金属萃取剂萃取原理
萃取剂主要在有色金属湿法冶金行业应用广泛,比如铜、锌、钴镍、镉、金银、铂系金属、稀土等行业。
（三诺化工）金属萃取剂主要是一些常见的如磷酸、铵盐、苯等七种的氢离子或者羟基被一些长链烷基给取代。金属与这些萃取剂结合，就会变成金属有机化合物，而溶解于有机溶剂中。由于各种金属与这些萃取剂的结合能力不同，而导致这些萃取剂萃取金属的顺序不同，从而分离这些金属离子。
金属萃取剂萃取原理：利用两种互不相溶互不反应（微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。
笔者的理解是，无机离子一般易溶于水相，有机物易溶于有机相。比如说，氯离子，钙离子等都易溶于水，脂类易溶于丙酮或者醚类（乙醚石油醚）。有机相溶于醇类，但醇类中含有氢键有易溶于水。
溶剂萃取是基于有机溶剂对不同的金属离子具有不同的溶解因而对溶液中的金属离子可以进行富集与分离。例如含有机剂的有机相与含有金属离子的溶液相（也称水相）互相接触时，由于金属离子在两相中的溶解度不同而重新分配，从而实现一种金属在有机相中的富集并与其他杂质分离。
现以一种名为N-510的萃取剂对含铜溶液的萃取为例，来说明萃取的机理。N-510为羟肟型萃取剂，全名叫2羟基-5仲辛基二甲苯甲酮肟，分子量为325。结构式为：
萃取时，它能与铜离子生成金属鳌合物，使铜被萃取，并析出氢离子。其反应可用下式表示：Cu2+（水相）＋2RH（有机相）== CuR（有机相）＋2H+（水相）
上式反应是可逆的，在弱酸性介质中，由于反应生成的金属螯合物稳定性好，反应向右进行，即萃取反应。在强酸性介质中，上述反应向左进行，即鳌合物的金属离子将会由有机相转入水相，有机相能获得再生，这叫“反萃取”反应。
高分子金属配合物催化剂的合成 摘要：催化剂可以分为均相催化剂和多相催化剂。均相催化剂如金属配合物、有机金属配合物在最近几十年内受到催化科学界的广泛关注。新的均相催化体系的应用使得一些新的生产工艺应运而生。这些工艺操作条件温和，选择性高。然而，在大规模生产中均相催化剂存在着难回收、不稳定、有腐蚀性的缺点。大多数的多相催化剂在高温、高压下才能较好地发挥催化作用，并且其选择性、活性较弱。因此，人们开始设想通过高分子负载的方法转化均相催化剂使之兼具二者的优点。本文主要介绍高分子金属催化剂的合成、高分子效应及其应用。 关键词：催化剂；配合物；高分子；合成；高分子效应 1、简介 近几十年来，均相催化剂由于其较高的催化活性受到了科学界和工业界的广泛重视与应用，但均相反应的催化剂一般来说存在价格昂贵、易流失、较难回收操作等缺点；另一方面，均相催化剂往往要使用重金属离子，这样既会对产物和反应后处理过程造成污染，又使得反应的催化剂难于回收，导致均相催化剂在有机合成和工业上的应用受到了很大的限制。多相催化剂虽然回收简单，但是，机理研究比价复杂，选择性和活性较低。因此寻找能够重复使用且回收操作简单的催化剂成为有机催化反应领域的研究热点之一。1963年，Merrifield和Letstinger等人[1, 2]首次将聚苯乙烯引入到多肽和低聚糖的合成中，开创了高分子化合物在有机合成中应用的先例。近年来，高分子负载型催化剂得到了迅猛发展。高分子催化剂集合了多相催化剂、均相催化剂的优点[3]。其具有较高的催化活性、立体选择性、较好的稳定性和重复使用性能，并且后处理简单，在反应完成后可方便地借助固-液分离方法将高分子催化剂与反应体系中其他组分分离、再生和重复使用，可降低成本和减少环境污染[4]。杨小暾与江英彦[3]指出，若将多相催化剂、均相催化剂视为第一代、第二代催化剂，那么高分子金属络合物催化剂就是第三代催化剂。 研究表明高分子不仅是负载金属催化剂的惰性载体，而且还可以对催化剂的活性中心进行修饰，并使催化剂的结构发生变化，形成通常在小分子配合物中很难看到的特殊结构，从而影响催化剂的催化反应过程，即同种金属使用不同的载体所得到的化剂其催化活性可能相差很大。此为高分子的基体效应。本文主要介绍高分子金属催化剂的合成、
1.、在逆流连续操作的塔内，以水为萃取剂从丙酮--苯混合液内提取丙酮。苯与水可视作完全不互溶。在操作条件下，丙酮在水和苯中以质量比为基准的分配系数为0.65，即:Y= 0.65X，原料的流率为1200kg/h，其中含丙酮0.35(质量分率，下同)，要求萃余相中丙酮含量不大于0.06。若用水量为最小量的1.6倍，试求水的实际用量kg/h。 解：Z F=0.35/(1-0.35)=0.54 Z N=0.06/(1-0.06)=0.064 Ymax=0.65×0.54=0.351 (B/S)min=(Ymax-Z)/(Z F-Z N)=(0.351-0)/(0.54-0.064)=0.74 (S/B)min=1/0.74=1.35 Smin=1.35×1200=1620 实际用水量S=1.6×1620=2592 kg/h 2、在B-S部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A与稀释剂B的质量比为40：60。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比为1，脱除溶剂后萃余液浓度X A°=0.3(质量分率)，选择性系数β=8。试求萃取液量E°为多少kg? 解：萃取液浓度y A°=(βX A°)/[1＋(β-1)X A°]=8×0.3/(1＋7×0.3)=0.774 X F=40/(40＋60)=0.4 又S=F=200 kg 据物料衡算(杠杆法则)： E°=F×(X F-X A°)/(Y A°-X A°)=200×(0.4-0.3)/(0.774-0.3)=42.2 3、使用纯溶剂S对A、B混合液作萃取分离。