB，要求最终组成XD=0。

075KgA/KgB，完成分离任务的理论级为（）级。

答：

近似为1级

理论级数可用下式求解

Am=KS/B=1.5×40/30=2XF=0.125Xn=0.075

第十章干燥

内容提要：

一、湿空气的性质

1、湿度H（kgH2O/kg干空气）：

总压一定时，与空气中水汽的分压呈一一对应关系。

2、相对湿度Φ：

表示湿空气的不饱和程度。

相对湿度越小，干空气的吸水能力越大，即干燥能力越大。

3、焓Ι（KJ/kg干空气）：

它是一相对值。

在此以0℃的干空气和0℃液态的水为基准态。

干球温度t

4、湿球温度tw：

用湿球温度计测量。

是空气状态的函数。

5、露点温度td：

将湿空气等湿度冷却达到饱和时的温度。

6、绝热饱和温度tas：

绝热增湿达到饱和时的温度。

数值大小近似于湿球温度。

饱和空气不能作为干燥介质，且t=td=tw。

不饱和空气t>tw>td。

表示空气状态的各参数并不是相互独立的。

只要已知其中两个独立变量，就可求出其它的变量。

为便于计算，常用H—I或t—H图求解有关参数。

二、H—I图的应用

注意几个特殊过程在H—I图的表示过程。

如等焓过程、加热或冷却、两股气流的混合等。

三、干燥过程的物料衡算与热量衡算

有关概念：

干基含水量、湿基含水量、热效率、等焓过程。

四、干燥中的平衡关系与速率关系

1、平衡水与自由水

2、结合水与非结合水及其确定

3、等速干燥阶段与降速阶段

4、临界含水量及其影响因素。

习题：

1、物料的平衡水分一定是（）

A非结合水分B自由水分C结合水分D临界水分

（天大97）

答：

C

2、在恒定的干燥条件下，用热空气对某湿物料进行干燥实验，若想提高热空气的温度或提高热空气的流速，则恒速干燥阶段的干燥速率UC将会（）。

A提高B降低C有时提高D有时降低（天大97）

答：

A

3、干燥的必要条件是（），干燥过程是（）与（）相结合的过程。

（浙大95）

答：

物料表面水分蒸汽压大于干燥介质中水气的分压

传质传热

4、湿空气在间接加热过程中不变化的参数是（）

A焓B相对湿度C露点D湿球温度（浙大96）

答：

C

5、如湿空气的温度越低，而其它条件不变，则临界含水量将（）

（浙大97）

答：

越大

6、在同样的干燥条件（干空气的t,H一定）下，湿物料的尺度减小，则临界含水量（），平衡含水量（）。

（华化96）

答：

降低不变

7、对一定湿度的空气，当总压加大时，露点温度td（），当空气温度升高时，则td（）。

（浙大97）

答：

升高不变

8、饱和空气在恒压下冷却，温度由t降到t1，此时其相对湿度（），湿度（），湿球温度（），露点（）。

（清华96）

答：

不变（等于1）降低降低降低

9、用热空气对某湿物料进行对流干燥，在一定气速和温度下，达到最终湿含量的时间为3小时，其中等速干燥所用的时间为1小时，为提高产量，希望在2小时内达到干燥要求，问采用提高气速的办法能否达到目的？

