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逆流分布

[拼音]:niliu fenbu

[外文]:counter distribution

指分离柱中两相反向流动并相互接触,以提高分离和纯化效率的方法。例如,在分级蒸馏中回流液在柱中连续下降,并不断与上升蒸气相接触,该技术广泛用于石油化工和萃取化学中。

设溶质在两相中的状态不变,其分配不受电离、聚合等因素的影响,在分液漏斗中含有该溶质1000毫克的水溶液,其分配系数为1,加入等体积的与水不相混溶的有机溶剂于分液漏斗中,振荡使两相间达到萃取平衡,则溶质在两相各占500毫克。接着,将第一分液漏斗中较轻的有机相移至第二分液漏斗中。然后,在第二分液漏斗的有机相中加入新鲜的水相,在第一分液漏斗的水相中加入新鲜有机相,振荡使两相达到萃取平衡,则每只分液漏斗中的各相均含溶质 250毫克。再将第二分液漏斗中的有机相移至第三分液漏斗,并加入新鲜水相,转移第一分液漏斗至第二分液漏斗以代替原有的有机相,并如上所述,加入新的相反的相,进行萃取以达到平衡。经过两次或三次转移后,可用下列示意图表示萃取过程,匑代表两相平衡。毫克数为存在的溶质重量。于是,第一步为:

在0号漏斗中两相平衡时,得:

上述已完成一次转移(n=1)的情况表示为:

达到平衡后,得:

由上图可见,每次转移使右方增加一个分液漏斗。

完成第二次转移(n=2)并达到平衡后的分配为:

完成第三次转移(n=3)并达成平衡后的分配(因第一支分液漏斗标号为0,所以漏斗数等于转移数加1)为:

当n=4时,为:

由上可见,当转移次数增加时,溶质在更多的漏斗中分布,因分配系数为1,所以中间漏斗溶质多,两边漏斗溶质递减。当分配系数不等于1,且溶质较易溶于水时,则很高浓度在图中偏左;若溶质易溶于有机溶剂,则很高浓度在图中偏右。

当分配系数为1,且两相体积相等时,转移次数为n的溶质分配曲线均成高斯分布。上述过程可用二项式展开后的任一简单项表示:

式中fn,r是经过n次转移后在第r个容器中溶质的分数;KD为分配系数。

在逆流分布中,转移次数一定时,不同分配系数的物质的分布各不相同。对不同KD值的溶质, 经一定转移次数后开始分离,但在任何情况下分离并不完全。因此,若要定量地得到纯组分,必须将这些溶质进行更多级数的分离才能达到目的。目前逆流分布在化工、湿法冶金、溶剂萃取中的串级萃取和色谱法中获得广泛应用,今后在分离提纯中还将发挥重要作用。

参考书目R.A.Day,Jr. and A.L.Underwood,Quantitative Analysis,Prentice-Hall,Englewood Cliffs,New Jersey,1974.

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