化工原理萃取大题

1.、在逆流连续操作的塔内，以水为萃取剂从丙酮--苯混合液内提取丙酮。苯与水可视作完全不互溶。在操作条件下，丙酮在水和苯中以质量比为基准的分配系数为0.65，即:Y= 0.65X，原料的流率为1200kg/h，其中含丙酮0.35(质量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含量不大于0.06。若用水量为最小量的1.6倍，试求水的实际用量kg/h。 解：ZF=0.35/(1-0.35)=0.54 ZN=0.06/(1-0.06)=0.064

Ymax=0.65×0.54=0.351

(B/S)min=(Ymax-Z)/(ZF-ZN)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74 (S/B)min=1/0.74=1.35 Smin=1.35×1200=1620 实际用水量S=1.6×1620=2592 kg/h

2、在B-S部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A与稀释剂B的质量比为40：60。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比为1，脱除溶剂后萃余液浓度XA°=0.3(质量分率)，选择性系数β=8。试求萃取液量E°为多少kg? 解：萃取液浓度 yA°=(βXA°)/[1＋(β-1)XA°]=8×0.3/(1＋7×0.3)=0.774 XF=40/(40＋60)=0.4 又 S=F=200 kg

据物料衡算(杠杆法则)： E°=F×(XF-XA°)/(YA°-XA°)=200×(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.2

3、使用纯溶剂S对A、B混合液作萃取分离。在操作范围内，S-B不互溶，平衡关系YA= 1.2XA(Y、X均为比质量分率)，要求最终萃余相中萃余分率φR=0.05。试求用单级萃取时，每kg稀释剂B中，溶剂S消耗量kg。

解：φR=(BX)/(BXF)=X/XF ∴ X=XFφR Y=KX=KφRXF

物料衡算：SY=B(XF-X) ∴

S/B=(XF-X)/Y=XF(1-φR)/(KφRXF)=(1-0.05)/(1.2×0.05)=15.83 kgS/kgB

4、 用纯溶剂S进行单级萃取，XF=0.15(质量分率，下同)。萃取相中A的浓度与萃余相中A 的浓度相同。采用溶剂比为1。试求:

⑴ 选择性系数β；

⑵ 当溶剂用量为最少时, 求萃取液浓度yA°。(设所涉及范围内分配系数KA均相同)

解：(1) ∵ yA=xA ∴ kA= yA/xA= 1 又 S/F = 1

5、 连FS取中点即M点，过M点作ER平行于BS，脱溶剂S后得xA°=0.1 yA°=0.5 ∴选择性系数

β=[yA°/(1-yA°)]/[xA°/(1-xA°)]=[0.5/(1-0.5)]/[0.1/(1-0.1)]=9

(2)联点S、F,与平衡线交于M'点,过M'点作平行于BS(虚线所示)的线,与平衡线交于点E'连S、E'两点延伸到AB上得yA°=0.7

6、已知AB混合液组成如图中F点所示。用纯溶剂单级萃取。萃余液的组成在R°点，物系的分配系数kA=1。试求：⑴ 选择性系数β；⑵ 当(S/F)min时，萃取液组成yA°。 解：(1) 连R°、S得R点，作RE平行于BS(∵kA=1)得E点，连ES延伸到AB边得E°，其组成为0.6 ∴ β=[0.6/(1-0.6)]/[0.2/(1-0.2)]=6

(2) 过M'点(该点满足(S/F)min条件)，作M'E'平行于BS，过E'点脱溶剂得yA°=0.75

7、 采用纯溶剂S进行单级萃取中，已知XF=0.3(质量分率)，萃取相浓度为yA/yB=1.5，图中 P点为临界互溶点，并知分配系数kA=2。试求：溶剂比S/F为多少? 解：yA/yB=yA°/(1-yA°)=1.5 解知：yA°=0.6。连yA°,S得E点，E点yA=0.08

由kA=yA/xA=2，定xA→R点。 连E、R与F、S，交点 M=F＋S=E＋R

S/F=FM/SM=45/15=3(倍)

