专题十八 填料萃取塔（课件）-《化工单元操作》（化工社）专题复习讲练测

专题十八 填料萃取塔 《化工单元操作》（第1版）化工社 专题复习讲练测 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 CONTENTS 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.常考习题练习与讲解 04 四.课内练习与讲解 05 五.课堂小结 目录 考纲解读 01 判断萃取剂再生的难易程度对萃取过程的影响。 考查对分散相选择依据的掌握，如两相密度差、粘度等因素对分散相选择的影响。 萃取操作的控制参数。 液泛现象的产生原因、特征及处理方法，返混的危害及减少返混的措施。乳化现象的形成原因及破乳的方法。 常见考点： 01 1.能够针对特定的混合物体系，正确判断应选择哪一相作为分散相，并说明理由。 02 03 考纲解读 01 2.理解相界面高度、操作温度以及萃取剂用量对萃取效率的影响，能够根据实际情况调整相关因素以优化萃取效果。 3.识别异常现象的产生原因和特征，提出有效的处理方法。 考试要求： 考纲解读 01 选择题 下列哪项不是萃取剂选择的物理性质考虑因素、分散相的选择通常依据哪些因素 简答题 说明填料萃取塔中液泛、返混、乳化三种异常现象的产生原因及处理方法 填空题 萃取剂选择的化学性质主要考虑什么和腐蚀性、乳化现象可以通过等方法进行处理 易考题型： [图片] 考纲解读 01 知识点思维导图： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 一、萃取剂的选择原则 选择性-萃取剂对溶质应具有较强的溶解能力，对稀释剂不溶或溶解度较小，即萃取相中溶质、稀释剂两组分的浓度之比要大于或远远大于萃余相中溶质、稀释剂两组分浓度之比。这样可以减少单位产品的溶剂量。 化学性质-萃取剂必须具有较强的化学稳定性。 再生难易-通常萃取相和萃余相中的萃取剂需再生利用，再生过程是萃取操作费用最大的环节，在生产中往往选择再生较易的溶剂作为萃取剂，常用的再生方法有精馏等。 物理性质-对于萃取剂的物理学性质主要考虑其黏度和表面张力等特性，以及萃取相与萃余相两相的密度差。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 二、分散相选择原则 在液液传质过程中，正确选择作为分散相的液体，能增大相际接触面积，强化传质效果。一般按以下要求进行选择： 宜选体积流量较大的一相为分散相，原因是单位体积混合液具有的相际接触面积大； 宜选不易润湿塔内部构件的一相为分散相，原因是可以保证分散相更好地形成液滴分散于连续相中，以增大相际接触面积； 宜选黏度较大的一相为分散相，原因是液滴的流动阻力较小，可强化传质效果； 从安全考虑，应将易燃易爆的液体作为分散相。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 三、萃取操作的控制参数 相界面的高度-因参与萃取的两液相的相对密度相差不大，在萃取塔的分层段中两液相的相界面容易产生上下位移。造成相界面位移的主要因素是：振动、往复或脉冲频率及幅度变化过大或是流量发生变化。当发生时，若相界面上移，分层段不起作用，重相就会从轻相出口处流出；若相界面下移，萃取段高度会降低，萃取率降低。当相界面不断上移时，要降低升降管的高度或增加连续相的出口流量，使两相界面下降到规定的高度处；反之当相界面不断下移时，要升高升降管的高度或减少连续相的出口流量。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 操作温度-由溶解度曲线可知，萃取只能在两相区内进行，且操作温度愈低，分离效果愈好。但温度过低，会导致液体黏度增加，扩散系数减少，传质阻力增大，传质效率降低。所以工业中萃取常采用常温操作。 