在操作范围内，S-B不互溶，平衡关系Y A= 1.2X A(Y、X均为比质量分率)，要求最终萃余相中萃余分率φR=0.05。试求用单级萃取时，每kg稀释剂B中，溶剂S消耗量kg。 解：φR=(BX)/(BX F)=X/X F∴X=X FφR Y=KX=KφR X F 物料衡算：SY=B(X F-X) ∴ S/B=(X F-X)/Y=X F(1-φR)/(KφR X F)=(1-0.05)/(1.2×0.05)=15.83 kgS/kgB 4、用纯溶剂S进行单级萃取，X F=0.15(质量分率，下同)。 萃取相中A的浓度与萃余相中A 的浓度相同。采用溶剂比为1。 试求: ⑴选择性系数β； ⑵当溶剂用量为最少时, 求萃取液浓度y A°。(设所涉及范 围内分配系数K A均相同) 解：(1) ∵y A=x A∴k A= y A/x A= 1 又S/F = 1 5、连FS取中点即M点， 过M点作ER平行于BS，脱溶 剂S后得x A°=0.1 y A°=0.5 ∴选择性系数 β=[y A°/(1-y A°)]/[x A°/(1-x A°)]=[0.5/(1-0.5)]/[0.1/(1-0.1)]=9 (2)联点S、F,与平衡线交于M'点,过M'点作平行于BS(虚线所示)的线,与平衡线交于点E'连S、E'两点延伸到AB上得y A°=0.7
第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为 3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 绝热砖层厚度2b 的计算 每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为 习题4-1附图 习题4-3附图 习题4-4附图
重金属离子污染 水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子）是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。 镉:自1995年起，居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节疼痛，后来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常痛得直喊“痛……”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折。一些人痛不欲生，自杀身亡。经过调查，造成这种骨痛病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病。 汞: 五十年代初期，在日本九州熊本县水俣镇，由于人食用受甲基汞毒害的鱼类而导致甲基汞中毒，导致中毒者283人，其中60人死亡。症状：口齿不清、步履不稳、面部痴呆进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后精神失常，身体弯曲至死亡。其产生的原因是由于工厂生产氯乙烯和醋酸乙烯时采用氯化汞、硫酸、催化剂，把含有机汞的废水、废渣排入水俣湾，使鱼、贝壳类受污染。 锰: 四十多年前，日本有个村庄发生了一起可怕的集体“发疯”事件，有16个村民突然一起“发疯”了。这些“疯子”一会儿哭哭啼啼，一会儿又哈哈大笑；发作时两手乱摇，颤抖不止，而下肢发硬直，如此反复发作，直至“疯死”。这起集体“发疯”事件经多方研究调查，发现这些人喝的是同一口水井中的水，考察水井，又在旁边挖出了大量废旧、破烂的干电池。原来这是水井的水受干电池中某些有害成份污染而造成的。据环境科学研究表明，废旧干电池中的锌、二氧化锰等成分长期埋在地下，会
第七章干燥 湿空气的性质 I 1.01 1.88H t 2492H 的下列各参数：(1)湿度H; (2)饱和湿度 H s ; (3)露点t d ; (4)焓I ; (5)空气中的水汽 分压P V o 解 总压 p 101.33kPa,t 303K 30C, 0.7 (1) 30 C 时，水的饱和蒸气压 p s 4.241kPa 湿度 H 0.622 — -P ^ 0.622 0.7 4.241 0.0188?g 水/ kg 干气 P P s 101.33 0.7 4.241 ⑵饱和湿度 H s 0.622 Ps 4.241 0.622 0.0272kg 水/ kg 干气 P P s 101.33 4.241 ⑶ 露点t d 时的饱和湿度 H s 0.0188kg 水/ kg 干气 H s 0.622— P P s pH s 101 33 0 0188 p s s . 2.97kPa 0.622 H s 0.622 0.0188 从水的饱和蒸气压为查得水的饱和温度为 23.3 C,故空气的露点 t d 233C (4) t 30C, H 0.0188kg 水/ kg 干气时，空气的焓为 H 1.01 1.88H t 2492H =(1.01 1.88 0.0188) 30 2492 0.0188 78.2kJ/kg 干气 【7-1】湿空气的总压为 101.3kPa , (1) 试计算空气为 40C 、相对湿度为 60%时 的湿度与焓; (2)已知湿空气中水蒸气分压为, 求该空气在 50 C 时的相对湿度 与湿 度Ho (1 ) 湿空气总压 p 101.3kPa 0.6 , 40C 时水蒸气的饱和蒸气压 湿度 H 0.622 —p ^ 0.622 P P s P s 7.375kPa 0.6 7.375 101.3 0.6 7.375 °. 