为什么？

（华化94）

答：

不行。

虽然提高气速，可提高恒速阶段干燥速率，缩短干燥时间。

但在本题条件下，关键是缩短降速阶段的干燥时间，提高气速不是其有效方法。

有效方法是设法降低临界含水量。

10、气流干燥器操作的关键是连续而均匀加料，请列举三种常见的固体加料器。

答：

滑板、转盘、螺旋式等

11、绘出连续逆流干燥器内气、固两相温度的变化。

（华化95）

12、当某物料的干燥过程存在较长的降速阶段时，气流干燥器和流化床干燥器二者中选用（）较为有利。

（浙大98）

答：

流化床

13、在恒定干燥条件下用热空气干燥某湿物料。

若保持空气的流量，温度不变，而降低其湿度，则恒速阶段的干燥速率将（），恒速阶段的物料表面温度将（）。

（浙大96）

答：

增大降低

14、温度为t,湿度为H的湿空气在一定流速下掠过某湿物料以测定干燥速率曲线。

（1）若气体状态不变，流速增加，则临界含水量（），平衡含水量（）。

（2）若气速不变，湿度不变，气温降低，则临界含水量（），平衡含水量（）。

（华化96）

答：

（1）增大不变

（2）降低增大

15、湿空气经预热后相对湿度φ值将（），对易龟裂的物料，常采用（）的方法来控制干燥器的φ值。

干燥操作的必要条件是（）。

干燥过程是（）相结合的过程。

（清华98）

答：

减小降低干燥速率物料中水分蒸汽压大于干燥介质中水气分压热量传递与质量传递

16、在连续干燥器之前用预热器加热空气，被加热的空气获得的热量Q按其去向可分为哪四项？

干燥器热效率定义为哪些项之比？

提高连续干燥器的热效率措施有哪些？

（华化98）

答：

1）加热空气2）加热物料3）蒸发水分4）热损失

效率为蒸发水分消耗热量与总热量之比。

措施：

适当降低离开干燥器空气的温度；回收废气中的热量预热冷空气或冷物料；加强设备管路的保温，减少热损失。

计算题：

1、在连续干燥器中将物料自含水量为0.05干燥到0.005（均为干基），湿物料的处理量为1.6kg/s，操作压强为1.103KPa。

已知空气初温为20℃，其饱和蒸汽压为2。

334KPa，相对湿度为0.5，该空气被预热到125℃后进入干燥器，要求出干燥器的空气湿度为0.024KgH2O/Kg绝干气。

假设为理想干燥过程，预热器热损失可忽略，试求：

（1）空气离开干燥器的温度

（2）绝干空气的消耗量，Kg/s

干燥器的热效率。

解：

GC=G1（1-w1）=1.6×（1-0.0476）=1.52kg/s

I1=（1.01+1.88H0）t1+2490H0

=（1.01+1.88×0.007）×125+2490×0.007=145.3kJ/kg

I0=（1.01+1.88×0.007）×20+2490×0.007=37.9kJ/kg

I1=I2,

t2=（145.3-2490×0.024）/（1.01+1.88×0.024）=81℃

Q=L（I1-I0）=431.7KJ/s

W=GC（X1-X2）=0.068Kg/s

2、有一连续干燥器在常压下操作。

生产能力为1000Kg/h（以干燥产品计），物料水分由12℅降到3℅（均为湿基），空气的初温为25℃，湿度为0.01Kg/Kg。

经预热器后升温到70℃，干燥器出口废气温度为45℃，干燥器进出口空气焓值相等，试求：

（1）废气的湿度

（2）空气的用量（m3/h，初始状态下）。

解：

GC=G2（1-w2）=1000（1-0.03）=970kg/h

I2=I1

（1.

01+1.88H0）t1+2490H0=（1.01+1.88H2）t2+2490H2

vH=（0.772+1.244H0）298/273

=（0.772+1.244×298/273=0.856m3/kg

LS=L/vH=10185/0.856=1.2×104m3/h

3、用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料，干燥器对湿物料的处理能力G1=2.56Kg/s，物料进口温度为25℃，产品出口温度为35℃，其中含水0.2℅（湿基）。

绝干物料的比热为1.842KJ/Kg.K，原湿空气的湿度为0.0165Kg/Kg，在预热器内加热到95℃后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。

已知空气离开干燥器时干球温度为65℃，干燥器的热损失为586KJ/Kg汽化水。

试求：

（1）干燥产品流率

（2）空气消耗速率（Kg干空气/s）

解：

G1（1-w1）=G2（1-w2）

W=G1w1-G2w2=2.56×0.015-2.53×0.002=0.03kg/s

GC=G1（1-w1）=2.56（1-0.015）=2.52kg/s

I1=（1.01+1.88×0.0165）×95+2490×0.0165=140.0kJ/kg

由物料衡算L（H2-H0）=W

（1）

由热量衡算L（I2-I1）+GCCm（θ2-θ1）+QLW=0

（2）

I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2（3）

联立

（1）

（2）（3）得：

L=4.6kg/s

H2=0.023

4、湿度为0.02的湿空气在预热器中加热到120℃后，通入绝热常压（总压P=760mmHg）干燥器，离开干燥器时空气的温度为49℃，求离开干燥器时空气的露点td。

水的饱和蒸汽压数据如下：

T/℃

30

35

40

45

50

55

60

/mmHg

31.8

42.18

55.3

78.9

92.5

118.0

149.4

注：

0℃水蒸汽的汽化潜热约为2490KJ/Kg，比热为1.88KJ/Kg.℃。

干空气的比热为1.01KJ/Kg.℃。

解：

等焓干燥I1=I2

I1=（1.01+1.88×0.02）×120+2490×0.02=175.5Kj/kg

I2=（1.01+1.88H2）+2490H2

H2=（I1-1.01t2）/（1.88t2+2490）

=（175.5-1.01×49）/（1.88×49+2490）=0.049

由蒸汽压与温度的对应关系td=40℃