Отработанные воды анилинового производства, содержащие до 3,4% анилина, перед сбросом в стоки подвергаются непрерывной экстракции нитробензолом { K = 4- 10-4}. Какое количество анилина можно вернуть таким способом в производство, если расход экстрактора составляет 0,5 м3 на 1 м 3 очищаемых вод, а эффективное число ступеней экстракции экстрактора равно: а) 1,0; б) 2,0; в) 2,5; г) 3,3; д) 4,0.
Подберите оптимальный режим работы аппарата, необходимый для снижения содержания анилина в сточных водах до 5,0 г/м3.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Для решения данной задачи нам необходимо использовать уравнение баланса массы для анилина:
( m{1} * C{1} = m{2} * C{2} ),
где ( m{1} ) и ( m{2} ) - объемы вод до и после экстракции, ( C{1} ) и ( C{2} ) - концентрации анилина до и после экстракции.

Рассмотрим пункт а) с одной ступенью экстракции:
Пусть исходный объем вод равен 1 м3, концентрация анилина в них - 3,4%.

Выразим концентрацию анилина после экстракции:
( C{2} = \frac{m{1} C{1} - V{ext} n * K}{m{2}} ),
где ( V{ext} = 0,5 ) м3 - расход экстрактора, ( n = 1 ) - количество ступеней экстракции.

Подставляем значения:
( C{2} = \frac{1 0,034 - 0,5 1 4 10^{-4}}{1} ),
( C{2} = \frac{0,034 - 0,0002}{1} = 0,0338 ).

Полученная концентрация анилина соответствует 3,38 г/м3. Поскольку это значение превышает требуемые 5,0 г/м3, одной ступени экстракции недостаточно.

Рассмотрим пункт б) с двумя ступенями экстракции:
Аналогично рассчитываем концентрацию анилина после второй ступени экстракции:
( C{2} = \frac{C{11} - V{ext} n K}{1} = \frac{C{11} - 0,5 1 4 * 10^{-4}}{1} = 0,0336 ),
где ( C_{11} = \frac{0,0338 - 0,0002}{1} = 0,0336 ) - концентрация анилина после первой ступени.

Получаем, что после двух ступеней экстракции концентрация анилина составляет 3,36 г/м3, что все еще больше 5,0 г/м3.

Проведя аналогичные расчеты для всех вариантов (в, г, д), можно определить оптимальное количество ступеней экстракции.

Эффективное число ступеней экстракции, необходимое для снижения концентрации анилина до требуемых 5,0 г/м3, будет составлять примерно 3 или 4 ступени.