0284 ?水/kg 干 气 =(1.01 1.88 0.0284) 40 湿空气中水汽分压 2492 0.0284 113.3kJ/kg 50C 时水的饱和蒸气压 相对湿度 P V P s 湿度 H 0.622』 P I p v 9.3kPa P s 12.34kPa 鑰 0754 9.3 =0.622 P V 101.3 9.3 【7-2】空气的总压为，干球温度为 0.0629kg 水/ kg 干气 303K ，相对湿度 70%，试用计算式求空气
第六章金属催化剂催化作用 章节分配 一、金属催化剂重要类型及重要催化反应示例 二、乙烯环氧化催化作用 1. 乙烯环氧化工业催化剂 2. 乙烯环氧化反应机理 3. 乙烯环氧化中助催剂、促进剂的作用及新型催化剂 三、氨合成催化剂催化作用 1. 合成氨催化剂简况 2. 熔铁催化剂的结构 3. 各种助剂的作用及含量的最佳值范围 4. 氨合成铁催化剂活性中心模型及其作用机理 四、烃类催化重整催化剂作用原理 1. 催化重整反应及重整催化剂 2. 烃类在过渡金属上的吸附态及烃类脱氢 3. 催化重整作用机理 五、其他重要类型金属催化剂简介 1. 镍系催化剂 2. 裂解气中炔烃选择加氢催化剂 六、金属催化剂的电子迁移、d空穴与催化活性 七、多位理论的几何因素与能量因素 八、对多位理论及电子理论的评价 金属催化剂是固体催化剂中研究得最早、最深入，同时也是获得最广泛应用的一类催化剂，例如，氨的合成(Fe)和氧化(Pt)，有机化合物的加氢(Ni，Pd，Pt，等)、氢解(Os, Ru，Ni，等)和异构(Ir，Pt，等)，乙烯的氧化(Ag)，CO的加氢(Fe，
Co，Ni，Ru，等)以及汽车尾气的净化(Pt，Pd，等)等等。其主要特点是具有很高的催化活性和可以使多种键发生开裂。 (1) 自从上世纪P．Sabatier发现金属镍可催化苯加氢生成环己烷以来，迄今除金属催化剂以外，尚未发现过能催化这一反应的其它类型催化剂．又如，乙烷氢解对金属催化剂来说并非难事．然而除金属催化剂之外，也末发现可使乙烷加氢分解的别种催化剂，另外，如众所周知，F—T合成也只有在金属催化剂上才能进行等等．那么，金属催化剂之所以具有这种高的活性，其内在因素是什么? (2)所有金属催化剂几乎都是过渡金属，而且，金属催化剂的功能又都和d 轨道有关，这是为什么? (3)当过渡金属催化剂按其活性排列时，对每个反应都有自己独有的序列，即使对每类反应，至今也未发现它们有相同的序列，什么是决定这种序列的内在因素? (4)对一个反应来说，为什么同类金属又常常有明显不同的选择性? (5)对某些反应来说，单位表面积的催化活性决定于金属的晶面、金属晶粒的大小(如果金属是负载着的)，载体以及制法，为什么对活性有这种差别?又怎样和反应相联系? (6)由两种金属制成的合金催化剂，其催化功能随组分有强大变化，而且又明显地取决于所研究的反应，产生这些效果的原因是什么? 表6-1 金属催化剂类型(按制备方法划分)
第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为
4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义
当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为
根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，
［收稿日期］ ２００７－０５－２９；修回日期 ２００７－０９－２９ ［基金项目］ 云南省中青年学术技术带头人后备人才培养计划（２００６PY ０１－５０）；云南省应用基础研究计划项目（２００６E ００３２M ） ［作者简介］ 刘利梅（１９７８－），女，内蒙古商都县人，云南师范大学化学化工学院硕士研究生，主要研究方向为离子液体合成与应用；苏永庆 （１９６４－），男，云南昆明市人，云南师范大学化学化工学院教授，博士，E 唱mail ：su －yongqing ＠yahoo ．com 离子液体在金属离子萃取中的研究进展 刘利梅，苏永庆，李 琮，贺 飞，何永福，钟 云 （云南师范大学化学化工学院，昆明 ６５００９２） ［摘要］ 介绍了离子液体的定义，发展历史，性质等，重点阐述用于金属离子萃取的离子液体的性质、合成方法和发展方向。 ［关键词］ 离子液体；萃取；金属离子；绿色溶剂 ［中图分类号］ TQ ０２８畅３＋ ２ ［文献标识码］ A ［文章编号］ １００９－１７４２（２００７）１１－０１８７－０４ 随着人们环境保护意识的提高，传统的易挥发性有机溶剂给环境所造成的污染受到越来越多的关注。寻找无公害、对环境友好的绿色溶剂来代替传统有机溶剂已势在必行。近年来一种新型的物质———离子液体，受到化学家们的广泛关注。离子液体是离子态的有机物质，蒸气压极小，不易挥发，不易燃，对热稳定，是近年来绿色化学的热点研究领域之一；又因其独特的性质，在有机合成、物质分离［１］ 、 电化学 ［２］ 等领域的应用中显示了广阔的应用前景。 液液萃取分离过程作为一种有效的分离方法，应用的范围极为广泛，在传统的萃取操作过程中，萃取剂的选择通常是以萃取效果为衡量标准，对环境的影响考虑较少，致使大量使用挥发性强、易燃、易挥发、有一定毒性的有机溶剂，给环境带来了严重污染。