三组分液液平衡相图与萃取-Eduwest.PDF

25 三组分液液平衡相图与萃取 如同气液平衡相图是精馏和蒸馏的理论基础，液液平衡相图的主要应用则是工业和实验 室中的萃取，本专题试图围绕这一应用来介绍液液平衡相图。 液液萃取过程可用图 25-1 来示意： I ，H O I ，H O 2 2 2 2 萃余液 萃取剂 CCl4 I2 ，CCl4 萃取液 （a ）萃取前 （b ）萃取后 图25-1 用四氯化碳萃取水溶液中碘的示意图 图中CCl4 为萃取剂，I2 为被萃取物。经剧烈摇动后，达到了液液平衡，此时大量的 I2 被 CCl4 所萃取，CCl 的I 溶液称为萃取液。但尚有少量 I 留在H O 中，则称萃余液。 4 2 2 2 由这个示例不难看到：（1）萃取要涉及 3 个组分—I ，H O 和 CCl ；（2 ）萃取剂 CCl 2 2 4 4 与被萃取物的溶剂 H O 必须不相溶或部分互溶；（3 ）萃取的效果取决于被萃取物 I 在部分 2 2 互溶的两个液相中的分配状况。下面的介绍就围绕这三点展开。 1. 系统组成的表示 对于三组分凝聚系统，相律可表示为： F K − π + 1− 0 − 0 4 − π （25-1） 其自由度最多可有 3 个，即温度和 2 个组分的浓度。因此，相图可由正三棱柱体表示，其中 系统的组成可在正三角形中得到表示，温度可由柱高表示。 图25-2 三组分系统组成的表示 图25-2 是系统组成的表示方法，正三角形的 3 个顶点分别代表组分 A 、B 和 C，3 条 边分别表示相应的组成 xA ，xB 和 xC 。于是，正三角形中的任何一点代表了系统的一个确定 1 的组成。例如o 点的组成，可通过o 点作三条线 oa，ob 和 oc，分别平行于正三角形的 3 条 边，其中 x =oa，x =ob，x =oc 。由平面几何不难证明： A B C x + x + x = oa + ob + oc = 1 （25-2 ） A B C 这表明 3 个组成中只有 2 个是独立的。 这种表示法有下列 3 个重要的特点： 图25-3 正三角形表示法的特点 （1）如果系统的组成在平行于BC 的mn 线上变动，如图 25-3 （a ）所示，则表明过程 是在xA 保持不变的情况下进行，且 xA 等于 Bm 或 Cn 。 （2 ）如果系统的组成从m 点向 A 移动，如图 25-3 （b ）所示，则表明过程是在组分 B 和 C 比例保持不变的情况下加入组分A 。反过来，如果是从A 向m 点移动，则表明过程是 在同样的条件下不断地移去组分 A 。 （3 ）杠杆规则同样适用。如图 25-3 （c ）所示，若系统的组成以 o 点表示，则该系统 也可视为由p 点和 q 点代表的两个混合物组成，它们的物质的量之比，服从杠杆规则：