8、现有含A组分30%(质量%)的A+B混合物，采用溶剂S进行萃取，A、B、S三元混合物的溶解度曲线如图示。试求用单级萃取器时，萃取液中A组分最大浓度可达多少? (质量) 此时溶剂用量为多少? (用线段比及符号注明即可) 解：最大浓度yA°=55%；S=(MF/MS)×F。

9、 有A、B、S三种有机液体，A与B、A与S完全互溶，B与S部分互溶。其溶解度曲线与辅助曲线如图，进料量为100Kg/h。试求：

①若采用单级萃取，萃取液可达到最大浓度为多少？

②当进料为含A30%的AB混合液，萃取液的浓度达到了最大值，此时溶剂用量为多少？ 解：① 从S点做溶解度曲线的切线和AB交于E'点，其Y' 即为最大浓度Y' =86％。

② 从E点作AB平行线和辅助线交于P点，从P点对BS画平行线与溶解度线交点为R，S和R联线的延长线与AB交点R'，X'＝7％。 FM×F＝MS×S

∴S＝MF／MS×F＝(41／59)×100＝69.5 Kg/h

10、一混合液由Ａ、Ｂ组成，现用溶剂Ｓ对Ａ进行单级萃取，已知ＸF=0.3（质量分率，下同），要求萃余液的组成不大于0.1。试用图解法计算该物系Ｓ与Ｂ有互溶性变化时, 溶剂用量与萃取液组成的变化。（可认为互溶性变化时，A的分配系数基本不变，KA=2）附：该物系在不同温度下的溶解度曲线。

解：S＝F×18.5／25.5＝0.725F Y1'＝0.78

S' ＝21.F／23＝0.935F S' ＝0.935S／0.725＝1.29S Y2'＝0.42

Y1'＝0.78／0.42×Y2'＝1.86Y2'。

11、有一实验室装置将含A10%的AB50公斤和含A80%的AB20kg混合后，用溶剂S进行单级萃取，所得萃取相和萃余相脱溶剂后又能得到原来的10%A和80%A的溶液。问此工作状态下的选择性系数β=?

解：β=(yA/xA)/(yB/xB) = (yA'/xA')/(yB'/xB') = (0.1/0.8)/(0.9/0.2) = 1/36

12、某A、B混合液用纯溶剂 S单级萃取。已知：F=100kg/h，XF=0.4(质量分率，下同)。kA=1，萃余相的组成XA/XB=1/3。试求: ⑴萃余液量；⑵溶剂量。

解：(1) xA/xB=xA°/xB°=xA°/(1-xA°)=1/3 解知萃余液组成xA°=0.25，连R1°S得R点。 作RE平行于BS，连SE延长与AB边交于点E',得萃取液组成yA°=0.75。据杠杆法则： E°=F×(xF-xA)/(yA-xA)=100×(0.4-0.25)/(0.75-0.25) = 30 kg/h

(2) RE与FS交点M。 S=F×FM/SM=100×24/24 = 100 kg/h

以上答案由于在查图中会因人而有所出入，因此评分标准着重思路与概念，作图步骤说明从简。凡萃取作图题解均依此为准，以后不再重复说明了。

13、已知：单级萃取中采用纯溶剂。料液组成XF = 0.3(质量分率，下同)，选择性系数为6 ，在萃余相中XA/XB=0.25，kA<1。

试求:

⑴ 萃取液量与萃余液量的比值；

⑵ 溶剂比S/F是最小溶剂比(S/F)min的倍数(用线段表示)。

解：(1) yA/yB=β×xA/xB=6×0.25=1.5 ∴ yA°/(1-yA°)=1.5 → yA°= 0.6

又xA°/(1-xA°)=0.25→xA°=0.2 连R°、S及E°、S得R点及E点(使kA<1满足) E°/R°=(xF-xA°)/(yA°-xF)=(0.3-0.2)/(0.6-0.3)=1/3 (2) S/F=FM/SM (S/F)min=FM'/SM' ∴ (S/F)/(S/F)min=FM/SM×SM'/FM'

