专题十七 认知萃取装置（讲义）-《化工单元操作》（化工社） 专题复习讲练测

专题十七 认知萃取装置（教案）-《化工单元操作》化工社-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.准确理解萃取的概念，能够清晰阐述其原理及特点。对萃取的分类方法要熟知，包括按不同标准进行的分类。 2.了解各种萃取设备的种类，掌握不同设备的优缺点和适用范围，能根据具体工艺要求选择合适的萃取设备。 3.牢固掌握物料衡算的基本原理和方法，能够根据具体条件进行萃取过程的物料衡算。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、萃取 萃取是指在欲分离的液体混合物中加入一种适宜的溶剂，使其形成两液相系统，利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质，易溶的组分较多地进入溶剂相，从而实现了混合液的分离。 通常，萃取可以分为液液萃取和固液萃取两种。液液萃取是利用均相液体混合物中各组分在某溶剂中溶解度的差异来实现分离的一种单元操作；固液萃取是利用溶剂分离固体混合物组分的方法，也称为浸取。 二、物料衡算与杠杆定律 设有组成为 的溶液R，及组成为的溶液E，若将两溶液相混，混合物总量为M，其组成为 ，组成如图7-2中的M点表示。 则总物料衡算式及组分A 、组分S的物料衡算式为： 三、平衡联结线 互成平衡的两相称为共轭相，如图7-3中萃余相与萃取相中水平对应的每组数据，在相图中都有其对应的状态点E和R，联结对应两点的连线ER称为平衡联结线。 通常平衡联结线都不相互平行，各条联结线的斜率随混合液的组成而异。一般情况下各联结线是按同一方向缓慢改变其斜率，但有少数体系当混合液组成改变时，联结线斜率改变较大，能从正到负，在某一组成联结线可能为水平线。 四、单级萃取流程 由图7-4可知，单级萃取不能对原料液进行较完全的分离。但因其流程简单，在工业生产中仍广泛采用，尤其适用于萃取剂分离能力大或分离要求不高时。 五、多级萃取流程 多级萃取常见的流程有两种：多级错流萃取与多级逆流萃取。 多级错流萃取流程是将若干个单级接触萃取器串联使用，并在每一级中加入新鲜萃取剂，理论上只要级数足够，此流程可获得含溶质组分很少的萃余液R'，萃取效果好。但是，萃取剂耗用量大，回收费用高，常适用于萃取剂为水且无需回收的情况。 多级逆流萃取流程是将原料液和萃取剂以相反方向流过各级，其萃取效果良好，可得含溶质浓度高的萃取液E'和含溶质浓度低的萃余液R’，所用萃取剂的耗用量比错流流程大为减少，适用于当原料液中两组分均为过程的产物，且工艺要求将其进行较彻底的分离的情况。 六、萃取设备的种类 1.混合-澄清槽 混合-澄清槽是典型的逐级接触式萃取设备，每一级包含混合器和澄清槽两部分，可单级使用也可多级组合。因为混合器中常设有搅拌器，可将液体破碎成液滴分散于另一液相中，增大了两相接触面积，故而传质效率好、操作方便，但其缺点是占地面积大、操作和设备费用比较大，适用于处理含有固体悬浮物的物系。 2.筛板翠取塔 筛板萃取塔属于逐级接触式萃取设备，类似于筛板蒸馏塔，但其筛板的孔径比蒸馏塔小，板间间距稍异于蒸馏塔，其结构简单、价格低廉，但是级效率较低，只适用于所需理论级数少、分离要求低、处理量较大以及物系具有腐蚀性的场合，例如芳烃萃取。 3.离心萃取机 离心萃取机是利用高速旋转具有螺旋形通道的转鼓所产生的离心力，使密度差很小的轻、重两相或黏度很大、接触状况不佳的两相以很大的相对速度逆流流动，密切接触，并能有效分层。显著特点是设备体积小、物料停留时间短、分离效果高，但结构复杂、操作费用高，适用于两相密度差小、要求操作停留时间短、处理量小的场合，例如抗生素的萃取过程中常采用此种设备。 [真题练讲] 1.（2019年浙江省统一考试）萃取操作只能发生在混合物系的( )。 A.单相区  B.二相区  C.三相区  D.平衡区 【答案】B。 【解析】萃取是利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度差异来实现分离，只有在两相区，两种溶剂共存，溶质才能够在两相之间进行转移，从而实现萃取操作。在单相区无法进行萃取，三相区通常比较少见且不是萃取发生的必要条件，平衡区的说法比较宽泛，而萃取明确发生在二相区。 2.（2023年浙江省统一考试）混合溶液中待分离组分浓度很低时，一般采用( )的分离方法。 A.过滤  B.吸收  C.萃取  D.离心分离 【答案】C。 【解析】当混合溶液中待分离组分浓度很低时，采用萃取的方法较为合适。萃取可以利用溶质在不同溶剂中的溶解度差异，有效地将低浓度的溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中实现分离。 3.（2021年浙江省统一考试）在表示萃取平衡组成的三角形相图上，顶点处表示( )。 A.纯组分  B.一元混合物  C.二元混合物  D.无法判断 【答案】A。 