下列哪种方式的萃余分率相对较高?()A. 多级错流萃取B. 多级逆流萃取C. 单级萃取D. 双极萃取
A. 多级错流萃取
B. 多级逆流萃取
C. 单级萃取
D. 双极萃取
题目解答
答案
解析
本题考查不同萃取方式萃余分率的比较,解题思路是分别分析各级萃取方式的特点,进而比较它们萃余分率的高低。
1. 单级萃取
单级萃取是指在一个萃取设备中,将原料液与萃取剂充分混合,然后进行分离的过程。设原料液中溶质的质量为$m_0$,萃取剂中溶质的质量为$m_1 = 0$(纯萃取剂),萃取相和萃余相的分配系数为$K$,萃取剂用量为$S$,原料液用量为$F$。
根据单级萃取的物料衡算和分配关系可得萃余分率$\varphi_1=\frac{W}{F}$($W$为萃余相质量),经过推导可得$\varphi_1=\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}}$。由于只有一次萃取过程,对溶质的提取效率有限,萃余分率相对较高。
2. 双极萃取
双极萃取可以看作是两个单级萃取的串联。它在一定程度上提高了萃取效率,但相较于多级萃取,其萃取级数较少,对溶质的提取能力仍然有限,萃余分率也会比较高,但不如单级萃取高。
3. 多级错流萃取
多级错流萃取是指原料液依次通过多个萃取设备,每个设备中都加入新鲜的萃取剂。设原料液中溶质的质量为$m_0$,萃取剂用量为$S$,分配系数为$K$,萃取级数为$n$。
第一级萃取后,萃余相中溶质的质量$m_1=m_0\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}}$;第二级萃取后,萃余相中溶质的质量$m_2=m_1\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}}=m_0(\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}})^2$;以此类推,经过$n$级萃取后,萃余相中溶质的质量$m_n=m_0(\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}})^n$。
随着萃取级数$n$的增加,萃余分率$\frac{m_n}{m_0}=(\frac{1}{1 + K\frac{S}{F}})^n$会越来越小,即萃余分率相对较低。
4. 多级逆流萃取
多级逆流萃取是指原料液和萃取剂分别从萃取设备的两端加入,在设备中逆流流动进行萃取。多级逆流萃取可以用图解法或解析法进行计算,其萃取效率较高,能够用较少的萃取剂达到较高的萃取率,萃余分率是这几种萃取方式中最低的。
综合以上分析,多级错流萃取的萃余分率相对较高。