14在两个理论级的逆流萃取设备中，B-S完全不互溶。已知分配系数K=YA/XA=1，(Y、X--均为比质量分率)，料液F=100kg/h，其中含A20%(质量%)，使用40kg/h纯溶剂S 进行萃取。试求：最终萃余液中A的浓度X2(kgA/kgB)。

解：对第二级作物料衡算: B(X1-X2)=S(Y1-Z) Z=0 相平衡方程: Y2=KX2

两式联解得: X2=X1/(1＋SK/B)=X1/(1＋1/A)

对整个系统(两级)作物料衡算: B(XF-X2)=S(Y1-Z) Z=0 相平衡方程: Y1=KX1

经整理得: X2=XF/(1＋1/A＋1/A2) 萃取因数1/A=SK/B=40×1/80=0.5 A=2 ∴ XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 kgA/kgB B=F/(1＋XF)=100/(1＋0.25)=80

∴ X2=0.25/(1＋0.5＋1/22=0.25/1.75=0.1428

15拟设计一个多级逆流接触萃取塔。在操作范围内所用纯溶剂S与料液中稀释剂B完全不互溶；以质量比表示的分配系数为2。已知入塔顶F=100kg/h，其中含溶质A 为0.2(质量分率)，要求出塔底的萃余相中A的浓度降为0.02(质量分率)。 试求: ⑴ 最小的萃取剂用量Smin；

(2) 取S=60kg/h，则离开第二块理论板(理论级)的液相组成X2 kgA/kgB。(塔序由塔顶算起)。

解：(1) XF=xF/(1-xF)=0.2/(1-0.2)=0.25 XN =xN/(1-xN)=0.02/(1-0.02)=0.02041

B =F/(1＋XF)=100/(1＋0.25)=80 Smin=B(XF-XN)/Y1 (Z=0)

Y1=2XF=2×0.25=0.5 ∴ Smin=80×(0.25-0.02041)/0.5=36.73 kg/h (2) Y1=(B/S)(XF-XN)=(80/60)(0.25-0.02041)=0.306 X1=Y1/K=0.306/2=0.153

Y2=(B/S)(X1-XN)=(80/60)(0.153-0.02041)=0.177 X2=Y2/K=0.177/2=0.0884

16 在单级萃取操作中B-S部分互溶， 进料中含A50kg，含B50kg.用纯溶剂萃取.已知萃取相浓度yA/yB=11/5，萃余相浓度xA/xB=1/3，试求: ⑴选择性系数β；⑵萃取液量与萃余液量之比值E°/R°。

解：(1) β=(yA/yB)/(xA/xB)=(11/5)/(1/3)=6.6

(2) 进料中溶质A的组成 xF=50/(50＋50)=0.5 (质量分率，下同) xA/xB=xA°/xB°=xA°/(1-xA°)=1/3 → xA°=0.25 yA/yB=yA°/(1-yA°)=11/5 → yA°=0.6875 ∴ E°/R°=(xF-xA°)/(yA°-xF)=(0.5-0.25)/(0.6875-0.5)=1.33

17 已知在最小溶剂比(S/F)min时操作点Δmin的位置如下图所示。今以S/F=1.2(S/F)min进行逆流多级萃取，试求此时操作点Δ的位置。

解：连F、Δmin两点交E'点，RNE'与FS两线交点M'，则(S/F)min=FM'/SM'=31/31=1 当S/F=1.2(S/F)min时，M'点延伸至M点。设延伸长度为Xmin，则： S/F=(FM'+X)/(SM'-X)=(31+X)/(31-X)=1.2×1 解知：X=2.82 mm

确定了M点，连RN、M两点延伸至E点，连F、E两点延长交于Δ点。

18、某混合液含溶质A30%（质量%，下同）原溶剂B70%，用纯溶剂S进行单级萃取，要求萃余液中A的浓度不超过10%，此时A组分的分配系数kA=1.5。试求： １．所需溶剂比；

２．所得萃取液中A的浓度； ３．过程的选择性系数。 物系的溶解度曲线如图所示。

解：１.在相图上找到R' 点，连R',S，交平衡线于R点。由图读出R中溶质浓度约为9％。 ∵ ｋA＝YA/XA ∴ YA＝ｋAXA＝1.5×9％＝13.5％

由此知E如图。

联S、E并延长交于AB于E'，联R及E,与SF线交于M点，由此知： 所需溶剂比为S／F＝MF／SM＝0.6/0.4＝3／2 ２．由E' 知，萃取液中A的浓度为YA' ＝53％

