1. Định nghĩa quá trình trích ly ?
2. Nêu một sốứng dụng về quá trình trích ly trong đời sống và sản xuất ? 3. Nêu một số hệ 3 pha phổ biến được sử dụng trong quá trình trích ly ? 4. Trình bày các yêu cầu để lựa chọn dung môi trích ly.
5. Tại sao khi lựa chọn dung môi trích ly thì tính chất hòa tan chọn lọc lại được chú trọng nhất ?
6. Giải thích tại sao khối lượng riêng dung môi trích ly và dung dịch trích ly phải khác xa nhau ?
7. Vẽ sơđồ nguyên lý của quá trình trích ly ?
8. Trình bày các giai đoạn của một quá trình trích ly ?
9. Trong 3 giai đoạn của quá trình trích ly, hãy xác định xem giai đoạn nào là giai
đoạn quyết định đến năng suất và hiệu suất của toàn quá trình ? 10. Nhiệt độ có ảnh hưởng gì đến quá trình trích ly không ?
11. Phân tích ưu nhược điểm của quá trình trích ly với quá trình chưng cất ? 12. Vẽ sơđồ quá trình trích ly, chú thích đầy đủđường đi, các pha.
13. Thuyết minh quy trình trích ly 1 bậc cơ bản ? 14. Thuyết minh quy trình trích ly 3 bậc giao chiều ? 15. Thuyết minh quy trình trích ly 2 bậc ngược chiều ?
16. Pha raphinat là gì, pha trích là gì ? Thành phần định tính trong từng pha này ? 17. Dùng dung môi S để trích ly cấu tử A trong dung dịch A – B. Hãy xác định thành
phần của pha trích và pha raphinat sau khi trích. Trong pha raphinat có chứa cấu tử
dung môi S hay không ? Tại sao ?
18. Nêu ý nghĩa và cách sử dụng đối với đồ thị tam giác. 19. Trên giản đồ tam giác của 3 cấu tử A,B,C hãy xác định:
a. Vị trí điểm M là hỗn hợp chứa 30% A, 50% B , 20% C b. Vị trí N là hỗn hợp chứa 25% A và 75% C.
20. Tương tự câu 15 hãy xác định:
a. Vị trí K là hỗn hợp trộn lẫn của M và N với tỉ lệ 1:1 b. Vị trí P là hỗn hợp trỗn lẫn của 80% M và 20% N c. Vị trí Q là hỗn hợp trộn lẫn của B nguyên chất và P
21. Dùng dung môi S để trích ly cấu tử A trong dung dịch A – B. Hãy xác định trên giản đồ tam giác bên dưới:
a. Vị trí F là hỗn hợp A – B ban đầu chứa 20% A.
b. Vị trí điểm S là hỗn hợp dung môi được hoàn nguyên trong quá trình tách chứa 98% S và 2% A.
22. Tương tự câu 21, hãy xác định:
a. Xác định thành phần của pha trích và pha raphinat khi trích ly một bậc. b. Xác định thành phần pha trong bậc thứ 1 của quá trình trích ly 3 bậc
ngược chiều
23. Xây dựng và viết phương trình cân vật chất của quá trình trích ly 1 bậc.
24. Xây dựng và viết phương trình cân vật chất của quá trình trích ly 2 bậc ngược chiều 25. Xây dựng và viết phương trình cân vật chất của quá trình trích ly 2 bậc chéo chiều. 26. Trình bày cách xác định số bậc trích ly ?
27. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp phun.
28. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp trích nghịch dòng có cánh khuấy 29. Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp gây chấn động
30. Hãy xác định lượng pha raphinat và pha trích thu được khi tiến hành trích ly một bậc 200kg acid axetic (chiếm 20% khối lượng) ra khỏi hỗn hợp nước và acid axetic bằng isopropyl ete ở 200C. Dung dịch trích sau khi tách dung môi chứa 75% khối lượng acid axetic, raphinat chứa 1% khối lượng. Biết tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu bằng 1.
Giải:
Lượng dung dịch nước – acid axetic ban đầu trước khi trích là
200 1000 0, 2 a F G F x = = = kg
Do tỷ lệ dung môi/ dung dịch đầu bằng 1 nê lượng dung môi được sử dụng là: S = F = 1000 kg
Áp dụng cân bằng vật chất cho thiết bị trích ly 1 bậc này ta được . F . S . R E.xE R E F S F x S x R x + = + + = +
Trong đó E và R là lượng pha trích và pha raphinat sau khi trích
A
S B B
Thế số liệu vào hệ phương trình trên ta được 1000 1000 2000 1000.0, 2 0 .0, 01 E.0, 75 R E R + = + = + = + hay 2000 0, 01 0, 75E 200 R E R + = + =
Giải hệ phương trình trên ta tìm được
243, 2 1756,8 E kg R kg = =
Vậy lượng pha trích và pha raphinat sau khi trích lần lượt là 243,2 kg và 1756,8 kg.
