专题十八 填料萃取塔（讲义）-《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（教案）-《化工单元操作》化工社-专题复习讲练测 [考纲要求] 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。 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。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 [真题练讲] 1.（2022年安徽省统一考试）液泛现象产生的主要原因是（  ）。 A.相界面高度过低 B.操作温度过高 C.液体流速过大 D.萃取剂用量过少 【答案】C。 【解析】液体流速过大时，容易导致液泛现象。 2.（2021年云南省统一考试）液泛现象的特征是（  ）。 A.液体流动缓慢 B.相界面稳定 C.液体流速急剧增加，压力降增大 D.萃取剂用量适中 【答案】C。 【解析】液泛时液体流速急剧增加，压力降也会增大。 3.（2022年浙江省统一考试）萃取剂选择时，以下哪个物理性质不是重点考虑因素？（  ） A.密度 B.颜色 C.粘度 D.表面张力 【答案】B。 【解析】在选择萃取剂时，密度、粘度和表面张力等物理性质会影响萃取效果，而颜色通常不是重点考虑因素。 4.（2023年浙江省统一考试）萃取剂的选择性越高，说明（  ）。 A.能分离的物质种类越多 B.分离效果越好 C.再生越容易 D.化学性质越稳定 【答案】B。 【解析】选择性高意味着对特定物质的分离能力强，分离效果更好。 5.（2020年浙江省统一考试）在分散相选择中，若要提高传质效率，应优先选择（  ）。 A.密度与连续相接近的相 B.粘度大的相 C.表面张力小的相 D.颜色较深的相 【答案】C 【解析】表面张力小的相更容易形成分散状态，提高传质效率。 [限时练讲] 1.分散相的选择通常依据（  ）。 A.两相的颜色 B.两相的气味 C.两相密度差和粘度等因素 D.两相的透明度 【答案】C。 【解析】两相密度差和粘度等因素会影响分散相的选择。 2.当两相密度差较大时，通常选择（  ）为分散相。 A.密度大的相 B.密度小的相 C.任意一相都可以 D.无法确定 【答案】A。 【解析】一般情况下，两相密度差较大时，选择密度大的相为分散相有利于分离。 3.相界面的高度对萃取效率有重要影响，一般来说（  ）。 A.相界面越高，萃取效率越高 B.相界面越低，萃取效率越高 C.相界面高度适中时萃取效率最高 D.相界面高度对萃取效率无影响 【答案】C。 【解析】相界面高度过高或过低都可能影响萃取效果，适中的相界面高度有利于萃取。 4.操作温度升高，对萃取过程可能产生的影响是（  ）。 A.溶解度增大，萃取效果变好 B.溶解度减小，萃取效果变差 C.对萃取效果无影响 D.只影响相界面高度 【答案】A。 【解析】一般情况下，操作温度升高，溶质在萃取剂中的溶解度增大，萃取效果可能变好。 5.乳化现象会导致（  ）。 A.萃取效率提高 B.相界面清晰 C.分离难度增大 D.操作温度降低 【答案】C。 【解析】乳化会使分离难度增大。 6.当萃取剂的选择性降低时，可能会导致（  ）。 A.分离效果变好 B.再生更容易 C.分离效果变差 D.物理性质改变 【答案】C 【解析】选择性降低，分离效果变差。 7.与精馏操作相比，萃取操作不利的是( )。 A.不能分离组分相对挥发度接近于1的混合液 B.分离低浓度组分消耗能量多 C.不易分离热敏性物质 D.流程较复杂 【答案】D。 【解析】精馏操作相对来说流程较为固定和成熟。而萃取操作通常需要选择合适的萃取剂，考虑其选择性、再生难易等问题，同时还涉及分散相的选择、控制相界面高度等操作参数，以及处理可能出现的液泛、返混、乳化等异常现象，流程相对复杂。 8.萃取剂的物理性质在选择时需要考虑哪些方面？ 【答案】物理性质方面需要考虑密度、黏度、表面张力等。密度差异应适宜，以便于两相的分离。黏度低的萃取剂有利于传质和流动。表面张力适中可促进相际接触。例如，若萃取剂与原料液密度相差较大，静置时能较快分层；黏度低的萃取剂在塔内流动阻力小，传质速率快。 9萃取剂用量对萃取效果有怎样的影响？ 【答案】萃取剂用量增加，通常会提高溶质的提取率，但同时也会增加后续分离的难度和成本。如果用量过少，则可能无法充分提取溶质。例如，在一定范围内增加萃取剂用量，可使更多的溶质从原料液中转移到萃取剂中，但当用量过多时，可能会引入过多的杂质，且在后续分离过程中需要消耗更多的能量和资源。   10.返混对萃取操作有哪些危害？如何减少返混？ 【答案】返混会使已被萃取的物质重新回到未被萃取的区域，导致萃取效率下降。减少返混的方法包括选择合适的分散相、控制流速和振动频率、优化塔结构等。例如，选择流量小的一相作为分散相可以增加相际接触面积，同时减少返混；控制流速和振动频率在合适的范围内，避免流体流动过于剧烈；采用高效的填料或改进塔的设计，以改善流体的流动状态。 11.如何判断填料萃取塔是否发生液泛？ 【答案】可以通过观察压力降、液体流速、相界面高度等参数的变化来判断是否发生液泛。当压力降急剧增大、液体流速异常升高、相界面高度难以控制时，可能发生了液泛。例如，在操作过程中，如果发现压力计读数突然增大，且液体从塔顶或塔底溢出，很可能是发生了液泛。 12.为防止填料萃取塔出现返混，在设计和操作时应注意哪些问题？ 【答案】在设计时，应选择合适的填料类型和尺寸，以优化流体的流动状态。在操作时，控制流速、振动频率和分散相的选择，避免过度搅拌。例如，采用具有良好传质性能和较低返混倾向的填料；控制流速在液泛速度以下，避免流体流动过于剧烈；根据体系特性选择合适的分散相，以减少返混的发生。 [学法建议] 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。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$