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1、第4章萃取液-液相平衡是萃取傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的極限，與氣液傳質(zhì)相同，在討論萃取之前，首先要了解液-液的相平衡問(wèn)題。由于萃取的兩相通常為三元混合物，故其組成和相平衡的圖解表示法與前述氣液傳質(zhì)不同，在此首先介紹三元混合物組成在三角形坐標(biāo)圖上的表示方法，然后介紹液-液平衡相圖及萃取過(guò)程的基本原理。4.1液液相平衡4.1.1三角形坐標(biāo)圖及杠桿規(guī)則（1）三角形坐標(biāo)圖三角形坐標(biāo)圖通常有等邊三角形坐標(biāo)圖、等腰直角三角形坐標(biāo)圖和非等腰直角三角形坐標(biāo)圖，如圖11-1所示，其中以等腰直角三角形坐標(biāo)圖最為常用。圖11-1
2、三角形相圖一般而言，在萃取過(guò)程中很少遇到恒摩爾流的簡(jiǎn)化情況，故在三角形坐標(biāo)圖中混合物的組成常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。習(xí)慣上，在三角形坐標(biāo)圖中，AB邊以A的質(zhì)量分率作為標(biāo)度，BS邊以B的質(zhì)量分率作為標(biāo)度，SA邊以S的質(zhì)量分率作為標(biāo)度。三角形坐標(biāo)圖的每個(gè)頂點(diǎn)分別代表一個(gè)純組分，即頂點(diǎn)A表示純?nèi)苜|(zhì)A，頂點(diǎn)B表示純?cè)軇ㄏ♂寗〣，頂點(diǎn)S表示純萃取劑S。三角形坐標(biāo)圖三條邊上的任一點(diǎn)代表一個(gè)二元混合物系，第三組分的組成為零。例如AB邊上的E點(diǎn)，表示由A、B組成的二元混合物系，由圖可讀得：A的組成為0.40，則B
3、的組成為（1.0–0.40）=0.60，S的組成為零。三角形坐標(biāo)圖內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物系。例如M點(diǎn)即表示由A、B、S三個(gè)組分組成的混合物系。其組成可按下法確定：過(guò)物系點(diǎn)M分別作對(duì)邊的平行線(xiàn)ED、HG、KF，則由點(diǎn)E、G、K可直接讀得A、B、S的組成分別為：=0.4、=0.3、=0.3；也可由點(diǎn)D、H、F讀得A、B、S的組成。在諸三角形坐標(biāo)圖中，等腰直角三角形坐標(biāo)圖可直接在普通直角坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪，且讀數(shù)較為方便，故目前多采用等腰直角三角形坐標(biāo)圖。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般首先由兩直角邊的標(biāo)度讀得A
4、、S的組成及，再根據(jù)歸一化條件求得。（2）杠桿規(guī)則9圖11-2杠桿規(guī)則的應(yīng)用如圖11-2所示，將質(zhì)量為kg、組成為、、的混合物系R與質(zhì)量為kg、組成為、、，的混合物系E相混合，得到一個(gè)質(zhì)量為mkg、組成為、、的新混合物系M，其在三角形坐標(biāo)圖中分別以點(diǎn)R、E和M表示。M點(diǎn)稱(chēng)為R點(diǎn)與E點(diǎn)的和點(diǎn)，R點(diǎn)與E點(diǎn)稱(chēng)為差點(diǎn)。點(diǎn)M與差點(diǎn)E、R之間的關(guān)系可用杠桿規(guī)則描述，即（I）幾何關(guān)系：和點(diǎn)M與差點(diǎn)E、R共線(xiàn)。即：和點(diǎn)在兩差點(diǎn)的連線(xiàn)上；一個(gè)差點(diǎn)在另一差點(diǎn)與和點(diǎn)連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上。（ii）數(shù)量關(guān)系：和點(diǎn)與差點(diǎn)的量、、
