题目
在单级萃取装置中,以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h,要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试(1)水的用量;(2)萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。
在单级萃取装置中,以纯水为溶剂从含醋酸质量分数为30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的处理量为1 000 kg/h,要求萃余相中醋酸的质量分数不大于10%。试(1)水的用量;(2)萃余相的量及醋酸的萃取率。操作条件下的平衡数据见习题1。
题目解答
答案
解:(1)物系的溶解度曲线及辅助曲线如附图所示。
由原料组成xF=可确定原料的相点F,由萃余相的组成xA=可确定萃余相的相点R。借助辅助曲线,由R可确定萃取相的相点E。联结RE、FS,则其交点M即为萃取操作的物系点。由杠杆规则可得
(2)由杠杆规则可确定萃余相的量。
由附图可读得萃取相的组成为
萃取率=
解析
步骤 1：确定原料液和萃余相的相点
根据题目，原料液的醋酸质量分数为30%，即xF=0.3。萃余相中醋酸的质量分数不大于10%，即xA=0.1。在溶解度曲线图中，找到对应的相点F和R。
步骤 2：确定萃取相的相点
借助辅助曲线，由萃余相的相点R确定萃取相的相点E。联结RE、FS，其交点M即为萃取操作的物系点。
步骤 3：计算水的用量
根据杠杆规则，计算水的用量。由题目中给出的溶解度曲线图，可以读出原料液的量F=1000kg，萃取相的量S=1423kg。根据杠杆规则，计算水的用量。
$$
\frac{37}{26} \times F = S
$$
$$
S = \frac{37}{26} \times 1000 = 1423 \text{ kg}
$$
步骤 4：计算萃余相的量
根据杠杆规则，计算萃余相的量。由题目中给出的溶解度曲线图，可以读出萃取相的量S=1423kg，原料液的量F=1000kg。根据杠杆规则，计算萃余相的量。
$$
9 \times 49 = M \times 16
$$
$$
P = \frac{16}{49} \times M = \frac{16}{49} \times (1000 + 1423) = 791 \text{ kg}
$$
步骤 5：计算醋酸的萃取率
根据题目中给出的溶解度曲线图，可以读出萃取相的组成为xA=0.14。根据醋酸的萃取率公式，计算醋酸的萃取率。
$$
\text{萃取率} = \frac{0.14 \times (2423 - 791)}{1000 \times 0.3} = 76.2\%
$$
根据题目，原料液的醋酸质量分数为30%，即xF=0.3。萃余相中醋酸的质量分数不大于10%，即xA=0.1。在溶解度曲线图中，找到对应的相点F和R。
步骤 2：确定萃取相的相点
借助辅助曲线，由萃余相的相点R确定萃取相的相点E。联结RE、FS，其交点M即为萃取操作的物系点。
步骤 3：计算水的用量
根据杠杆规则，计算水的用量。由题目中给出的溶解度曲线图，可以读出原料液的量F=1000kg，萃取相的量S=1423kg。根据杠杆规则，计算水的用量。
$$
\frac{37}{26} \times F = S
$$
$$
S = \frac{37}{26} \times 1000 = 1423 \text{ kg}
$$
步骤 4：计算萃余相的量
根据杠杆规则，计算萃余相的量。由题目中给出的溶解度曲线图，可以读出萃取相的量S=1423kg，原料液的量F=1000kg。根据杠杆规则，计算萃余相的量。
$$
9 \times 49 = M \times 16
$$
$$
P = \frac{16}{49} \times M = \frac{16}{49} \times (1000 + 1423) = 791 \text{ kg}
$$
步骤 5：计算醋酸的萃取率
根据题目中给出的溶解度曲线图，可以读出萃取相的组成为xA=0.14。根据醋酸的萃取率公式，计算醋酸的萃取率。
$$
\text{萃取率} = \frac{0.14 \times (2423 - 791)}{1000 \times 0.3} = 76.2\%
$$