萃取剂的用量-当维持其他条件不变，增大萃取剂量，萃取分离效率提高，但萃取剂量过大，会增加萃取回收设备的负荷，导致萃取剂的回收难度加大，从而使循环萃取剂中溶质含量增加，萃取效率反而降低。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 四、异常现象的处理 1.液泛 逆流操作中，随两相(或一相)流速加大，流体流动阻力 也加大，当流速超过某一值时，一相会因流体阻力加大而 被另一相夹带，由出口端流出塔外；有时在设备中表现为某段分散相把连续相隔断，这种现象称为液泛。 液泛的产生不仅与两相流体的物性有关，而且与塔的类型、内部结构等有关，如固定流体和塔设备，液泛的产生与流体流速、塔的振动、脉冲频率和幅度的变化密切相关。流速过大或振动频率过快易造成液泛。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 2.返混(轴向混合) 活塞流是指在整个塔截面上，两液相的流速相等。萃取塔中理想的流动情况是两液相均呈活塞流，因为此时传质推动力最大，萃取效率高。然而，在实际塔内，流体的流动并不呈活塞流，因为流体与塔壁之间的摩擦阻力大，连续相靠近塔壁或其他构件处的流速比中心处要慢，中心区的液体以较快速度通过塔内，停留时间短，而近壁区的液体速度较低，在塔内停留时间长，这种停留时间的不均匀是造成液体返混的主要原因之一。此外，分散相的液滴大小不一，速度不均衡，停留时间不同，更小的液滴甚至还会被连续相夹带，产生反方向的运动；塔内的液体还会产生旋涡而造成局部轴向混合。上述种种现象均会使得两液相偏离活塞流，统称为返混或轴向混合。 知识点梳理： [图片] 知识点梳理和重点概念复习 02 3.消除乳化现象方法： 长时间静置，一般可分离成澄清的两层； 对相对密度接近1的溶剂，在萃取过程中若发生乳化现象，可以加入适量的乙醚，将有机相稀释，使之密度减少，产生分层现象； 将乳化混合液进行高速离心分离； 对于乙酸乙酯与水的乳化液，加入无机盐或进行减压操作； 向乳化液中加入水或溶剂，搅拌分层。 除了上述方法以外，还可以采用加热或深冷冻法等方法消除 乳化现象。 知识点梳理： 知识点梳理和重点概念复习 02 重点概念复习： 1.合适的萃取剂是萃取操作能正常进行和经济合理的关键所在。 2.逆流操作中，随两相(或一相)流速加大，流体流动阻力也加大，当流速超过某一值时，一相会因流体阻力加大而被另一相夹带，由出口端流出塔外；有时在设备中表现为某段分散相把连续相隔断，这种现象称为液泛。 3.乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的现象。 4.活塞流是指在整个塔截面上，两液相的流速相等。萃取塔中理想的流动情况是两液相均呈活塞流，因为此时传质推动力最大，萃取效率高。 常考题练习与讲解 03 选择题 1.冷热流体进行直接接触换热，此换热方法称为( )。 A.间壁式换热 B.混合式换热 C.蓄热式换热 D.对流传热 1.萃取操作温度升高时，两相区( )。 A.减小 B.不变 C.增加 D.不能确定 答案：A。 解析：一般情况下，温度升高会使溶质在萃取剂中的溶解度增大，从而使两相区减小。 常考习题练习与讲解 03 选择题 2.萃取剂的选用，首要考虑的因素是( )。 A.萃取剂回收的难易 B.萃取剂的价格 C.萃取剂溶解能力的选择性 D.萃取剂稳定性 答案：C。 解析：在选用萃取剂时，萃取剂溶解能力的选择性是首要考虑的因素。选择性高的萃取剂能够更有效地分离目标物质，提高萃取效率和产品纯度。 常考习题练习与讲解 03 选择题 3.下列不适宜作为萃取分散相的是( )。 A.体积流量大的相 B.体积流量小的相 C.不易润湿填料等内部构件的相 D.黏度较大的相 答案：A。 解析：如果选择体积流量大的相作为分散相，会导致分散相在连续相中的分布不均匀，传质效果变差，同时也会增加体系的不稳定因素。 常考习题练习与讲解 03 选择题 4.在萃取操作中，当温度降低时，萃取剂与原溶剂的互溶度将（ )。 