5、與線(xiàn)段長(zhǎng)、之間的關(guān)系符合杠桿原理，即，以R為支點(diǎn)可得、之間的關(guān)系(11-1)以M為支點(diǎn)可得、之間的關(guān)系(11-2)以E為支點(diǎn)可得、之間的關(guān)系(11-3)根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個(gè)差點(diǎn)，則可確定和點(diǎn)；若已知和點(diǎn)和一個(gè)差點(diǎn)，則可確定另一個(gè)差點(diǎn)。4.1.2三角形相圖根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況，即①溶質(zhì)A可完全溶于B及S，但B與S不互溶；②溶質(zhì)A可完全溶于B及S，但B與S部分互溶；③溶質(zhì)A可完全溶于B，但A與S及B與S部分互溶。習(xí)慣上，將①、②兩種情況的物系稱(chēng)為第Ⅰ類(lèi)物系，
6、而將③情況的物系稱(chēng)為第Ⅱ類(lèi)物系。工業(yè)上常見(jiàn)的第Ⅰ類(lèi)物系有丙酮(A)–水(B)–甲基異丁基酮(S)、醋酸(A)–水(B)–苯(S)及丙酮(A)–氯仿(B)–水(S)等；第Ⅱ類(lèi)物系有甲基環(huán)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類(lèi)物系較為常見(jiàn)，以下主要討論這類(lèi)物系的相平衡關(guān)系。（1）溶解度曲線(xiàn)及聯(lián)結(jié)線(xiàn)9圖11-3溶解度曲線(xiàn)設(shè)溶質(zhì)A可完全溶于B及S，但B與S為部分互溶，其平衡相圖如圖11-3所示。此圖是在一定溫度下繪制的，圖中曲線(xiàn)R0R1R2R
7、iRnKEnEiE2E1E0稱(chēng)為溶解度曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)將三角形相圖分為兩個(gè)區(qū)域：曲線(xiàn)以?xún)?nèi)的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，以外的區(qū)域?yàn)榫鄥^(qū)。位于兩相區(qū)內(nèi)的混合物分成兩個(gè)互相平衡的液相，稱(chēng)為共軛相，聯(lián)結(jié)兩共軛液相相點(diǎn)的直線(xiàn)稱(chēng)為聯(lián)結(jié)線(xiàn)，如圖11-3中的RiEi線(xiàn)(i=0,1,2,……n)。顯然萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行。溶解度曲線(xiàn)可通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)方法得到：在一定溫度下，將組分B與組分S以適當(dāng)比例相混合，使其總組成位于兩相區(qū)，設(shè)為M，則達(dá)平衡后必然得到兩個(gè)互不相溶的液層，其相點(diǎn)為R0、E0。在恒溫下，向此二元混合液中加入適
8、量的溶質(zhì)A并充分混合，使之達(dá)到新的平衡，靜置分層后得到一對(duì)共軛相，其相點(diǎn)為R1、E1，然后繼續(xù)加入溶質(zhì)A，重復(fù)上述操作，即可以得到n+1對(duì)共軛相的相點(diǎn)Ri、Ei(i=0,1,2,……n)，當(dāng)加入A的量使混合液恰好由兩相變?yōu)橐幌鄷r(shí)，其組成點(diǎn)用K表示，K點(diǎn)稱(chēng)為混溶點(diǎn)或分層點(diǎn)。聯(lián)結(jié)各共軛相的相點(diǎn)及K點(diǎn)的曲線(xiàn)即為實(shí)驗(yàn)溫度下該三元物系的溶解度曲線(xiàn)。圖11-4第II類(lèi)物系的溶解度曲線(xiàn)和聯(lián)結(jié)線(xiàn)若組分B與組分S完全不互溶，則點(diǎn)R0與E0分別與三角形頂點(diǎn)B及頂點(diǎn)S相重合。一定溫度下第Ⅱ類(lèi)物系的溶解度曲線(xiàn)和聯(lián)結(jié)線(xiàn)見(jiàn)
