化工原理-萃取课件.ppt

液液相平衡
三角形坐标图及杠杆规则
(1)三角形坐标图
三角形坐标图通常有等边三角形坐标图、等腰直角三角形坐标图和非等腰直角三角形坐标图,如图11-1所示,其中以等腰直角三角形坐标图最为常用。


图11-1 三角形相图
液液相平衡
一般而言,在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况,故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示****惯上,在三角形坐标图中,AB边以A的质量分率作为标度,BS边以B的质量分率作为标度,SA边以S的质量分率作为标度。三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分,即顶点A表示纯溶质A,顶点B表示纯原溶剂(稀释剂)B,顶点S表示纯萃取剂S。三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合物系,第三组分的组成为零。例如AB边上的E点,表示由A、B组成的二元混合物系,由图可读得:,则B的组成为(–)= ,S的组成为零。
液液相平衡
三角形坐标图内任一点代表一个三元混合物系。例如M点即表示由A、B、S三个组分组成的混合物系。其组成可按下法确定:过物系点M分别作对边的平行线ED、HG、KF,则由点E、G、K可直接读得A、B、S的组成分别为: =、=、=;也可由点D、H、F读得A、B、S的组成。在诸三角形坐标图中,等腰直角三角形坐标图可直接在普通直角坐标纸上进行标绘,且读数较为方便,故目前多采用等腰直角三角形坐标图。在实际应用时,一般首先由两直角边的标度读得A、S的组成及,再根据归一化条件求得。
如图11-2所示,将质量为 kg、组成为、、
的混合物系R与质量为 kg、组成为、、,
的混合物系E相混合,得到一个质量为m kg、组成
为、、的新混合物系M,其在三角形坐标图
中分别以点R、E和M表示。M点称为R点与E点的和
点,R点与E点称为差点。
如图11-2
液液相平衡
(2)杠杆规则
液液相平衡
和点M与差点E、R之间的关系可用杠杆规则描述,即
(I)几何关系:和点M与差点E、R共线。即:和点在两差点的连线上;一个差点在另一差点与和点连线的延长线上。
(ii)数量关系:和点与差点的量m、r、e与线段长、b 之间的关系符合杠杆原理,即,
以R为支点可得m、e之间的关系
(11-1)
以M为支点可得、之间的关系
(11-2)
以E为支点可得、之间的关系
(11-3)
根据杠杆规则,若已知两个差点,则可确定和点;若已知和点和一
个差点,则可确定另一个差点。
三角形相图
根据萃取操作中各组分的互溶性,可将三元物系分为以下三种情况,即
①溶质A可完全溶于B及S,但B与S不互溶;
②溶质A可完全溶于B及S,但B与S部分互溶;
③溶质A可完全溶于B,但A与S及B与S部分互溶。称为第Ⅱ类物系。工业上常见的第Ⅰ类物系有***(A)–水(B)–***异丁基
***(S)、醋酸(A)–水(B)–苯(S)及***(A)–***仿(B)–水(S)等;第Ⅱ类物系有
***环己烷(A)–正庚烷(B)–苯***(S)、苯乙烯(A)–乙苯(B)–二甘醇(S)等。在
萃取操作中,第Ⅰ类物系较为常见,以下主要讨论这类物系的相平衡关系。
三角形相图
设溶质A可完全溶于B及S,但B与S为部分互溶,
其平衡相图如图11-3所示。此图是在一定温度下
绘制的,图中曲线R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0称为溶
解度曲线,该曲线将三角形相图分为两个区域:
曲线以内的区域为两相区,以外的区域为均相区。
位于两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相,
称为共轭相,联结两共轭液相相点的直线称为联
结线,如图11-3中的RiEi线(i=0,1,2,……n)。显然
萃取操作只能在两相区内进行。
图11-3 溶解度曲线
三角形相图
溶解度曲线可通过下述实验方法得到:在一定温度下,将组分B与组分S以适当比例相混合,使其总组成位于两相区,设为M,则达平衡后必然得到两个互不相溶的液层,其相点为R0、E0。在恒温下,向此二元混合液中加入适量的溶质A并充分混合,使之达到新的平衡,静置分层后得到一对共轭相,其相点为R1、E1,然后继续加入溶质A,重复上述操作,即可以得到n+1对共轭相的相点Ri、Ei (i=0,1,2,……n),当加入A的量使混合液恰好由两相变为一相时,其组成点用K表示,K点称为混溶点或分层点。联结各共轭相的相点及K点的曲线即为实验温度下该三元物系的溶解度曲线。
三角形相图
若组分B与组分S完全不互溶,则点R0
与E0分别与三角形顶点B及顶点S相重合。
一定温度下第Ⅱ类物