３．β＝(yA/yB)/(xA/xB) =(yA'/yB')/(xA'/xB')=[0.53/(1-0.53)]/(0.1/0.9)β＝10.1

19、溶质A，原溶剂B，萃取剂Ｓ所构成的三元系统的溶解度曲线如图所示。原溶液含A35%、B65%，采用单级萃取。所用萃取剂为含A为5%，S为95%的回收溶剂。求：

（１）当萃取相中A的浓度为30%时，每处理100Kg原料液需用多少Kg回收 溶剂？ （２）在此原料条件下，单级萃取能达到的萃余相中A的最低浓度为多少？ 解：(1) XF=0.35， YA=0.3， XA=0.2 作图 FM/MS' =34/67=S'/F=0.507 S' =100×0.507=50.7 Kg

(2) 如图，Xmin =0.06

20含40%(质量，下同)丙酮的水溶液，用甲基异丁基酮进行单级萃取。欲使萃余相中丙酮的含量不超过10%，求：

⑴ 处理每吨料液所需的溶剂量； ⑵ 萃取相与萃余相的量； ⑶ 脱溶剂后萃取相的量； ⑷ 丙酮的回收率。 解：⑴ S/F=MF/MS=63/45=1.4 S=1.4 F=1.4吨

⑵ R＋E=S＋F=1.4＋1=2.4吨 R/E=ME/MR=20/54=0.37 解得: E=1.75 R=0.65

⑶ R°＋E°=F=1 R°/E°=FE°/FR°=45/30=1.5 解得: E°=0.4吨 R°=0.6吨 ⑷ Y°=0.83 回收率η=(E°y°)/(FXF)=(0.4×0.83)/(1×0.4)=0.83

21、 用一单级接触式萃取器以S为溶剂，由A、B溶液中萃取出A。若原料液的质量组成为45%。质量为120kg，萃取后所得萃余相中A的含量为10%(质量百分数)，求： ⑴ 所需萃取剂用量；

⑵ 所得萃取相的质量和组成；

⑶ 若将萃取相溶剂全部回收后，所得萃取液的质量和组成。

解：⑴ S/F=MF/MS=56/51=1.098 S=120×1.098=131.8 kg

⑵ M=S＋F=131.8＋120=251.8 kg E/M=MR/RE=49/65=0.754 E=0.754×251.8=189.8 kg 其中 A=23％ S=66％ B=11％

⑶ YA°=75％ YB°=25％ E°/F=FR°/R°E°=35/65=0.538 E°=120×0.538=64.56 kg

22、某混合物含溶质A20%，稀释剂B80%，拟用纯溶剂 S进行单级萃取，要求萃余液中A的含量为10%，溶解度曲线如图示。在操作范围内溶质A的分配系数KA=1，试求:

⑴ 当处理 100kg原混合液时，需溶剂用量为多少kg?

⑵ 所得萃取液中A的浓度为多少? ⑶ 过程的选择性系数为多少?

⑷ 用什么办法在不影响萃取液中 A的含量的条件下，减少萃余液中A的含量。

S=F×MF/MS=100×48/38=126 解：⑴

kg

y°=30% ⑵

⑶

β=(yA°/yB°)/(xA°/xB°)=(0.3/0.1)/(0.7/0.9) = 3.857

⑷ 用多级逆流萃取

23用溶剂S萃取A、B二组分混合液中的A。操作条件下A-B-S系统的相图见本题附图。已知料液处理量为1000kg/h，其中含A35%(质量)。今欲通过连续逆流萃取获得最高浓度的萃取液，且要求萃余相中含A不超过5%(质量)，求溶剂用量、萃取液浓度及所需理论级数。

解：S/F=MF/MS=40/65=0.615 S=0.615×1000=615 kg/h

由S作曲线的切线得 Y1°max = 0.8 NT=2

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