按照绿色化学的思想，将来液液萃取分离过程必须使用绿色溶剂，从源头上消除传统有机萃取剂对环境的污染，把整个工艺过程变成绿色环保工艺 ［３］ 。 离子液体不可燃、不挥发且可溶解许多有机、无 机化合物，是新型萃取溶剂的发展方向。许多文献 ［４～６］ 报道了利用离子液体萃取水中的有机物、金 属离子的研究，结果表明离子液体作为萃取溶剂在液－液萃取中有极大的应用价值。文章即介绍室温离子液体对金属离子萃取分离方面的研究进展 情况。 1 离子液体简述 1．1 离子液体定义 离子液体是指呈液态的离子化合物，如熔融状态的氯化钠。离子化合物通常为无机金属化合物，在室温时都是固体，所以在以往的印象中离子液体必然是与高温相联系的，但高温状态下，物质活性大、易分解，很少作为反应或分离溶剂使用。另外，离子液体也不等同于电解质溶液，在这种液体中没有电中性的分子，完全由阴离子和阳离子组成。目前在学术界最为关注的所谓离子液体，是指在室温或者室温附近很大的温度范围内均为液态的离子化合物 ［７］ ，又称室温离子液体或室温熔融盐，即在室温 及相近温度下完全由离子组成的有机液体化合物。1．2 离子液体的发展历史简介 离子液体的历史［８］ 并不是很长，第一个有文献 记载的离子液体是在１９１４年发现的［EtNH ３］［NO ３］ （硝酸乙基胺） ［９］ ，熔点为１２℃，干燥时易爆炸。也 有一些学者认为第一个离子液体或者室温熔盐可以追溯到１９世纪中期，是在傅克反应中观察到的“红油”，当时这个发现并没有受到重视。１９４８年美国专利 ［１０～１２］ 报道了主要用于电镀领域的AlCl ３型离子 液体，他们把卤化乙基吡啶和无水AlCl ３混合时，制 7 81２００７年第９卷第１１期
七气液传质设备习题解答 1 解: 塔底压强=101+30=131[kn/m2], 在上此压强下水沸点为107℃ ,此温度下 ρG=18×131×273/×101×380)=[kg/m3] ρl=953[kg/m3] θ=[dyn/cm] μ=[cp] (ρl/ρG)1/2V l/V G=(ρG/ρl)1/2m l/m G =953)1/2×= H T=0.3m 当P148图11--6 ,C20= C=C200(σ/20)=20)= UF=C[(ρl-ρG)/ρG]=[/] =[m/s] U==×=2[m/s] 气体流量 : V G=m G/ρG==[m3/s] 塔的有效截面An(指塔版上可供气体通过的截面) An=V G/u=2=[m2] 塔的总截面为A,依题意0.9A=An , ∴A=An/==[m2] 塔截面为A,故塔径为D πD2/4=A D=(4A/π)=(4×=≈[m] 2 解: 已知a=, 86℃时, μ水=[cp]
μ甲醇=[cp] μaΩ=×+×=[cp] aμaΩ=×= 由图11--21查得总板效率E==42% 筛板塔增大10% 故得 E=×=46% 实际塔板数为(30-1)/E=29/=63 (釜算一块理论板) 塔板层高度为(63-1)×=[m] 3 解 : 校核液泛是否发生 气体通过筛孔压力降ho h O=(1/2g)(uo/Co)2ρG/ρl 式中:uo=[m/s] ,ρG=[kg/m3] ; ρl=953[kg/m3] 根据do/tp=4mm/2mm=2 ,由图11--9读出Co= ∴ho=(1/2953)=[m清液柱] 气体通过泡沫层压降e he=β(hw+how) 式中hw=0.05m ; β为充气系数,how为堰头高度。现先求β。它根据u AρG1/2 值从图中查取.u A为按工作面计算的气速: u A=V G/(A-2Ad)=××= [m/s] u AρG1/2== 由此查得β= 。 how=(V′l/lw)2/3 式中.V l为液体体积流量953)×3600=[m3/h] lw为堰长,lw=0.36 m(题给条件)
金属萃取剂萃取原理 萃取剂主要在有色金属湿法冶金行业应用广泛,比如铜、锌、钴镍、镉、金银、铂系金属、稀土等行业。 （三诺化工）金属萃取剂主要是一些常见的如磷酸、铵盐、苯等七种的氢离子或者羟基被一些长链烷基给取代。金属与这些萃取剂结合，就会变成金属有机化合物，而溶解于有机溶剂中。由于各种金属与这些萃取剂的结合能力不同，而导致这些萃取剂萃取金属的顺序不同，从而分离这些金属离子。 金属萃取剂萃取原理：利用两种互不相溶互不反应（微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。 笔者的理解是，无机离子一般易溶于水相，有机物易溶于有机相。比如说，氯离子，钙离子等都易溶于水，脂类易溶于丙酮或者醚类（乙醚石油醚）。有机相溶于醇类，但醇类中含有氢键有易溶于水。 溶剂萃取是基于有机溶剂对不同的金属离子具有不同的溶解因而对溶液中的金属离子可以进行富集与分离。例如含有机剂的有机相与含有金属离子的溶液相（也称水相）互相接触时，由于金属离子在两相中的溶解度不同而重新分配，从而实现一种金属在有机相中的富集并与其他杂质分离。 现以一种名为N-510的萃取剂对含铜溶液的萃取为例，来说明萃取的机理。N-510为羟肟型萃取剂，全名叫2羟基-5仲辛基二甲苯甲酮肟，分子量为325。结构式为： 萃取时，它能与铜离子生成金属鳌合物，使铜被萃取，并析出氢离子。其反应可用下式表示：Cu2+（水相）＋2RH（有机相）== CuR（有机相）＋2H+（水相） 上式反应是可逆的，在弱酸性介质中，由于反应生成的金属螯合物稳定性好，反应向右进行，即萃取反应。在强酸性介质中，上述反应向左进行，即鳌合物的金属离子将会由有机相转入水相，有机相能获得再生，这叫“反萃取”反应。
