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: A的组成为 ,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。 r Ax Bx Sxe Ay By Sy Az Bz Sz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 a?? ma e a b ? ? (11-1) 以M为支点可得、之间的关系 re eb ra? ra eb ? (11-2) 以E为支点可得、之间的关系 r rm?? r a b mb ? ?(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****惯上,将①、②两种情况的物系称为第Ⅰ类物系,而将③情况的物系称为第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 R 0R 1R 2R iR n KE nE iE 2E 1E 0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 R iE i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 R 0、E 0。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 R 1、E 1,然后继续加入