3. 萃取剂加入量对分相界面位置的影响实验

实验对象与变量设计

本实验在有效容积约 20 L 的混合澄清槽（单级）上进行，连续相为水（含少量溶质），分散相为有机萃取剂（体积分数以 φ_O 表示）。固定总进料体积流量与水相流量，仅改变萃取剂体积分数，观察澄清段界面高度 h 的变化。设备有效分离区间定义为：界面高度距澄清段底部 ≥ 80 mm 且距顶部溢流口 ≥ 60 mm，即 h ∈ [80, H−60] mm（H 为澄清段总高，本实验 H = 400 mm，故有效区间为 80–340 mm）。

实验采用 6 个配比点：φ_O = 0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70。每个配比点稳定运行 15 min 后，用带刻度的界面观察窗读取 h，连续读取 3 次取平均，并记录分相时间 t_sep 作为辅助判据。温度控制在 25 ± 1 ℃，搅拌转速固定为 300 r/min，避免搅拌强度成为干扰变量。

界面位置随配比变化的实测记录

下表为教学示例数据（示例值，非实测），用于说明记录格式与判读逻辑。h 为澄清段界面高度，t_sep 为分相时间，Δh 为 3 次读数极差，用于判断界面是否稳定。

从数据可见，h 随 φ_O 增大而单调上升，近似线性关系；φ_O = 0.20 时界面过低，水相可能被夹带进入有机相出口；φ_O = 0.70 时界面过高，有机相易从水相出口溢流。Δh 在两端配比处增大，说明界面稳定性下降，这与分相时间 t_sep 的上升趋势一致。

配比范围的确定与验证

依据上表与图示，界面稳定落在有效分离区间的配比范围为 φ_O = 0.30–0.60。该范围两端各留有一个越界点作为对照，便于识别边界效应。为确认该范围可复现，建议在每个边界配比（0.30 与 0.60）处重复 3 次独立实验，若 h 的重复性极差 ≤ 5 mm 且 t_sep 波动 ≤ 3 s，则认为边界稳定。

实验记录与判读要点

• 每个配比点先稳定 15 min，再连续读 3 次 h，取平均并记录极差 Δh；Δh > 5 mm 视为界面不稳定，需延长稳定时间后重读。
• 同步记录 t_sep，当 t_sep 明显上升（如超过 30 s）时，即使 h 仍在区间内也应标记为“临界配比”，作为操作上限预警。
• 有效区间边界（80 mm 与 340 mm）应在设备上做明显标识，便于现场快速判断界面是否越界。
• 配比调整应单向递增或递减，避免来回跳变导致澄清段内残留两相比例失真。

按上述方法，本实验得到的稳定配比范围为 φ_O = 0.30–0.60，对应界面高度约 118–298 mm，均处于 80–340 mm 的有效分离区间内，且分相时间处于较低水平，可作为后续搅拌强度与温度扰动实验的基准操作点。