液液平衡（英文名称liquid-liquid equilibrium）是一种物理现象，在一定温度和压力下，两个组分不同的液相经过充分接触后，某些组分在这两液相中的浓度不再发生变化，表明这些组分在这两相间的正反传递速率相等，达到了液-液平衡。例如水和苯是两个液相，当水和苯共存时，存在明显的液相分界面，下层水中溶有少量苯，上层苯中也溶有少量水，两者部分互溶，形成具有两个液相的二元体系。在一定温度和压力下，使其充分混合接触，直到两个液相的组成恒定，即水中溶解苯的量和苯中溶解水的量不变，即认为水和苯两个液相达到该温度和压力下的液-液平衡。

1、 液-液平衡的表示方法：液-液平衡不但与组分有关，不同温度和压力的下液-液平衡数据是不同的，常见的是两个液相间的相平衡。在定压下，不同温度下的液液平衡常用平衡相图来表示，例如水和与异丁醇的相图如下：

从相图中可以清楚地了解到水和异丁醇两个液相在不用温度下的组成，而且还可以在了解到随着温度的提高，彼此的溶解度增加，当温度达到约130℃以上时，两相就会消失，成为互溶的一相。

2、化学工业中应用的液-液分离系统往往是多元系统，制作相图往往将选定最难分离的两个关键组分为代表，测定两者在第三组分（分离溶剂）中的溶解性，测定分配系数、绘制不同温度下的三元相图。如水－醋酸-苯三元系,溶质(醋酸)在两个液相（苯相和水相）中的浓度比，称为分配系数D，表示如下：

式中α、β分别代表两个液相；xi为溶质I在两个液相中的浓度。如果溶质在两相中形成理想溶液，则分配系数仅为温度的函数；如果为非理想溶液，则分配系数还与溶液的组成有关。D 值越大，表示溶质I易于利用溶剂α即能将其由β中分离出来。利用这种关系可以方便地选择分离溶剂及操作条件。

在炼油和化工生产中最有价值的是芳烃液-液萃取过程。该过程利用甘醇、N—甲基吡咯烷酮等溶剂，由芳烃与非芳烃组成的混合液中将芳烃分离出来。该过程的理论基础是芳烃和非芳烃在溶剂中的液-液平衡。