七气液传质设备 板式塔 3.1 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得99.9%的甲醇产品,塔底为99.8%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为0.7,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为0.82[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为1.24[kg/s] 3.2若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=6.3,水的粘度为0.33厘泊,甲醇粘度为0.26厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 3.3 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径D=900[mm] 板间距H t=300[mm] 孔径d o=4[mm] 板厚t p=2[mm] 堰高t w=50[mm] 堰长L w=630[mm] 筛孔气速U o=12.7[m/s] 降液管面积与塔截面积之比A d/A=0.1 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 3.4 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为0.6。并比较筛板与填料塔的压降。 3.5 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 3.6 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。 (2) 是非题 在同样空塔气速和液体流量下,塔板开孔率增加
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111 --??=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为1 1 K m W 151.0--??=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--??=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65??; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5??。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344 ?=t ) 解：⑴第一层：1 1 2 1λb t t A Q -= 第二层：2 2 32 λb t t A Q -= ? ()()322 22111 t t b t t b -=-λλ ?()()130940151.0940100023.005 .12 -=-b ?m 446.02 =b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2 b 取m 460.0， 校核： ()()3 940460 .0151.0940100023.005 .1t -=- ?C 3.1053 ?=t ； ⑵()()4 33 3 2111t t b t t b -=-λλ ?C 6.344?=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170?φ的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为 11 K m 0.065W --?? ;第二层为厚mm 30的石棉灰， 其热导率为1 1 K m 0.21W --??。管内壁温度为C 3000 ，保温层外表面温度为C 400 。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为1 1K m 45W --?? （答：kW 2.14=Q ） 解：已知：11棉K m 0.065W --??=λ，1 1灰 K m 0.21W --??=λ 查表得：1 1K m W 54--??=钢 λ ()3 4 323 2 1 2 1 4 1ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++ -= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ， 302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023 .029.0ln ln 34==d d ()1 m W 28421 .0231.0065.0302.0450606.0403002-?=++-=πl Q ， kW 2.14W 1042.1502844 =?=?=Q 。 4-3、冷却水在mm 1mm 19?φ，长为m 0.2的钢管中以1 s 1m -?的流速通过。水温由88K 2升至K 298。求管壁对水的对流传热系数。 (答：1 2 K m 4260W --??) 解：设为湍流 水的定性温度K 2932 298 288=+=t ， 查表得：1 1 C kg kJ 183.4--???=p c ， 1 1 K m W 5985.0--??=λ， s Pa 10004.13 ??=-μ，
