化工原理第 章.docxVIP

第10章习题解答

在操作条件下，以纯净的氯苯为萃取剂，在单级接触萃取器中，萃取含丙酮的水溶液。丙酮－水－氯苯三元混合液的平衡数据见本题附表。试求：

⑴在直角三角形坐标系下，绘制此三元体系的相图，其中应包括溶解度曲线、联接线和辅助曲线；

⑵若近似地将前五组数据中B与S视为不互溶，试在X－Y直角坐标图上标绘分配曲线；

B S⑶若丙酮水溶液质量比分数为，并且m/m=，在X－Y直角坐标图上求丙酮在萃余相中

B S

⑷求当水层中丙酮浓度为45％（质量%，下同）时，水与氯苯的组成以及与该水层成平衡时的氯苯层的组成；

⑸由0.12kg氯苯和0.08kg水所构成的混合液中，尚需加入多少kg丙酮即可成为三元均相混合液；

⑹预处理含丙酮35％的原料液800kg，并要求达到萃取平衡时，萃取相中丙酮浓度为30％，试确定萃取剂（氯苯）的用量；

⑺求条件⑹下的萃取相和萃余相的量，并计算萃余相中丙酮的组成；

⑻若将条件⑹时的萃取相中的溶剂全部回收，求可得萃取液的量及组成。

习题1附表(质量%)

水层

氯苯层

丙酮(A)

水(B)

氯苯(S)

丙酮(A)

水(B)

氯苯(S)

0

0

10

20

30

40

50

60

11 22 22解：⑴依平衡数据绘出溶解度曲线如附图1-1所示，图中各点代号与数据的对应关系注于附表1-1中。联结互成平衡的两液层组成点得E

11 22 22

附表1-1(质量%)

图中的点

丙酮

R相

水

氯苯

图中的点

丙酮

E相

水

氯苯

B

0

A

0

R5

10

E5

R4

20

E4

R3

30

E3

R2

40

E2

R1

P

50

E1

P

由E1、E2、E3……各点作平行于AB边的直线，再由R1、R2、R3……各点作平行于AS边的

直线，两组线分别相交于点G、H、I、J、K，连接P、G、H、I、J、K即得辅助曲线。

⑵将前五组数据转换为质量比浓度，其结果列于附表1-2中，并在X－Y直角坐标图上标绘分配曲线，如图1-2。

附表1-2

X

X

Y

0

0

B⑶由XF=，在图1-2上，自点XF作斜率为－m/mS=－的直线与分配曲线相交于点T，点T

B

的横坐标即为丙酮在萃余相中的浓度XR=。

图1-1 图1-2

⑷水层中各组分的浓度

由所绘制的溶解度曲线如图1-3，在AB边上确定组分A的浓度为45％的点F，由点F绘直线FW平行于三角形底边BS，则FW线上各点表示A的组成均为45％。FW与溶解度曲线左侧的交点R，即代表水层中含A为45％的组成点，由图可读得点R组成为(质量％)：

xA=45％xB=％xS=％

与水层相平衡的氯苯层组成

利用所绘的辅助曲线从点R求出与之相平衡的氯苯层E。即由点R作AS边的平行线与辅助曲线相交于点G，由点G作直线平行于AB边，与溶解度曲线右侧相交于点E，点E即为与R成平衡的氯苯层组成点。由图可读出其组成为：yA=％yB=％yS=％

⑸由0.12kg氯苯和0.08kg水构成的混合液，其质量分数为：

xB=+=40％,xS=+=60％

A依以上数据在本题附图1-3的BS边上确定点D，联AD线与溶解度曲线相交于点H。若加入的丙酮量可以使混合液组成点在AD线上跨过H点，则此混合液可变为均相。依杠杆定律可确定当混合液组成点为H时所加入的丙酮量m。计算过程如下：

A

D D设原混合液的量为m，即m

D D

mD?

m

A

AH, m

DH A

?m DH

DAH

由本题附图1-3量得：线段AH=（单位长度），DH=33（单位长度），故需加入的丙酮量应

略大于m

A

?0.20?33?0.344kg

19.2

⑹依原料液组成在本题附图1-4上确定点F，联SF线；由萃取相浓度yA=30％确定点E，并利用辅助曲线由点E作图得点R。联ER与FS线相交于点M。依杠杆定律可求萃取剂用量

mS，即：

m ?m FM?800?9.5?201kg

S FMS

37.8

⑺ ∵m

M

?m ?m

F S

?800?201?1001kg

又 m MR

E?

m RE

M

∴m ?m

E M

MR?1001?8.5?440.8kgRE 19.3

故 m ?m ?m

R M E

?1001?440.8?560.2kg

由图1-4可读出萃余相中丙酮的组成：26%。

⑻在图1-4上连接SE，并延长与AB边相交于点E?，点E?