液-液相平衡是萃取傳質(zhì)過程進(jìn)行的極限

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1、第4章萃取液-液相平衡是萃取傳質(zhì)過程進(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，在萃取過程中很少遇到恒摩爾流的簡化情況，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)圖的每個頂點分別代表一個純組分，即頂點A表示純?nèi)苜|(zhì)A，頂點B表示純原溶劑（稀釋劑）B，頂點S表示純萃取劑S。三角形坐標(biāo)圖三條邊上的任一點代表一個二元混合物系，第三組分的組成為零。例如AB邊上的E點，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)任一點代表一個三元混合物系。例如M點即表示由A、B、S三個組分組成的混合物系。其組成可按下法確定：過物系點M分別作對邊的平行線ED、HG、KF，則由點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。在實際應(yīng)用時，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R、E和M表示。M點稱為R點與E點的和點，R點與E點稱為差點。點M與差點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M與差點E、R共線。即：和點在兩差點的連線上；一個差點在另一差點與和點連線的延長線上。（ii）數(shù)量關(guān)系：和點與差點的量、、

5、與線段長、之間的關(guān)系符合杠桿原理，即，以R為支點可得、之間的關(guān)系(11-1)以M為支點可得、之間的關(guān)系(11-2)以E為支點可得、之間的關(guān)系(11-3)根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個差點，則可確定和點；若已知和點和一個差點，則可確定另一個差點。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為第Ⅰ類物系，

6、而將③情況的物系稱為第Ⅱ類物系。工業(yè)上常見的第Ⅰ類物系有丙酮(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類物系較為常見，以下主要討論這類物系的相平衡關(guān)系。（1）溶解度曲線及聯(lián)結(jié)線9圖11-3溶解度曲線設(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R0R1R2R

7、iRnKEnEiE2E1E0稱為溶解度曲線，該曲線將三角形相圖分為兩個區(qū)域：曲線以內(nèi)的區(qū)域為兩相區(qū)，以外的區(qū)域為均相區(qū)。位于兩相區(qū)內(nèi)的混合物分成兩個互相平衡的液相，稱為共軛相，聯(lián)結(jié)兩共軛液相相點的直線稱為聯(lián)結(jié)線，如圖11-3中的RiEi線(i=0,1,2,……n)。顯然萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行。溶解度曲線可通過下述實驗方法得到：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互不相溶的液層，其相點為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共軛相，其相點為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對共軛相的相點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，其組成點用K表示，K點稱為混溶點或分層點。聯(lián)結(jié)各共軛相的相點及K點的曲線即為實驗溫度下該三元物系的溶解度曲線。圖11-4第II類物系的溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線若組分B與組分S完全不互溶，則點R0與E0分別與三角形頂點B及頂點S相重合。一定溫度下第Ⅱ類物系的溶解度曲線和聯(lián)結(jié)線見