7-1．g 100水中溶解31gNH ，从手册查得C 200 时3NH 的平衡分压为86.6Pa 9，在此浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数H （单位为1 3 kPa m kmol --??）和相平衡常数m ，总压力为kPa 100。 （答：13 kPa m 0.59kmol --??=H , 0.943m =） 解：3m kmol 582.010******* 1-?== c ， 31m Pa mol 59.09866.0582 .0--??===Pe c H ， 0099.03.101100760 4.7== e y ， 0105.01810017117 1=+= x ， 943.00105 .00099 .0== =x y m e 。 7-2．C 100 时氧在水中的溶解度的表达式x p 6*10313.3?=,式中*p 为氧在气相中的平衡分压，kPa ；x 为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为%21，试求总压为kPa 101时，每3m 水中可溶解多少g 氧（答：3m g 4.11-? ，或3m 0.35mol -? ） 解：kPa 3.213.10121.0=?=Pe ， 66 61042.610313.33 .2110313.3-?=?=?=Pe x ， 36m g 4.111000 1832 1042.6--?=???= c 。 7-3．用清水吸收混合气中的 3NH ，进入常压吸收塔的气体含3NH 体积分数为%6， 吸收后气体含3NH 体积分数为%4.0，出口溶液的摩尔比为1 3kmol kmol 012.0-??NH 水。 此物系的平衡关系为X Y 52.2=* 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动力各为多少（答：顶00402.02=ΔY ，底034.01=ΔY ） 解：064.006.0106.01111=-=-= y y Y ，0402.0004 .01004 .01222=-=-=y y Y ， 塔底：03024.0012.052.252.2=?==X Y e ， 塔顶：0052.252.2=?==X Y e ， 塔顶气相推动力00402.02=?Y ， 塔底气相推动力034.003024.0064.01,11=-=-=?e Y Y Y 。 7-4．用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度300K 下的溶解度系13kPa m 2kmol --??=H ,传质系数112kPa h m 0.056kmol ---???=G k ， 3-112m km ol h m 0.075km ol ????=--L k 。求总传质系数G K 以及气相阻力在总阻力中所占 的分数。（答：1 1-2kPa h m 0.0408kmol --???=G K , 73.0） 解：112kPa h m kmol 0408.0075 .021 056.011 1 11---???=?+ = + = L G G HK K K ， 气相阻力所占分率：
1 化学沉淀 化学沉淀法是使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物的方法，包括中和沉法和硫化物沉淀法等。 中和沉淀法 在含重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。中和沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法。实践证明在操作中需要注意以下几点： （1）中和沉淀后，废水中若pH 值高，需要中和处理后才可排放； （2）废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有Zn、Pb、Sn、Al 等两性金属时，pH值偏高，可能有再溶解倾向，因此要严格控制pH 值，实行分段沉淀；（3）废水中有些阴离子如：卤素、氰根、腐植质等有可能与重金属形成络合物，因此要在中和之前需经过预处理； （4）有些颗粒小，不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。 硫化物沉淀法 加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀后从废水中去除的方法。 与中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的优点是：重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，反应时最佳pH 值在7—9 之间，处理后的废水不用中和。硫化物沉淀法的缺点是：硫化物沉淀物颗粒小，易形成胶体；硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸生成硫化氢气体，产生二次污染。