第九章萃取习题及解答.doc

第九章 萃取 1/8 第九章第九章 萃取萃取 习题及解答习题及解答 1、出下表中序号 1、4、7 的选择性系数。丙酮（A）水（B）三氯乙烷（S）在 25下的平衡数据（质量）序号 水 相 三 氯 乙 烷 相 A B S A B S 1 5.96 93.52 0.52 8.75 0.32 90.93 2 10.00 89.40 0.60 15.00 0.60 84.40 3 13.97 85.35 0.68 20.78 0.90 78.32 4 19.05 80.16 0.79 27.66 1.33 71.01 5 27.63 71.33 1.04 39.39 2.40 58.21 6 35.73 62.67 1.60 48.21 4.26 47.53 7 46.05 50.20 3.75 57.40 8.90 33.70 解：=(yA/xA)/(yB/xB)=(8.75/5.96)/(0.32/93.52)=429.06=(yA/xA)/(yB/xB)=(27.66/19.05)/(1.33/80.16)=87.51=(yA/xA)/(yB/xB)=(57.40/46.05)/(8.90/50.20)=7.03 2、现有含 15（质量）醋酸的水溶液 30kg，用 60 kg 纯乙醚在 25下作单级萃取，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，溶剂的选择性系数。在 25下，水（B）-醋酸（A）-乙醚（S）系统的平衡数据如下表（均以质量表示）水 层 乙 醚 层 水 醋酸 乙醚 水 醋酸 乙醚 93.2 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 解：第九章 萃取 2/8 （1）作溶解平衡曲线，并作几条连结线 作 F 点，连结 FS，测量其长度 求作 M 点，F+S=M，MF/MS=S/F=60/30=2，故 M 三等分 FS，且靠近 S 过 M 点作平衡连结线，得萃取相 E 和萃余相 R 的组成点 量出线段 RE、ME 长度 R/E=ME/MR R=M*ME/RE=26.4kg E=M-R=63.6kg 从图上读出：萃取相 E yA=0.048 yB=0.040 ys=0.912 萃余相 R xA=0.063 xB=0.860 xS=0.077 （2）kA=yA/xA=0.048/0.063=0.762 =(yA/xA)/(yB/xB)=（0.048/0.063）/（0.040/0.860）=16.381 3、醋酸水溶液 100 kg，在 25下用纯乙醚为溶剂作单级萃取，原料液含醋酸=0.20，欲使萃余相中中醋酸A A=0.1（均为质量分率）。试求：（1）萃余相及萃取相的量和组成；（2）溶剂用量S。已知 25下物系的平衡关系为A=1.356A A1.201 S=1.618-0.6399e1.96A S=0.067+1.43A A2.273 式中 A 与萃余相醋酸浓度A A成平衡的萃取相醋酸浓度；S 萃取相中溶剂的浓度；S 萃余相中溶剂的浓度；A，S，S 均为质量分数。解：第九章 萃取 3/8 a.A A=0.1 A=1.356A A1.201=0.085 S=1.618-0.6399e1.96A =0.862 S=0.067+1.43A A2.273=0.075 b.作溶解度平衡曲线，找出萃余相萃取相的组成点 R、E。c.连结 RE，与 FS 交于点 M，测量 ME，MR，MS，MF 的长度。d.解方程组R/E=ME/MR R+E=F+S F/S=MS/MF 代入即R=0.6266E R+E=100+S 100/S=0.7930 解得 R=87kg E=139kg S=126kg e.故 萃余相的量是 R=87kg，其组成为A A=0.1，B=0.825,S=0.075 萃取相的量是 E=139kg,其组成为A=0.085，B=0.053，S=0.0862 溶剂用量 S=126kg。4、将例 2 中的萃取剂分为两等分，即每次 0.75kg 水/kg 原料液，进行两级错流萃取，将所得结果与例 2 对比。解：第九章 萃取 4/8 作 F 点，连接 FS 测量其长度。作 M1点 S1/F=M1F/M1S=0.75 M1F=(0.75/1.75)*FS=0.429FS。过 M1点作平衡连结线，得离开第一级萃取器的萃余相组成 R1和萃取相组 成 E1，并测量 M1E1，M1R1。萃余相 R1=M1*（11EM/11ER）=0.81F。进入第二级萃取器总物料流量 M2=R1+S2=0.81F+0.75F=1.56F。连结 R1S，测量其长度。作 M2 SM2=R1/M2*SR1=（0.81F）/（1.56F）*SR1=0.519SR1。过 M2作平衡连结线，得第二级萃余相组成 R2和萃取相组成 E2。连结 SR2并延长交 AB 于 R，连结SE2并延长交 AB 于 E。