三元体系的液

三元体系的液-液相平衡

1. 三元体系的相平衡关系都有哪几种表达方法？

答：根据组分 B S 互溶度的不同而采用不同的表达方式。对

B 、S 部分互溶体系，常用 三角形相图；当B 、S 完全不互溶时，则可仿照吸收中相平衡关系式的方法。

资料个人收集整理, 勿做商业用途 （1）相平衡关系在三角形相图上的表示

根据组分间的互溶性，三元体系可分为三种情况，即

① 溶质完全溶于稀释剂 B 及萃取剂S 中，但B 与S 不互溶。

② 溶质A 可完全溶解于组分 B 及S 中，但B 于S 为一对部分互溶组分。

③ 组分A B 可完全互溶，但 B S 及A S 为两对部分互溶组分。

通常，①、②两种情况在萃取中较为常见，并称之为 I 类物系。

往双组分A 和B 的原料中加入适量的萃取剂 S ，经过充分的接触和静置后，便得到两 个平衡的液层，其组成如图 8-2中的E 和R 所示，此两个液层称为共轭相。若改变萃取剂 S 的用量，则将得到新的共轭相。将代表各平衡液层组成坐标点联合起来， 便得到实验温度下 的该三元物系的溶解度曲线 CRPED 若B 、S 完全不互溶，则点C 和D 分别与三角形的顶点 B 及S 重合。资料个人收集整理，勿做商业用途

溶解度曲线将三角形分为两个区域， 曲线以内的区域为两相区， 以外的区域为均相区或 单相区，萃取操作只能在两相区内进行。 资料个人收集整理，勿做商业用途

连接共轭液相组成坐标的直线 RE 称为联结线。一定温度下，同一物系的联结线倾斜方 向一般是一致的，各结线互不平行；也有少数物系联结线的倾斜方向会发生改变。 资料个人收 集整理，勿做商业用途

影响溶解度曲线形状和两相区面积大小的因素如下： 在相同温度下，不同物系具有不同 形状的溶解度曲线；同一物系，温度不同，两相区面积的大小将随之改变。 通常，温度升高， 组分间的互溶度加大，两相区面积变小。适当降低操作温度，对萃取分离是有利的。

资料个

人收集整理，勿做商业用途 临界混溶点 溶解度曲线 联结线 两相区

图8-2溶解度曲线和联结线

辅助曲线又称共轭曲线， 借助它可由某一相

组成求得其共轭相组成。

图8-3所示，通过已知点 R 、R 2、R 3等分别作BS 边的平行线，再通过相应联结线的另 一端点E i 、E 2、

E 3等分别作AB 边的平行线，各线分别交于点 H 、K 、J 等，联结这些点所得 平滑曲线HKJL 即为辅助曲线。资料个人收集整理，勿做商业用途

辅助曲线与溶解度曲线的交点 P,表明通过该点的联结线为无限短，相当于这一系统的

临界状态，故称点 P 为临界混溶点（又称褶点）。资料个人收集整理，勿做商业用途

一定温度下，三元物系的溶解度曲线、联结线、辅助曲线及临界混溶点的数据都是由

图8-3辅助曲线与临界混溶点 辅助曲线的作法如 A

D

单相区

S

实验测得，也可从手册或有关专著中查得。资料个人收集整理，勿做商业用途

（2）相平衡关系在直角坐标图上表示一分配系数与分配曲线

①分配系数：在一定温度下，溶质组分A在平衡E相与R相中的组成之比称为分配系

数，以k A表示，即

k

组分A在E相中的组成

k A =组分A在R相中的组成x A

同样，对于组分B也可写出相应的分配系数表达式，即

kB，

X b

显然，k A值愈大，萃取分离的效果愈好。

②分配曲线：溶质A在互为平衡的两液层中的组成，可仿照蒸馏和吸收中的方法，在直角坐标图上用分配曲线表示，如图8-4所示。资料个人收集整理，勿做商业用途

由于分配曲线上任意一点表达了平衡的E、R两相中的组成关系，故可由分配曲线的某

一点求得三角形相图中相应的联结线ER资料个人收集整理，勿做商业用途

（3）组分B、S完全不互溶的相平衡关系

在操作条件下，若B S可视为完全不互溶，且以质量比表示相组成的分配系数为常数

时，则式8-1可改写为如下形式，即资料个人收集整理，勿做商业用途

Y=KX （8-1b）

此情况下，相平衡关系不必用三角形相图表示，直接用平衡关系式描述。对于组分B、S完全不互溶物系，分配曲线在X-Y坐标图上绘制更为方便。

2.杠杆规则在萃取中如何应用？

答：杠杆规则是物料衡算的图解方法，对萃取的物料衡算提供了方便。如两股物料的混合和分离，利用杠杆规则作定量计算很方便。资料个人收集整理，勿做商业用途

将R kg的R相与E kg的E相相混合，便得到总组成为X M的M混合液，如图8-5所示。反之，在分层区内，任一点M所代表的混合液可分为两个液层R、E。M点称为和点，R点和

E点称为差点。混合液M与两液层E、R之间的关系可用杠杆规则描述，即：代表混合液总组成的M 点和代表两液层组成E点和R点，应处于同一直线上；资料个人收集整理，勿做商业用途

而E相和R相的量与线段MR和ME成比例，即

E__

杠杆规则的应用资料个人收集整理，勿做商业用途

MF

MS F

3相平衡关系在萃取中有何应用？答：相平衡关系在萃取中有如下应用

(8-1 )

(8-1a )

MR

R ME （8-2）

若于A B二元料液F中加入纯溶剂S，则混合液总组成的

坐标点M将沿SF线而变，具体位置由杠杆规则确定图8-5

(8-3 )

s

① 萃取操作条件的选择：对于指定物系，适当降低温度，组分间互溶度减小，两相 区面积扩大，有利于萃取分离。

② 选择萃取剂：优良的萃取剂应该对组分 A 有较大的溶解度和较高的选择性，组分

B S 间互溶度要小，增大两相区面积，获得较好分离效果。 资料个人收集整理，勿做商业用途

③ 相平衡关系是萃取过程计算的主要关系之一。

④ 可将萃取过程在三角形相图上清晰的表达出来。 如图8-1 三个阶段可完整地表示在图 勿做商业用途

混合：将定量的纯溶剂 两组分的原料液F 中，混合液

的组成点 M 应 在FS 联线上，M 点的位置由式8-3确定。

适宜的萃取剂用量 S 应使M 点的位 置处于两相区

内。

沉降分层：当F 、S 充分混合液沉 降分层得到平衡的

E 相和R 相(这两点位置 借助辅助曲线通过试差作图法确

定) 。E 相和

S R 相的数量关系由式 8-2确定。

脱除溶剂：若从E 相和R 相中脱除 E '和萃余液R '。延长SE 和SR 线，分别交AB 边于点E 与点R ， E '和 R '的数量关系仍用杠杆规则确定，即 资料个人收集整理，

FR

R FE

从顶点S 作溶解度曲线的切线 SE max ，延长与AB 边交于E max ，该点代表在一定条

件下可能得到的最高组成 ymax 的萃取液。

4.选择萃取剂时需要考虑哪些因素？

答：萃取的选择是萃取操作分离效果和经济的关键。 萃取剂的选择应考虑如下因素： (1)萃取剂的选择性和选择性系数

中所示单级萃取操作的

8-6中。资料个人收集整理,

S 加入A 、B

图8-6

全部萃取剂S,则得到萃取液

即为该两液相组成的坐标位

置。 勿做商业用途 单级萃取在三角形相图上的表达