【解析】在表示萃取平衡组成的三角形相图上，顶点处代表纯组分。三角形的三个顶点分别对应三种纯物质，而边代表二元混合物，三角形内部区域代表三元混合物组成情况。 4.（2021年安徽省统一考试）填料萃取塔的结构与吸收和精馏使用的填料塔基本相同，在塔内装填充物，( )。 A.连续相充满整个塔中，分散相以滴状通过连续相 B.分散相充满整个塔中，连续相以滴状通过分散相 C.连续相和分散相充满整个塔中，使分散相以滴状通过连续相  D.连续相和分散相充满整个塔中，使连续相以滴状通过分散相 【答案】A。 【解析】在填料萃取塔中，通常连续相充满整个塔中，分散相以滴状通过连续相。这样的结构有利于两相之间的接触和物质传递，实现萃取分离的目的。 5.（2022年陕西省统一考试）当萃取操作的温度升高时，在三元相图中，两相区的面积将( )。 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，当萃取操作的温度升高时，溶质在两种溶剂中的溶解度差异可能会减小，从而使得两相区的面积减小。因为温度升高可能会使各物质的互溶性增强，不利于形成明显的两相，所以两相区面积会减小。 [限时练讲] 1.对于密度差小的体系，适合选择的萃取设备是（  ）。 A.混合-澄清槽 B.筛板萃取塔 C.填料萃取塔 D.离心萃取塔 【答案】B。 【解析】筛板萃取塔适用于处理量大、密度差小的体系。混合-澄清槽、填料萃取塔和离心萃取塔在密度差小的情况下不一定是最佳选择。 2.当需要处理含固体颗粒的物料时，不宜选择的萃取设备是（  ）。 A.喷洒萃取塔 B.脉冲填料萃取塔 C.离心萃取塔 D.转盘萃取塔 【答案】C。 【解析】离心萃取塔不适合处理含固体颗粒的物料。喷洒萃取塔、脉冲填料萃取塔和转盘萃取塔在一定条件下可以处理含固体颗粒的物料 3.萃取在制药行业中的应用主要是（  ）。 A.提取有效成分 B.分离杂质 C.合成药物 D.干燥药物 【答案】A。 【解析】萃取在制药行业主要用于提取有效成分。分离杂质不是主要应用，合成药物和干燥药物不是萃取的作用。 4.三角形相图中，两相区的判断依据是（  ）。 A.顶点的位置 B.边的长度 C.区域的形状 D.组成点的位置 【答案】D。 【解析】根据组成点在三角形相图上的位置来判断是否处于两相区。 5.平衡联结线越短，说明（  ）。 A.两相组成差异越小 B.两相组成差异越大 C.萃取效果越好 D.萃取效果越差 【答案】A。 【解析】平衡联结线越短，两相组成差异越小。但不能直接说明萃取效果的好坏。 6.选择系数接近1时，说明（  ）。 A.萃取剂的选择性很差 B.萃取剂的选择性较好 C.萃取无法进行 D.萃取设备不合适 【答案】A。 【解析】选择系数接近1，说明萃取剂对溶质的选择性很差。 7.工业中常用的萃取剂应具备的特点是（  ）。 A.溶解度大、选择性好、毒性小 B.价格便宜、易挥发、无毒 C.密度大、粘度高、稳定性好 D.腐蚀性强、沸点高、易回收 【答案】A。 【解析】工业中常用的萃取剂应溶解度大、选择性好、毒性小。价格便宜、易挥发、无毒不是所有萃取剂都具备的特点；密度大、粘度高、稳定性好不一定是优点；腐蚀性强不是优点。 8.请简述萃取的概念。 【答案】萃取是利用溶质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度差异，使溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中，从而实现分离的一种方法。例如，用有机溶剂从水溶液中提取某种溶质。 9.溶解度曲线对萃取有何影响？ 【答案】溶解度曲线可以反映溶质在不同溶剂中的溶解度随温度等条件的变化情况。在萃取中，可根据溶解度曲线选择合适的溶剂和操作条件，提高萃取效率。 10.多级逆流萃取有什么特点？ 【答案】多级逆流萃取中，原料液与萃取剂逆流接触。具有较高的分离效率，能充分利用萃取剂，减少溶剂用量，适用于对分离要求较高的场合。 11.混合-澄清槽由哪些部分组成？ 【答案】混合-澄清槽由混合室和澄清室组成。在混合室中，原料液和萃取剂充分混合；在澄清室中，混合相静置分层，形成萃取相和萃余相。 12.筛板萃取塔的工作原理是什么？ 【答案】筛板萃取塔中，液体通过筛板上的小孔形成分散相和连续相，两相在塔内逆流接触进行传质。利用筛板增加两相的接触面积，提高传质效率。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.萃取可以分为液液萃取和固液萃取两种。 2.常见溶液组成表示方法有质量分数、摩尔分数和体积分数三种形式。 3.分配系数一般不是常数，其值随组成和温度而异。分配系数越大，表示萃取组分在萃取相中的含量越高，萃取越容易进行。 4.根据分离的工艺要求不同，萃取流程有单级和多级之分。 5.根据两液相接触方式，萃取设备可分为逐级接触式和微分接触式两类，而每一类又可分为有外加能量和无外加能量两种。 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 $$