31. Cho dung dịch nước chứa 30% (kh.l) axeton chuyển động theo sơđồ chéo dòng để
trích ly axeton bằng clorua benzen ở 250C, 1 atm. Hãy xác định: a. Số bậc cần tiến hành để còn sót 2 % axeton trong nước cái R? b. Lượng dung môi cần dùng để trích ly 300 kg dung dịch đầu? c. Lượng chất chiết được?
Biết: Tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1
Giải:
Để dễ dàng hơn ta đặt lại tên hệ 3 pha này là N-A-C tương ứng với N và nước, A là aceton và C là clorobenzen. Từ bảng số liệu cân bằng pha của hệ 3 cấu tử nước – axeton – clorobenzen ta xây dựng đồ thị tam giác như hình bên dưới:
a. Xác định số bậc trích ly:
Từ đồ thị tam giác, trên cạnh NA ta lấy điểm F đặc trưng cho nguyên liệu ban
đầu chứa 30% aceton. Áp dụng quy tắc đòn bẫy ta tìm được điểm F này nằm bên phía N. Nối F với C, trên đoạn FC này ta xác định điểm M1 là hỗn hợp của nguyên liệu đầu F và dung môi chiết nguyên chất C. Do đề bài cho tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 nên M1 chính là trung điểm của đoạn FC
Từ M1 theo các đường nội suy mà ta xây dựng đồ thị tam giác lúc đầu, ta xác định
được vị trí pha trích E1 và pha raphinat R1. Ta thấy nồng độ pha raphinat tại điểm R1 còn lớn hơn 2% nên ta tính hành trích thêm bậc nữa. Do đề bài yêu cầu trích ly chéo chiều nên sẽ bổ sung thêm một lượng dung môi trích C mới, nên ta nối R1 với C thành
đoạn R1C. Tương tự trên do tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 nên vị trí M2 đặc trưng cho hỗn hợp raphinat 1 và dung môi chính là trung điểm của R1M.
Từ M2 theo các đường nội suy mà ta xây dựng đồ thị tam giác lúc đầu, ta xác định
được vị trí pha trích E2 và pha raphinat R2. Ta thấy nồng độ pha raphinat tại điểm R2 vẫn còn lớn hơn 2% nên ta tính tục lập lại quá trình xây dựng như trên đến khi nồng
độ aceton trong pha raphinat cuối cùng nhỏ hơn hoặc bằng 2%.
Cuối cùng, sau khi xây dựng xong ta xác định được số bậc trích ly cho quá trình này là n = 3.
b. Xác định lượng dung môi cần thiết
Như ta đã tiến hành xây dựng đồ thị trích ly chéo dòng cho quá trình trích ly trên và đã xác định được số bậc trích ly là 3 nên lượng dung môi thêm vào trong mỗi bậc trích lần lượt được ký hiệu là S1, S2 và S3. A N C A C R1 F R2 N M1 M2 M3 E1 E3 E2 R3
- Đối với bậc 1
Như ta đã biết S1 = F = 300 kg
Suy ra M1 = F + S1 = 300 + 300 = 600 kg Cân bằng vật chất cho bậc thứ 1 này ta có
M1 = E1 + R1 (1)
Mặt khác, khi áp dụng quy tắc đòn bẫy cho đoạn R1E1 ta thu được:
1 1 11 1 1 1 1 1
E R M
R = M E (2)
Từđồ thì ta xác định được rằng R M1 1=50,5 và M E1 1=34,0 (3) Ta giải hệ phương trình (1), (2) và (3) thu được kết quả như sau
11 1 241, 4 358,6 R kg E kg = =
- Tương tự cho bậc thứ 2 ta được: M2 = R1 + S2
Do S2 = R1 = 241,4 kg suy ra M2 = 2.241,4 = 482,8 kg
Áp dụng cân bằng vật chất và quy tắc cho đòn bẫy cho bậc thứ 2 này ta được
2 2 2 2 2 2 2 2 2 482,8 50,0 42,7 E R M E R M R M E + = = = = Suy ra 2 2 260,5 222, 4 E kg R kg = =
- Tương tự cho bậc thứ 3 ta được: M3 = R2 + S3
Do S3 = R2 = 222,4 kg suy ra M2 = 2.222,4 = 444,8 kg
Áp dụng cân bằng vật chất và quy tắc cho đòn bẫy cho bậc thứ 2 này ta được
3 3 3 3 3 3 3 3 3 444,8 49,96 46, 25 E R M E R M R M E + = = = = Suy ra 3 3 231,0 213,8 E kg R kg = =
Vậy lượng dung môi cần sử dụng là