A.增大 B.不变 C.减小 D.先减小，后增大 答案：C。 解析：一般情况下，温度降低时，分子热运动减弱，萃取剂与原溶剂之间的相互作用也会减弱。这使得它们之间的互溶度减小。 常考习题练习与讲解 03 选择题 5.萃取剂的加入量应使原料与萃取剂的交点M位于( )。 A.溶解度曲线上方区 B.溶解度曲线下方区 C.溶解度曲线上 D.任何位置均可 答案：A。 解析：在萃取操作中，当原料与萃取剂的交点 M 位于溶解度曲线上方区时，才能实现萃取分离的目的。 常考习题练习与讲解 03 选择题 6.萃取操作温度一般选( )。 A.常温 B.高温 C.低温 D.不限制 答案：A。 解析：萃取操作一般选择常温。常温操作相对简单，不需要额外的加热或冷却设备，降低了设备成本和操作复杂性。 常考习题练习与讲解 03 选择题 7.萃取剂的温度对萃取蒸馏影响很大，当萃取剂温度升高时，塔顶产品( )。 A.轻组分浓度增加 B.重组分浓度增加 C.轻组分浓度减小 D.重组分浓度减小 答案：B。 解析：当萃取剂温度升高时，其溶解能力可能发生变化，对不同组分的溶解度也会改变。通常情况下，温度升高会使萃取剂对重组分的溶解能力增强，从而导致塔顶产品中重组分浓度增加。 常考习题练习与讲解 03 选择题 8.维持萃取塔正常操作要注意的事项不包括( )。 A.减少返程 B.防止液泛 C.防止液漏 D.两相界面高度要维持稳定 答案：C。 解析：而防止液漏一般不是维持萃取塔正常操作的主要关注点。液漏通常是由于设备密封性等问题导致，与萃取塔的正常操作原理关系不大。 常考习题练习与讲解 03 判断题 1.萃取温度越低，萃取效果越好。 ( ) 答案：错误。 解析：一般来说，温度对萃取效果的影响较为复杂，不能简单地认为萃取温度越低，萃取效果就越好。 常考习题练习与讲解 03 判断题 2.萃取塔正常操作时，两相的速度必须高于液泛的速度。 ( ) 答案：错误。 解析：在萃取塔正常操作时，两相的速度必须低于液泛速度。如果两相速度高于液泛速度，会发生液泛现象，此时液体流速急剧增加，压力降增大，会导致萃取效率下降，甚至使萃取过程无法正常进行。 常考习题练习与讲解 03 判断题 3.填料塔不可以用来作萃取设备。 ( ) 答案：错误。 解析：填料塔可以用来作萃取设备。填料塔内装有填料，可增加两相间的接触面积和传质效率，在很多情况下可以用于萃取操作。 常考习题练习与讲解 03 判断题 4.萃取塔操作时，流速过大或振动频率过快易造成液泛。 ( ) 答案：正确。 解析：当流速过大时，液体在萃取塔内的流动阻力增大，可能会导致液体无法正常通过填料层或塔板，从而出现液泛现象。同样，振动频率过快可能会使液体的流动状态变得不稳定，增加了液泛发生的可能性。 常考习题练习与讲解 03 判断题 5.萃取塔开车时，应先注满分散相，后进连续相。 ( ) 答案：错误。 解析：萃取塔开车时，应先注满连续相，再进分散相。这样可以确保分散相在连续相中能够更好地分散，形成良好的传质界面，有利于萃取过程的进行。如果先注满分散相，后进连续相，可能会导致分散相不能均匀地分散在连续相中，影响萃取效果。 常考习题练习与讲解 03 判断题 6.萃取操作，返混随塔径增加而增强。 ( ) 答案：正确。 解析：在萃取操作中，随着塔径的增加，流体在塔内的流动状态会发生变化，更容易出现不均匀的流动和返混现象。塔径增大时，流体的流动路径变长，流速分布可能变得更加复杂，这就增加了不同流体微元之间的混合机会，从而使返混增强。 常考习题练习与讲解 03 填空题 1.液泛的特征之一是液体流速 ，压力降增大。 答案：急剧增加。 解析：液体流速急剧增加，压力降增大是液泛现象的常见表现。 常考习题练习与讲解 03 填空题 2.萃取操作中，相界面的高度应保持在 。 答案：合适的范围。 解析：过高或过低都可能影响萃取效果。 常考习题练习与讲解 03 填空题 3.分散相选择通常考虑两相的 和粘度等因素。 答案：密度差。 