由图可知，y=0.63，x=0.13 E/R=FR/FE=（xf-x）/（y-xf）=(0.30-0.13)/(0.63-0.30)=0.5 E+R=F 所以 E/F=1/3，R/F=2/3 。5、若例 2 中改用两级逆流萃取，萃取剂的用量不变，求所得结果，并与上题比较。解:第九章 萃取 5/8 求作 M 点，MF/MS=S/F=1.5 两级逆流萃取，萃取剂用量不变，可知 R1时的A A与例2中一致即A A=0.15，得平衡连结线 R1E1 连结 E1M 并延长交溶解度平衡曲线于点 R2 过 R2作平衡连结线 R2E2 连结 SR2，SE2并延长交 AB 于 R，E。由图可知，x=0.08,y=0.64 E/R=FR/FE=（xf-x）/（y-xf）=(0.30-0.08)/(0.64-0.30)=0.647 E+R=F 所以 E=0.39F ,R=0.61F 。6、以二异丙醚在逆流萃取器中使醋酸水溶液的醋酸含量由 30降到 5（重量），萃取剂可以认为是纯态，其流量为原料液的两倍，应用三角形图解法求出所需的理论级数。操作温度为 20，此温度下的平衡数据如下表所示。醋酸（A）-水（B）-二异丙醚（S）在 20下的平衡数据（质量）序号 水 相 异 丙 醚 相 A B S A B S 1 0.69 98.1 1.2 0.18 0.5 99.3 2 1.4 97.1 1.5 0.37 0.7 98.9 3 2.7 95.7 1.6 0.79 0.8 98.4 4 6.4 91.7 1.9 1.9 1.0 97.1 5 13.30 84.4 2.3 4.8 1.9 93.3 6 25.50 71.1 3.4 11.40 3.9 84.7 7 37.00 58.6 4.4 21.60 6.9 71.5 8 44.30 45.1 10.6 31.10 10.8 58.1 9 46.40 37.1 16.5 36.20 15.1 48.7 第九章 萃取 6/8 解：xf=0.30 在相图上定出 F 点，连结 FS，测其长度 求作 M 点，MF/MS=S/F=2，故 M 三等分 FS，且靠近 S 按末级 xN=0.05,在溶解度曲线上找出 RN点，连结 RNM 并延长与溶解度曲线相交，得离开第一级的萃取相浓度点 E1 连结 FE1并延长，连结 RNS 并延长，交于点 D 过 E1点作平衡连结线，得 R1，此为第一级 连结 R1D，与溶解度曲线交于点 E2，过 E2作平衡连结线 R2E2，此为第二级 按照继续作图直至 R7时，萃余相的溶质浓度 x7=0.05 故所需要理论级数为 7 级。7、请将例 3、例 4 分别用正三角形相图表示，解一遍。解：例 3 单级萃取：第九章 萃取 7/8 a.由表中数据在正三角形相图上作出溶解度曲线及若干平衡连结线，如图 b.xf=0.35,找出 F 点，连结 FS c.求作 M 点，MF/MS=S/F=1，故 M 平分 FS d.过 M 点作平衡连结线，交溶解度曲线于 R、E e.测量 RE，ME 长度 f.R=M*ME/RE=（F+S）*ME/RE=84.2kg/h 则萃取相的流量 E=M-R=200-84.2=115.8kg/h 从图上读得萃取相 E 醋酸浓度 y=0.12,萃余相 R 醋酸浓度 x=0.26 两级错流萃取：如图 a.求作 M1点，进入第一级萃取器的总物料量为 M1=S1+F=50+100=150 kg/h SM1=（F/M1）FS=2/3*FS，故 M1点三等分 FS，且靠近 F b.过 M1点作平衡连结线，得离开第一级萃取器的萃余相组成 R1和萃取相组成 E1 c.测量 M1E1，R1E1,则 R1=M1*（11EM/11ER）=89.6kg/h d.进入第二级萃取器总物料流量 M2=R1+S2=89.6+50=139.6kg/h e.连结 R1S，测量其长度。作 M2 SM2=R1/M2*SR1=0.642SR1。f.过 M2作平衡连结线，得第二级萃余相组成 R2和萃取相组成 E2。测22EM，22ER长度。g.由图可知，萃余相 R 的醋酸浓度为 x=0.22,萃余相量 R2=M2(22EM/22ER)=80.0kg/h 两种操作萃余百分数的比较 单级萃取1=（Rx）/（FxF）=84.2*0.26/（100*0.35）=0.625 第九章 萃取 8/8 两级错流萃取2=（R2 x2）/（F xF）=80.0*0.22/（100*0.35）=0.503。例 4 xf=0.40,在相图上定出 F 点，并连结 FS，测量其长度 求作 M 点，MF/MS=S/F=2，故 M 三等分 FS，且靠近 S xN=0.11 末级，找出 RN点，连接 RNM 并延长与溶解度曲线相交得俩开第一级的萃取相浓度点 E1 连结 FE1，RNS 并延长相交于点 D 过 E1点作平衡连结线，得 R1，此为第一级 连结 R1D，与溶解度曲线交于点 E2，过 E2作平衡连结线 R2E2，此为第二级 同法作得 R3E3，此为第三级 由图可知，第三级萃余相溶质浓度 x3=0.11,故所需要的理论级数是三级。