为了防止二次污染问题，英国学者研究出了改进的硫化物沉淀法，即在需处理的废水中有选择性的加入硫化物离子和另一重金属离子（该重金属的硫化物离子平衡浓度比需要除去的重金属污染物质的硫化物的平衡浓度高）。由于加进去的重金属的硫化物比废水中的重金属的硫化物更易溶解，这样废水中原有的重金属离子就比添加进去的重金属离子先分离出来，同时能够有效地避免硫化氢的生成和硫化物离子残留的问题。2氧化还原处理 化学还原法 电镀废水中的Cr 主要以Cr6＋离子形态存在，因此向废水中投加还原剂将Cr6＋还原成微毒的Cr3＋后，投加石灰或NaOH产生Cr（OH）3 沉淀分离去除。化学还原法治理电镀废水是最早应用的治理技术之一，在我国有着广泛的应用，其治理原理简单、操作易于掌握、能承受大水量和高浓度废水冲击。根据投加还原剂的不同，可分为FeSO4法、NaHSO3 法、铁屑法、SO2 法等。 应用化学还原法处理含Cr 废水，碱化时一般用石灰，但废渣多；用NaOH 或Na2CO3，则污泥少，但药剂费用高，处理成本大，这是化学还原法的缺点。 铁氧体法 铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的。在含Cr 废水中加入过量的FeSO4，使Cr6＋还原成Cr3＋，Fe2＋氧化成Fe3＋，调节pH 值至8 左右，使Fe 离子和Cr 离子产生氢氧化物沉淀。通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，
化工原理-第七章-蒸发 一.选择题 1. 蒸发操作中，从溶液中汽化出来的蒸汽，常称为（）。B A. 生蒸汽； B. 二次蒸汽； C. 额外蒸汽 2 . 蒸发室内溶液的沸点（二次蒸汽的温度。B A. 等于； B. 咼于； C. 低于 3 . 在蒸发操作 中， 若使溶液在（）下沸腾蒸发，可降低溶液沸点而增大蒸发器的有效温度差。A A. 减压； B. 常压； C. 加压 4 . 在单效蒸发 中， 从溶液中蒸发1kg水，通常都需要（）1kg的加热蒸汽。C A. 等于； B. 小于； C. 不少于 5 .蒸发器的有效温度差是指（)o A A. 加热蒸汽温度与溶液的沸点之差； B.加热蒸汽与二次蒸汽温度之差； C. 温度差损失 6. 提高蒸发器生产强度的主要途径是增大（）o C A. 传热温度差； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数； D. 传热面积； 7. 中央循环管式蒸发器属于（）蒸发器。A A. 自然循环； B. 强制循环； C. 膜式 8. 蒸发热敏性而不易于结晶的溶液时，宜采用（）蒸发器。B A. 列文式； B.膜式； C.外加热式； D.标准式 9. 多效蒸发可以提高加热蒸汽的经济程度，所以多效蒸发的操作费用是随效数的增加而 （）o A A. 减少； B. 增加； C. 不变 10. 蒸发装置中，效数越多，温度差损失（）o B A. 越少； B. 越大； C. 不变 11. 采用多效蒸发的目的是为了提高（）B A. 完成液的浓度； B.加热蒸汽经济程度； C.生产能力 12. 多效蒸发中，蒸汽消耗量的减少是用增加（）换取的。A A. 传热面积； B. 加热蒸汽压力； C. 传热系数 13. 多效蒸发中，由于温度差损失的影响，效数越多，温度差损失越大，分配到每效的有效 温度差就（）o A A. 越小； B. 越大； C. 不变 14. （）加料的多效蒸发流程的缺点是料液粘度沿流动方向逐效增大，致使后效的传热 系数降低。A A. 并流； B. 逆流； C. 平流 15. 对热敏性及易生泡沫的稀溶液的蒸发，宜采用（）蒸发器。C A. 中央循环管式； B. 列文式； C. 升膜式 二.填空题 1. 蒸发是浓缩溶液的单元操作。 2. 为了保证蒸发操作能顺利进行，必须不断的向溶液供给热能—,并随排除气化出来 的溶剂蒸汽—o
【4-6】某工厂用1705mm mm φ?的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K ?0065；第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K ?021。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m 。试求该管路的散热量。 解 () ln ln ln 14234 112233 2111l t t q r r r r r r πλλλ-= ++ () ln ln ln ..230040185111511454580006585021115 π-= ++ /W m =284 .42845014210l Q q l W ==?=? .kW =142 【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t 的变化关系为 ../()0033000023t W m K λ=+?。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。试确定所需保温层厚度。 解 保温层厚度以b 表示 (..)220033000023l dt dt q r t r dr dr λππ=-=-+ (..)2 21 1 20033000023r t l r t dr q t dt r π=-+? ? .ln .()()2221212100023200332l r q t t t t r π? ?