S = S1 + S2 + S3 = 300 + 241,4 + 222,4 = 763,8 kg c. Lượng chất chiết được:
Lượng pha trích thu được E = E1 + E2 + E3 = 358,6 + 260,5 + 213,8 = 832,9 kg Nồng độ aceton trong từng pha trích được xác định trên đồ thị lần lượt là:
Bậc 1: 84,2 % Bậc 2: 93,2 % Bậc 3: 96,7 %
Vậy lượng chất chiết được là:
GA = 358,6.0,842 + 260,5.0,932 + 213,8.0,967 = 751,5 kg Nồng độ trung bình của dịch chiết là:
751,5 90, 2 832,9 A A G x E = = = %
32. Aceton được trích ly từ dung dịch aceton – nước chứa 30% khối lượng aceton bằng dung dịch clobenzen. Pha raphinat còn lại chứa không quá 2% khối lượng aceton. Lượng hỗn hợp ban đầu có khối lượng 500kg, nhiệt độ 200C. Quá trình trích ly ngược chiều. Hãy xác định:
a. Số bậc trích ly
b. Lượng dung môi cần thiết c. Lượng pha trích thu được Biết tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu bằng 1 Giải:
a. Xác định số bậc trích ly:
Từ đồ thị tam giác, trên cạnh NA ta lấy điểm F đặc trưng cho nguyên liệu ban
đầu chứa 30% aceton. Áp dụng quy tắc đòn bẫy ta tìm được điểm F này nằm bên phía N. Nối F với C, trên đoạn FC này ta xác định điểm M là hỗn hợp của nguyên liệu đầu F và dung môi chiết nguyên chất C. Do đề bài cho tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 nên M chính là trung điểm của đoạn FC
Từ nồng độ pha raphinat cuối tại điểm R là 2%, ta nối RM cắt đường cân bằng tại E. Kéo dài FE và RC, chúng sẽ cắt nhau tại một điểm chung gọi là điểm cực P.
Điểm P chính là giao điểm chung của tất cả các tia đi qua những điểm đặc trưng cho thành phần chất tinh khiết trên bậc bất kỳ và thành phần trích ly trên bậc tiếp theo.
Từđương nội suy, tại E ta nội suy ra được đường ER1, nối P với R1 ta được bậc rích ly thứ 2. Tương tựđến khi nồng độ vềđến vị trí R. Cuối cùng, sau khi xây dựng xong ta xác định được số bậc trích ly cho quá trình này là n = 3.
b. Xác định lượng dung môi cần thiết
Do đặc trưng của quá trình trích ly ngược chiều là lượng dung môi trích ban đầu thực hiện xuyên suốt quá trình mà không thêm vào nữa như quá trình trích ly chéo dòng. Mặt khác theo đề bài thì tỉ lệ dung môi/ dung dịch đầu bằng 1 nên S = F = 1000 kg
c. Lượng chất chiết được:
Lượng pha trích được tính theo công thức
E E M F S G G RM G =G +G = RE Suy ra: (1000 1000).57,3 1295,0 88,5 E G = + = kg
33. Người ta cần chiết axetalđehit từ dung dịch nước chứa 50% khối lượng axtalđehit bằng dung môi thứ cấp S ở 293K theo phương pháp ngược dòng sao cho hàm
lượng axetaldehit giảm xuống còn 5%. Tốc độ dòng của hỗn hợp là 0,025 kg/s, lượng dung môi thứ cấp đưa vào tương đương với khối lượng hỗn hợp đầu vào Hãy xác định số bậc tách cần thiết cho yêu cầu tách nói trên, suất lượng 2 pha trong bậc chiết thứ nhất. Giản đồ tam giác cân bằng pha của hệ ở 293K thể hiện ở hình bên dưới
ĐS: n = 4 bậc; R1 = 0,03 kg/s; E1 = 0,02 kg/s
34. Người ta cần chiết axetalđehit từ dung dịch nước chứa 30% khối lượng axtalđehit bằng dung môi thứ cấp S ở 293K theo phương pháp ngược dòng sao cho hàm lượng axetaldehit giảm xuống còn 4%. Tốc độ dòng của hỗn hợp là 0,022 kg/s, lượng dung môi thứ cấp đưa vào tương đương với khối lượng hỗn hợp đầu vào. Hãy xác định số bậc tách cần thiết cho yêu cầu tách nói trên, suất lượng 2 pha trong bậc chiết thứ nhất.
