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11.2 三元体系的液-液相平衡 11.2.1 三角形相图 11.2.2 部分互溶物系的相平衡 11.2.3 液液相平衡与萃取操作关系 三元体系的液-液相平衡 液-液萃取过程是以相际的平衡为极限。三元体系的相平衡关系可以用正三角坐标图和等边直角三角形坐标图来表示。 11.2.1 三角形相图 溶液组成的表示方法 物料衡算与杠杆定律 混合物的和点和差点 溶液组成的表示方法 在图11-6中，三角形的三个顶点分别表示纯物质，图中A点代表溶质A的组成为100%，其它两组分的组成为零。同理，B点和S 点分别代表纯的稀释剂和萃取剂。三角形的任一边上的任一点代表二元混和物，第三组分的组成为零。 溶液组成的表示方法 如图11-6中的R点，过R点作AB线的平行线与SB线相交，交点即溶剂S的质量分数xS，同样过R点信BS线与AB线相交，交点即溶质A的质量分数xA，则组分B的质量分数为 xB =1- xS - xA 物料衡算与杠杆定律 设有组成为xA、xB、xS的R点，溶液为R kg；组成为yA、yB、yS的E点，溶液为E kg。将两溶液混合均匀，则混合物的总量为M kg，组成为zA、zB、zS，此组成可见图11-6中的M点。根据总量和组分S、A作物料衡算： M=R+E MzA=RxA + EyA MzS =RxS + EyS 物料衡算与杠杆定律 上式表明，混合物的和点M必在E点和R点的联线上，且ME线长度和MR线长度之比与混合前溶液质量成反比，称物料的杠杆定律。 混合物的和点和差点 图11-6中的M点表示溶液E和R混合后的数量和组成关系，称混合物的和点。当从混合物中移去一定量和组成的E液体，则余下的溶液为R，则R为溶液M与溶液E的差点。R点必落在EM线的延长线上，其组成与量的关系同样附合杠杆定律： 混合物的和点和差点 有组成在P点的B、S双组分溶液，如图11-7所示。加入少量溶质A后构成三组分溶液，其组成在P1点，再加溶质A，则溶液组成移到P2点，P1、P2点均为混合物的和点，它们都在PA联线上。可见，在PA线上的任一点，B、S两个组分的相对含量的比值是不变的。 同样，对于SQ线上，A与B含量的相对比值也是不变的。 11.2.2 部分互溶物系的相平衡 溶解度曲线 平衡联结线 临界混溶点 辅助曲线 分配系数 分配曲线 溶解度曲线的函数表达式 部分互溶物系的相平衡 萃取操作中，B与S不能互溶，即E相中以S为主，R相中以B为主。按混合物中各组分互溶度的不同可将混合液分成两类： 第Ⅰ类物系：溶质A完全溶解于B及S中，而B、S为部分互溶； 第Ⅱ类物系：A、B完全互溶，B、S及A、S两对部分互溶。 萃取中常见为第一类物系。 溶解度曲线 在三角形烧瓶中称取一定量的纯组分B，逐渐滴加溶剂S，不断摇动使其溶解。当滴加到一定数量后出现混浊，此时为溶剂在组分B中的溶解度。此溶解度可用三角形相图表示，即为图11-8中的R点，R点即为分层点。 溶解度曲线 在R点再滴加少量溶质A，溶质的存在增加B与S的互溶度，混合液透明，混合液的组成在AR线上的H点。在H点滴加少量S，溶液再次出现混浊，即为新分层点R1，R1必在SH线上，可以计算出R1点各组分的含量。 溶解度曲线 在溶液中交替滴加A和S，重复上述实验，可得到若干分层点R2、R3、…等。 同样在另一个烧瓶中，称取一定量的纯溶剂S，逐渐滴加B可得分层点E。交替滴加A与B，也可得若干分层点E。将所有分层点联成一条曲线，此曲线为溶解度曲线。溶解度曲线与温度有关。 平衡联结线 现取B与S的双组分溶液，其混合均匀的组成为图11-9中的M1点表示，M1点必分为两层，其组成分别为E1和R1点。 平衡联结线 在此混合液中滴加少量溶质A，混合液的组成将沿联线AM1移到点M2。搅拌均匀，使溶质A在两相中达到平衡，静置分层，其组成为E2和R2，E2和R2的组成互成平衡，这两相称为共轭相，E2和R2的联线称为平衡联结线，M2点必落在平衡联结线上。 平衡联结线 上述两相混合液中逐次加入溶质A，重复上述实验，可得若干条平衡联结线，每一条平衡联结线的两端为互成平衡的共轭相。 图11-9中溶解度曲线将三角形相图分为两个区，为均相区和两相区。若某三组分物系的组成位于两相区内的M点，则该混合物可分为互成平衡的共轭两相R和E。因此溶解度曲线以内是萃取操作的范围。 平衡联结线 要注意的是，平衡联结线的两端R和E相互成平衡，但平衡联结线RE线相互不平行，直线的倾斜方向也不一定相同。 如图11-10所示的吡啶-水-氯苯系统就是一例。 临界混溶点 由图11-10可见，对于第Ⅰ类物系，溶质A的加入使B与S的互溶度增加，当加入的溶质A到某一浓度P点，两