=-+-???? 已知/12150℃,50 160t t q W m ===℃, ,.1210．0540054r m r r b b ==+=+ ..()..() ln .220066314150500000233141505016010054b ??-+??-= ?? + ??? ..ln .2073144510054160b +? ?+= ??? 解得保温层厚度为 ..00133133b m mm == 保温层厚度应不小于13.3mm 【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ?的钢管，管长5m 。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。 解 已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃ (1)对流传热系数α计算 空气的平均温度 3268 502 m t += =℃
液－液萃取分离法 【摘要】液—液萃取分离法又称溶剂萃取分离法，简称萃取分离法。这种方法是利用与水不相混溶的有机溶剂同试液一起震荡，这时，一些组分进入有机相中，另一些组分仍留在水相中，从而达到分离富集的目的。如果被萃取组分是有色化合物，则可以取有机相宜接进行光度测定，这种方法称为萃取光度法。萃取光度法具有较高的灵敏度和选择性。 【关键字】液—液萃取分离法、亲水性、分配系数、螯合剂 液—液萃取分离法又称溶剂萃取分离法，简称萃取分离法。这种方法是利用与水不相混溶的有机溶剂同试液一起震荡，这时，一些组分进入有机相中，另一些组分仍留在水相中，从而达到分离富集的目的。 一. 萃取分离法的基本原理及重要参数 1．萃取过程的本质:根据物质对水的亲疏性不同，通过适当的处理将物质从水相中萃取到有机相，最终达到分离。 亲水性物质：易溶于水而难溶于有机溶剂的物质。如：无机盐类，含有一些亲水基团有机化合物常见的亲水基团有一OH，一SO3H，一NH2，=NH 等．疏水性或亲油性物质：具有难溶于水而易溶于有机溶剂的物质。如：有机化合物常见的疏水基团有烷基如一CH3，一C2H3，卤代烷基，苯基、萘基等物质含疏水基团越多，相对分子质量越大，其疏水性越强2．分配系数和分配比 （１）分配系数 分配系数的含义：用有机溶剂从水相中萃取溶质A时，如果溶质A在两相中存在的型体相同，平衡时溶质在有机相的活度与水相的活度之比称为分配系数，用KD表示。萃取体系和温度恒定，KD为一常数。在稀溶液中可以用浓度代替活度。 （2）分配比 分配比的含义：将溶质在有机相中的各种存在形式的总浓度CO和在水相中的各种存在形式的总浓度CW之比，称为分配比． 示例：CCl4——水萃取体系萃取OsO4在水相中Os（VIII)以OsO4，OsO52-和HOsO5-三种形式存在在有机相中以OsO4和(OsO4)4两种形式存在。 （3）分配系数与分配比 当溶质在两相中以相同的单一形式存在，且溶液较稀，KD＝D。如： CCl4——水萃取体
第七章 干 燥 湿空气的性质 【7-1】湿空气的总压为.1013kPa ，(1)试计算空气为40℃、相对湿度为%60?=时的湿度与焓；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa ，求该空气在50℃时的相对湿度?与湿度H 。 解 湿空气总压.1013p kPa = (1).06?=，40℃时水蒸气的饱和蒸气压.7375s p kPa = 湿度 ..../ (067375) 0622 0622002841013067375 s s p H kg kg p p ???==?=--?．水干气 焓 ()..1011882492I H t H =++ (...)../= 10118800284402492002841133kJ kg +??+?= (2) 湿空气中水汽分压.93V p kPa = 50℃时水的饱和蒸气压.1234s p kPa = 相对湿度 ..93 07541234 V s p p ?===． 湿度 . (93) 0622 =062200629101393 V V p H kg kg p p =?=--．水／干气 【7-2】空气的总压为101.33kPa ，干球温度为303K ，相对湿度%70?=，试用计算式求空气的下列各参数：(1)湿度H ；(2)饱和湿度s H ；(3)露点d t ；(4)焓I ；(5)空气中的水汽分压V p 。 解 总压.,.101333033007p kPa t K ?====℃， (1) 30℃时，水的饱和蒸气压.4241s p kPa = 湿度 ...? (074241) 0622 06220018810133074241 s s p H kg kg p p ???==?=--?．．水／干气 (2) 饱和湿度 (4241) 0622 062200272101334241 s s s p H kg kg p p ==?=--．水／干气 (3)露点d t 时的饱和湿度.00188s H kg kg =水／干气 .0622s s s p H p p =- (1013300188) 2970622062200188 s s s pH p kPa H ?= ==++ 从水的饱和蒸气压为 2.97kPa 查得水的饱和温度为23.3℃，故空气的露点.233℃d t = (4) .3000188t H kg kg ==℃，水／干气时，空气的焓为 ()..1011882492H H t H =++