ĐS: n = 3 bậc; E1 = 0,0223 kg/s; R1 = 0,021 kg/s
35. Để chiết axetalđehit từ dung dịch nước chứa 40% khối lượng axtalđehit bằng dung môi thứ cấp S ở 293K theo phương pháp ngược dòng sao cho hàm lượng axetaldehit giảm xuống còn 5%. Tốc độ dòng của hỗn hợp là 1500 kg/h, lượng dung môi thứ cấp đưa vào tương đương với khối lượng hỗn hợp đầu vào. Hãy xác
định số bậc tách cần thiết cho yêu cầu tách nói trên, suất lượng 2 pha trong bậc chiết thứ nhất.
ĐS: n = 4 bậc; E1 = 1846,2 kg/h; R1 = 1153,8 kg/h
36. Người ta cần chiết axetalđehit từ dung dịch nước chứa 20% khối lượng axtalđehit bằng dung môi thứ cấp S ở 293K theo phương pháp ngược dòng sao cho hàm lượng axetaldehit giảm xuống còn 3%. Tốc độ dòng của hỗn hợp là 3500 kg/h, lượng dung môi thứ cấp đưa vào tương đương với khối lượng hỗn hợp đầu vào.
Hãy xác định số bậc tách cần thiết cho yêu cầu tách nói trên, suất lượng 2 pha trong bậc chiết thứ nhất.
ĐS: n = 3 bậc; E1 = 3571,4 kg/h; R1 = 3428,6 kg/h
37. Để chiết tách axetalđehit từ dung dịch nước chứa 35% khối lượng axtalđehit bằng dung môi thứ cấp S ở 293K theo phương pháp ngược dòng sao cho hàm lượng axetaldehit giảm xuống còn 5%. Tốc độ dòng của hỗn hợp là 72 tấn/ngày đêm, lượng dung môi thứ cấp đưa vào tương đương với khối lượng hỗn hợp đầu vào. Hãy xác định số bậc tách cần thiết cho yêu cầu tách nói trên, suất lượng 2 pha trong bậc chiết thứ nhất.
ĐS: n = 3 bậc; E1 = 3658,5 kg/h; R1 = 2341,5 kg/h
38. Cho dung dịch nước chứa 50% (kh.l) axeton chuyển động theo sơđồ chéo dòng để
trích ly axeton bằng clorua benzen ở 250C, 1 atm. Hãy xác định:
a. Số bậc cần tiến hành để còn sót 2% axeton trong nước cái R? b. Lượng dung môi cần dùng để trích ly 1500 kg dung dịch đầu? c. Lượng chất chiết được?
Biết: Tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 ĐS: a. n = 4 bậc
b. S = 2886,7 kg c. G = 75,5 kg
39. Cho dung dịch nước chứa 40% (kh.l) axeton chuyển động theo sơđồ chéo dòng để
trích ly axeton bằng clorua benzen ở 250C, 1 atm. Hãy xác định:
a. Số bậc cần tiến hành để còn sót 5% axeton trong nước cái R? b. Lượng dung môi cần dùng để trích ly 500 kg dung dịch đầu? c. Lượng chất chiết được?
Biết: Tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 ĐS: a. n = 3 bậc
b. S = 1045,6 kg c. G = 190 kg
40. Cho dung dịch nước chứa 45% (kh.l) axeton chuyển động theo sơđồ chéo dòng để
trích ly axeton bằng clorua benzen ở 250C, 1 atm. Hãy xác định:
a. Số bậc cần tiến hành để còn sót 3% axeton trong nước cái R? b. Lượng dung môi cần dùng để trích ly 2500 kg dung dịch đầu? c. Lượng chất chiết được?
Biết: Tỷ lệ dung môi/dung dịch đầu trên mỗi bậc đều bằng 1 ĐS: a. n = 4 bậc
b. S = 4725,3 kg c. G = 1055 kg
41. Cho dung dịch nước chứa 30% (kh.l) axeton chuyển động theo sơđồ chéo dòng để
a. Số bậc cần tiến hành để còn sót 2% axeton trong nước cái R? b. Lượng dung môi cần dùng để trích ly 300 kg dung dịch đầu?