1. 液液平衡基础数据测定与相分离判据建立

体系对象与测定任务

本例以“正丁醇（溶剂）—乙酸（溶质）—水（稀释剂）”为教学示例体系，温度固定为 25 ℃。任务不是直接做萃取，而是先回答两个问题：该体系在给定组成下能否分成两相，以及分相后溶质在两相中如何分配。前者由互溶度（双结点）曲线决定，后者由分配系数决定。

需要建立的基础数据有三类：

• 互溶度曲线：一系列平衡两相组成点（水相富水、有机相富丁醇），连成双结点曲线，其上方为两相区。
• 分配系数：K = y(有机相中乙酸质量分数) / x(水相中乙酸质量分数)，随组成变化，不是常数。
• 相分离判据：由总组成点是否落入两相区、以及两相组成差（分配推动力）给出定量判断。

互溶度曲线与两相区的几何判据

在三角形相图中，以水、乙酸、正丁醇为三个顶点。双结点曲线把整个组成空间分成单相区（曲线下方靠近底边一侧）与两相区（曲线上方）。给定总组成点 M，若 M 落在两相区内，则体系必然分层，两相组成由过 M 的结线（tie line）与曲线交点 R（水相）和 E（有机相）确定，且满足杠杆规则：

m_R / m_E = |ME| / |MR|

其中 m_R、m_E 分别为水相与有机相的质量。若 M 落在曲线外（单相区），无论静置多久都不会分层——这是“能否形成两相”的第一层判据。

下表为教学示例数据（示例值，用于演示计算流程，非实测）：

可见 K 随乙酸浓度升高而增大，说明分配系数必须按组成区间取值，用单一常数会带来系统偏差。

相分离难易的定量判据

“能分层”只是必要条件，工程上还要判断“好不好分”。本例建立三个层次的判据：

1. 存在性判据：总组成点 M 位于双结点曲线围成的两相区内，即存在结线使 M 落在 R、E 之间。
2. 推动力判据：两相组成差 Δ = y − x 越大，传质与分相的组成推动力越强；Δ 过小（如 < 0.03）时两相性质接近，界面易模糊。
3. 相量判据：由杠杆规则算出的两相质量比不能过于悬殊，否则分散相体积分数过小，界面难以稳定维持。

测定与回归的实施路径

实验上采用“配制—平衡—取样—分析”的闭环：在具塞锥形瓶中按预定比例加入水、乙酸、正丁醇，恒温振荡使达到平衡，静置分层后分别取两相样品，用滴定或气相色谱测定乙酸含量，同时用卡尔费休法测水含量，得到每一条结线的 R、E 组成。将各结线端点连成双结点曲线，并对 K 与 x 做线性或多项式回归，得到 K(x) 关系式供后续控制案例调用。

回归示例（基于上表 T1–T4 的线性拟合，示例结果）：

K(x) ≈ 1.40 + 2.50·x      （x 为水相乙酸质量分数，适用范围 0.05–0.20）

验证方法：另配 2–3 个未参与拟合的组成点，测定其 K 值，与回归式预测值比较，相对偏差宜控制在 5% 以内；若超差，说明该区间曲线非线性明显，需改用分段拟合或二次式。

结果判读与数据交付

完成测定后，按下述方式判读并交付基础数据：

• 若目标总组成点 M 落在两相区内，且对应结线的 Δ ≥ 0.03、两相质量比在 1:5 至 5:1 之间，则判定该组成“可分层且具备工程可操作性”。
• 若 M 在两相区内但 Δ 偏小，则判定“能分层但推动力不足”，后续控制案例需通过调温、调相比或加盐等方式改善。
• 若 M 落在单相区，则判定“该配比下不形成两相”，需重新调整溶剂加入量。

交付物为一张双结点曲线数据表（结线端点组成）、一条 K(x) 回归式及其适用区间、以及上述三条判据的阈值说明。这些数据将作为后续相分离时间、界面位置等控制案例的输入基准。