解析：密度差和黏度是分散相选择的重要依据。 常考习题练习与讲解 03 填空题 4.萃取剂再生难易程度会影响 。 答案：生产成本。 解析：再生难的萃取剂可能导致生产成本增加。 常考习题练习与讲解 03 填空题 5.乳化现象的形成可能是由于 。 答案：两相剧烈搅拌。 解析：剧烈搅拌可能导致乳化。 常考习题练习与讲解 03 填空题 6.液泛现象是由于 等原因引起的。 答案：液体流速过大。 解析：液体流速过大容易导致液泛。 课内练习与讲解 04 简答题 1.请简述萃取剂选择的选择性原则是什么？ 答案：选择性原则是指萃取剂对原料液中的溶质组分有显著的溶解能力，而对稀释剂的溶解能力要小。这样才能有效地将溶质从原料液中提取出来。例如，在从水溶液中提取有机物时，选择的萃取剂应能优先溶解有机物，而对水的溶解度较小。良好的选择性可以提高萃取效率，减少后续分离的难度。 课内练习与讲解 04 简答题 2.如何根据体系特性选择分散相？ 答案：如果体系中一相的黏度较大，通常不选择其作为分散相，因为黏度大的相分散困难，不利于传质。另外，还要考虑表面张力的影响，表面张力较大的相不易分散，一般也不作为分散相。例如，在一个体系中，某一相的黏度明显高于另一相，且表面张力也较大，此时应选择另一相作为分散相。 课内练习与讲解 04 简答题 3.相界面高度对萃取操作有何影响？应如何控制？ 答案：相界面高度过高可能导致分散相在连续相中停留时间过长，增加返混的可能性，降低萃取效率；相界面高度过低则可能使两相接触不充分。应根据具体体系和操作条件，通过调节进出口流量等方式来控制相界面高度在合适的范围内。例如，在填料萃取塔中，可以通过观察视镜或采用液位传感器等方法来监测相界面高度，并适时调整流量。 课内练习与讲解 04 简答题 4.液泛现象是如何产生的？应如何处理？ 答案：液泛现象通常是由于两相流速过大、振动频率过快或填料堵塞等原因引起的。当发生液泛时，液体流速急剧增加，压力降增大，萃取效率下降。处理方法包括降低两相流速、检查并清理填料、调整操作条件等。例如，可以逐渐减小进料流量，观察压力降和萃取效果的变化；如果是填料堵塞，需要停车清理或更换填料。 课内练习与讲解 04 简答题 5.在处理填料萃取塔的异常现象时，应遵循哪些原则？ 答案：应遵循安全第一、先易后难、逐步排查的原则。首先确保操作过程中的安全，避免发生危险事故。对于异常现象，先从容易调整的参数入手，如流量、温度等，逐步排查问题的根源。在处理过程中，要密切观察各参数的变化，及时调整处理方法。例如，当出现异常时，先适当降低流量或调整温度，观察效果，如果问题没有解决，再进一步检查其他方面的原因。 课堂小结 05 在本节课中，我们深入学习了填料萃取塔的相关知识。 首先，了解了萃取剂的选择原则，包括选择性要强，以便有效地提取目标物质；再生要容易，降低成本；物理性质如密度、黏度、表面张力等要适宜，利于操作和分离；化学性质要稳定，不与体系中各组分发生反应。对于分散相的选择，我们知道通常选择流量小的一相作为分散相以增加相际接触面积，同时要考虑体系特性，如黏度和表面张力等因素。在萃取操作的控制参数方面，相界面高度需控制在合适范围以确保两相接触充分且不过度返混；操作温度要根据体系选择合适值以平衡溶解度、选择性和传质速率；萃取剂用量需恰当，过多或过少都会影响萃取效果和后续分离成本。最后，我们学习了填料萃取塔异常现象的处理。 通过本节课的学习，希望大家对填料萃取塔有了更全面的认识和理解，为今后的学习和实际应用打下坚实的基础。 课堂小结 05 重点复习知识点 1.萃取剂的选择原则：选择性、再生难易、物理性质、化学性质、价格等。 2.萃取操作的控制参数：相界面的高度、操作温度、萃取剂用量。 3.填料萃取塔异常现象：液泛、返混（轴向混合）、乳化。 4.分散相选择原则：体积流量较大、不易润湿塔内部构件、黏度较大、易燃易爆的液体。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢观看 $$