第九章萃取习题及解答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 ％S1 5.96 93.52 0.52 8.75 0.32 90.932 10.00 89.40 0.60 15.00 0.60 84.403 13.97 85.35 0.68 20.78 0.90 78.324 19.05 80.16 0.79 27.66 1.33 71.015 27.63 71.33 1.04 39.39 2.40 58.216 35.73 62.67 1.60 48.21 4.26 47.537 46.05 50.20 3.75 57.40 8.90 33.70解：①β=(yA /xA)/(yB/xB)=(8.75/5.96)/(0.32/93.52)=429.06④β=(yA /xA)/(yB/xB)=(27.66/19.05)/(1.33/80.16)=87.51⑦β=(yA /xA)/(yB/xB)=(57.40/46.05)/(8.90/50.20)=7.032、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 97.788.0 5.1 6.9 3.6 3.8 92.684.0 8.8 7.2 5.0 7.3 87.778.2 13.8 8.0 7.2 12.5 80.372.1 18.4 9.5 10.4 18.1 71.565.0 23.1 11.9 15.1 23.6 61.355.7 27.9 16.4 23.6 28.7 47.7解：（1）①作溶解平衡曲线，并作几条连结线②作F点，连结FS，测量其长度③求作M点，F+S=M，MF/MS=S/F =60/30=2，故M三等分FS，且靠近S④过M点作平衡连结线，得萃取相E和萃余相R的组成点⑤量出线段RE、ME长度R/E=ME/MR R=M*ME/RE=26.4kg E=M-R=63.6kg⑥从图上读出：萃取相E yA =0.048 yB=0.040 ys=0.912萃余相R x A =0.063 x B =0.860 x S =0.077（2）k A= y A/x A =0.048/0.063=0.762β=(y A/x A)/(y B/x B)=（0.048/0.063）/（0.040/0.860）=16.3813、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χƒ =0.20，欲使萃余相中中醋酸χA=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УA =1.356χA1.201УS =1.618-0.6399e1.96УAχS=0.067+1.43χA2.273式中УA——与萃余相醋酸浓度χA成平衡的萃取相醋酸浓度；УS——萃取相中溶剂的浓度；χS——萃余相中溶剂的浓度；УA，УS，χS均为质量分数。
解：a. χA=0.1 УA =1.356χA1.201 =0.085УS =1.618-0.6399e1.96У A =0.862χS=0.067+1.43χA2.273=0.075b.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①R/E=ME/MR②R+E=F+S ③F/S=MS/MF代入即①R=0.6266E ②R+E=100+S ③100/S=0.7930解得 R=87kg E=139kg S=126kge.故萃余相的量是 R=87kg ，其组成为χA =0.1，χB=0.825, χS=0.075萃取相的量是E=139kg, 其组成为УA=0.085，УB=0.053，УS==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：①作F 点，连接FS 测量其长度。
②作M 1点 S 1/F=M 1F/M 1S=0.75 M 1F=(0.75/1.75)*FS =0.429FS 。
③过M 1点作平衡连结线，得离开第一级萃取器的萃余相组成R 1和萃取相组 成E 1，并测量M 1E 1 ，M 1R 1。
④萃余相R 1=M 1*（11E M /11E R ）=0.81F 。
⑤进入第二级萃取器总物料流量 M 2= R 1+S 2=0.81F+0.75F=1.56F 。
⑥连结R 1S ，测量其长度。
⑦作M 2 SM 2= R 1/M 2*S R 1=（0.81F ）/（1.56F ）*S R 1=0.519S R 1。
⑧过M 2作平衡连结线，得第二级萃余相组成R 2和萃取相组成E 2。
⑨连结SR 2并延长交AB 于R ´，连结SE 2并延长交AB 于E ´。
⑩由图可知，y ’=0.63， x’=0.13E ´/R ´='FR /'FE =（x f -x ´）/（y ´-x f ）=(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:①求作M 点，/=S/F=1.5②两级逆流萃取，萃取剂用量不变，可知R 1时的χA 与例2中一致即χA =0.15，得平衡连结线R 1E 1③连结E 1M 并延长交溶解度平衡曲线于点R 2 ④过R 2作平衡连结线R 2E 2⑤连结SR 2，SE 2并延长交AB 于R ´，E ´。
⑥由图可知，x’=0.08, y’=0.64E ´/R ´='FR /'FE =（x f -x ´）/（y ´-x f ）=(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。
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 58.1 946.4037.116.536.2015.148.7解：①x f =0.30在相图上定出F 点，连结FS ，测其长度②求作M 点，/=S/F=2，故M 三等分FS ，且靠近S③按末级x N =0.05,在溶解度曲线上找出R N 点，连结R N M 并延长与溶解度曲线相交，得离开第一级的萃取相浓度点E 1 ④连结FE 1并延长，连结R N S 并延长，交于点D ⑤过E 1点作平衡连结线，得R 1，此为第一级⑥连结R 1D ，与溶解度曲线交于点E 2，过E 2作平衡连结线R 2E 2，此为第二级⑦按照⑥继续作图直至R 7时，萃余相的溶质浓度x 7=0.05 ⑧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3① 单级萃取：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Ⅰb.x f =0.35,找出F 点，连结FSc.求作M 点，MF /MS =S/F=1，故M 平分FSd.过M 点作平衡连结线，交溶解度曲线于R 、Ee.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 ② 两级错流萃取：如图Ⅱa.求作M 1点，进入第一级萃取器的总物料量为M 1=S 1+F=50+100=150 kg/hSM 1=（F/M 1）·FS =2/3*FS ，故M 1点三等分FS ，且靠近Fb.过M 1点作平衡连结线，得离开第一级萃取器的萃余相组成R 1和萃取相组成E 1c. 测量M 1E 1 ，R 1E 1,则R 1=M 1*（11E M /11E R ）=89.6kg/hd. 进入第二级萃取器总物料流量 M 2= R 1+S 2=89.6+50=139.6kg/he. 连结R 1S ，测量其长度。
作M 2 SM 2= R 1/M 2*S R 1=0.642S R 1。
f. 过M 2作平衡连结线，得第二级萃余相组成R 2和萃取相组成E 2。
测22E M ，22E R 长度。
g.由图可知，萃余相R 的醋酸浓度为x=0.22, 萃余相量 R 2=M 2·(22E M /22E R )=80.0kg/h③ 两种操作萃余百分数的比较单级萃取φ1=（R ·x ）/（F ·x F ）=84.2*0.26/（100*0.35）=0.625两级错流萃取φ2=（R 2·x 2）/（F ·x F ）=80.0*0.22/（100*0.35）=0.503。
例4①x f =0.40,在相图上定出F 点，并连结FS ，测量其长度 ②求作M 点，MF /MS =S/F=2，故M 三等分FS ，且靠近S③x N =0.11末级，找出R N 点，连接R N M 并延长与溶解度曲线相交得俩开第一级的萃取相浓度点E 1④连结FE 1，R N S 并延长相交于点D⑤过E 1点作平衡连结线，得R 1，此为第一级⑥连结R 1D ，与溶解度曲线交于点E 2，过E 2作平衡连结线R 2E 2，此为第二级 ⑦同法作得R 3E 3，此为第三级⑧由图可知，第三级萃余相溶质浓度x 3=0.11,故所需要的理论级数是三级。