在一个理论级单级萃取中,在维持进料组成和萃取相浓度不变的条件下,若仅用含有少量溶质的萃取剂代替纯溶剂,萃取相量与萃余相量之比将 。A. 增加B. 减少C. 不变D. 不确定
A. 增加
B. 减少
C. 不变
D. 不确定
题目解答
答案
解析
本题考查单级萃取过程中萃取相量与萃余相量之比随萃取剂组成变化的知识,解题思路是通过单级萃取的物料衡算关系,推导出萃取相量与萃余相量之比的表达式,再分析使用含有少量溶质的萃取剂代替纯溶剂时该比值的变化情况。
1. 建立单级萃取的物料衡算关系
设进料量为$F$,萃取剂用量为$S$,萃取相量为$E$,萃余相量为$R$,进料中溶质的质量分数为$x_F$,萃取相中溶质的质量分数为$y_E$,萃余相中溶质的质量分数为$x_R$,萃取剂中溶质的质量分数为$y_S$。
根据物料衡算,总物料衡算方程为:$F + S = E + R$ ①
溶质的物料衡算方程为:$F x_F + S y_S = E y_E + R x_R$ ②
2. 推导萃取相量与萃余相量之比的表达式
由①式可得$R = F + S - E$,将其代入②式可得:
$\begin{align*}F x_F + S y_S &= E y_E + (F + S - E) x_R\\F x_F + S y_S &= E y_E + F x_R + S x_R - E x_R\\F x_F - F x_R + S y_S - S x_R &= E y_E - E x_R\\F(x_F - x_R) + S(y_S - x_R) &= E(y_E - x_R)\\\frac{E}{R}&=\frac{F(x_F - x_R) + S(y_S - x_R)}{R(y_E - x_R)}\end{align*}$
又因为$R = F + S - E$,在维持进料组成$x_F$和萃取相浓度$y_E$不变的条件下,当使用纯溶剂时,$y_S = 0$;当使用含有少量溶质的萃取剂时,$y_S>0$。
从物料衡算的角度来看,使用含有少量溶质的萃取剂时,相当于在萃取过程中额外增加了一部分溶质进入萃取相,为了维持萃取相浓度$y_E$不变,萃取相量$E$会相对增加,而萃余相量$R$会相对减少,所以萃取相量与萃余相量之比$\frac{E}{R}$将增加。