液-液相平衡是萃取传质过程进行的极限

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1、第4章萃取液-液相平衡是萃取传质过程进行的极限，与气液传质相同，在讨论萃取之前，首先要了解液-液的相平衡问题。由于萃取的两相通常为三元混合物，故其组成和相平衡的图解表示法与前述气液传质不同，在此首先介绍三元混合物组成在三角形坐标图上的表示方法，然后介绍液-液平衡相图及萃取过程的基本原理。4.1液液相平衡4.1.1三角形坐标图及杠杆规则（1）三角形坐标图三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图，如图11-1所示，其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。图11-1

2、三角形相图一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况，故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。习惯上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃取剂S。三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B

3、的组成为（1.0–0.40）=0.60，S的组成为零。三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。例如M点即表示由A、B、S三个组分组成的混合物系。其组成可按下法确定：过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF，则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为：=0.4、=0.3、=0.3；也可由点D、H、F读得A、B、S的组成。在诸三角形坐标图中，等腰直角三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘，且读数较为方便，故目前多采用等腰直角三角形坐标图。在实际应用时，一般首先由两直角边的标度读得A

4、、S的组成及，再根据归一化条件求得。（2）杠杆规则9图11-2杠杆规则的应用如图11-2所示，将质量为kg、组成为、、的混合物系R与质量为kg、组成为、、，的混合物系E相混合，得到一个质量为mkg、组成为、、的新混合物系M，其在三角形坐标图中分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和点，R点与E点称为差点。点M与差点E、R之间的关系可用杠杆规则描述，即（I）几何关系：和点M与差点E、R共线。即：和点在两差点的连线上；一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。（ii）数量关系：和点与差点的量、、

5、与线段长、之间的关系符合杠杆原理，即，以R为支点可得、之间的关系(11-1)以M为支点可得、之间的关系(11-2)以E为支点可得、之间的关系(11-3)根据杠杆规则，若已知两个差点，则可确定和点；若已知和点和一个差点，则可确定另一个差点。4.1.2三角形相图根据萃取操作中各组分的互溶性，可将三元物系分为以下三种情况，即①溶质A可完全溶于B及S，但B与S不互溶；②溶质A可完全溶于B及S，但B与S部分互溶；③溶质A可完全溶于B，但A与S及B与S部分互溶。习惯上，将①、②两种情况的物系称为第Ⅰ类物系，

6、而将③情况的物系称为第Ⅱ类物系。工业上常见的第Ⅰ类物系有丙酮(A)–水(B)–甲基异丁基酮(S)、醋酸(A)–水(B)–苯(S)及丙酮(A)–氯仿(B)–水(S)等；第Ⅱ类物系有甲基环己烷(A)–正庚烷(B)–苯胺(S)、苯乙烯(A)–乙苯(B)–二甘醇(S)等。在萃取操作中，第Ⅰ类物系较为常见，以下主要讨论这类物系的相平衡关系。（1）溶解度曲线及联结线9图11-3溶解度曲线设溶质A可完全溶于B及S，但B与S为部分互溶，其平衡相图如图11-3所示。此图是在一定温度下绘制的，图中曲线R0R1R2R

7、iRnKEnEiE2E1E0称为溶解度曲线，该曲线将三角形相图分为两个区域：曲线以内的区域为两相区，以外的区域为均相区。位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，称为共轭相，联结两共轭液相相点的直线称为联结线，如图11-3中的RiEi线(i=0,1,2,……n)。显然萃取操作只能在两相区内进行。溶解度曲线可通过下述实验方法得到：在一定温度下，将组分B与组分S以适当比例相混合，使其总组成位于两相区，设为M，则达平衡后必然得到两个互不相溶的液层，其相点为R0、E0。在恒温下，向此二元混合液中加入适

8、量的溶质A并充分混合，使之达到新的平衡，静置分层后得到一对共轭相，其相点为R1、E1，然后继续加入溶质A，重复上述操作，即可以得到n+1对共轭相的相点Ri、Ei(i=0,1,2,……n)，当加入A的量使混合液恰好由两相变为一相时，其组成点用K表示，K点称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。图11-4第II类物系的溶解度曲线和联结线若组分B与组分S完全不互溶，则点R0与E0分别与三角形顶点B及顶点S相重合。一定温度下第Ⅱ类物系的溶解度曲线和联结线见