萃取 干燥.docx

1、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

2、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

3、剂 C A+B 二元混合物 D A+S二元混合物 E A+B+S三元混合物 F 萃取相和萃余相组成答：A D E2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

4、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：A5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。

5、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：C6判断正误（1）溶剂A在萃取相和萃余相中分配系数 kA1，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。=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

6、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=？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，= 。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（ ）

7、。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：B12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

8、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。075K

9、gA/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=1.540/30=2 XF=0.125 Xn=0.075 第十章 干燥内容提要：一、 湿空气的性质1、 湿度H(kg H2O/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：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（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t4、 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

10、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ttwtd。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HI或tH图求解有关参数。二、HI图的应用注意几个特殊过程在HI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

11、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：C2、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：A3、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：C5、如湿空气的温度越低，而其它条件不变，则临界含水量将（

12、）（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

13、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

14、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值将（ ），对易龟裂的物料，常采用（ ）的方法来控制干燥器的值。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

15、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

16、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/sI1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0 =(1.01+1.880.007)125+24900.007=145.3kJ/kgI0=(1.01+1.880.007)20+24900.007=37.9kJ/kgI1=I2, t2=(145.3-24900.024)/(1.01+1.880.024)=81Q=L(I1-I0)=431.7KJ/sW=GC(X1

17、-X2)=0.068Kg/s2、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+2490H2vH=(0.772+1.244H0)298/273 =(0.772+1.244298/27

18、3=0.856m3/kgLS=L/vH=10185/0.856=1.2104m3/h3、 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-G2w

19、2=2.560.015-2.530.002=0.03kg/s GC=G1(1-w1)=2.56(1-0.015)=2.52kg/sI1=(1.01+1.880.0165)95+24900.0165=140.0kJ/kg由物料衡算 L(H2-H0)=W (1)由热量衡算 L(I2-I1)+GCCm(2-1)+QLW=0 (2) I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2 (3)联立（1）（2）（3）得：L=4.6 kg/s H2=0.0234、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/ 30354045505560/mmHg31.842.1855.378.992.5118.0149.4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+1.880.02)120+24900.02=175.5Kj/kgI2=(1.01+1.88H2)+2490H2H2=(I1-1.01t2)/(1.88t2+2490) =(175.5-1.0149)/(1.8849+2490)=0.049由蒸汽压与温度的对应关系 td=40