2-1水盐体系相图及其应用

第二章 用

水盐体系相图及其应

在尿素合成过程中，由于二氧化碳转化率不高， 未反应的氨和二氧化碳以及未转化的氨基甲酸铵必

须从液相中分离出来，以氨基甲酸铵水溶液的形式重新返回合成系统循环使用。为此就必须利用

盐水体系相图分析生产过程中的各种溶液析出氨基甲酸铵、碳酸盐和尿素结晶体的可能性，分析固液

以及气液相间的平衡等问题，在此基础上拟定生产工艺条件。

相图是平衡体系各相的组成与条件的关系图，是 以实验测定出来的溶解度数据为基础绘制的图形。 在工业生产上以及在自然界中遇到的水盐体系， 往往不只是一种盐在水中的溶解问题，而总是在水中 同时溶解着几种盐。要处理这类多组分盐水体系，就 需要使用盐水体系相图。

在水盐体系相图研究中经常用来表示溶液组成的方 法有以下几种。 ① l00g溶液中各组分的克数或称质量分数； ② 100g或l000g溶剂(H2O)中含有某一溶质的克数； ③ 每l000g溶剂中含有的某一溶质的物质的量； ④ 100mol干盐含有菜一物质的物质的量。

当溶液中该盐的浓度不再变化时，溶液与固体盐之间达到了

液固平衡，这种溶液就是该温度下的饱和溶液。饱和溶液的浓度就是在指定温度下该物质的溶解度。溶液的浓度低于饱和值时叫 做不饱和溶液。再向其中加入溶质时要继续溶解，溶液的浓度要

增加。溶液的浓度高于饱和值时，称为过饱和溶液。过饱和溶液是不稳定的，如果向溶液中再投入溶质的晶体(或称之为晶种), 则所有过剩的溶质都将沉淀出来，溶液的浓度将减少，直到达到 该温度下的饱和值时为止。过饱和溶液虽然是不稳定的，但在一 定情况下确能较长时间存在，把这种状态称为介稳平衡或称之为 介稳状态。

第一节

三元体系及其表示法

一、相律

相律是表示平衡体系中，相的数目与其独立组分数和自由度之间关系的定律，相律的数学

表达式为F=C-P+2 式中 F-自由度； C-独立组分数； P-相数。

相律中的几个基本概念如下。

(1)相

体系中具有相同物理性质和化学性质的任何一个均匀部

分称之为相。相与相之间有明显的分界面。假如整个体系都是均 一的物质就是单相。

(2)独立组分

系统中每一个可以单独分离出来并能在体系外长

期存在的物质，称之为组分。组分是构成整个体系的化学物质， 物质间如果没有化学反应，则组分数与独立组分数相等，如物质 间有化学反应，则组分数减去独立化学反应数，即得独立组分数， (3)自由度 在体系中不致引起相的数目发生变化的条件下，可

以随意独立变动的可变因素(如温度、压力、浓度等)的数目。

二、三元体系恒温相图表示方法对水盐体系来说，一种盐与水组成的体系构成二元体系，如 NaCl-H2O。三元体系是由具有共同阳离子或阴离子的两种盐与水

构成的体系。NaCl-KCl-H2O,Na2SO4-(NH4)2SO4-H2O等。在三元体系中，除两种盐本身外，还可能生成各种水合物盐，也可 能生成各种复盐，因此三元体系要比二元体系复杂得多。 此外还有另外一类三元体系，构成体系的不是两种盐，而是 由 一种碱性物和一种酸性物与水组成的三元体系，如重过磷酸钙生 产，在不考虑磷矿石中的杂质时，可表示为CaO-P2O5-H2O体系， 尿素和碳酸氢铵反应体系可表示为NH3-CO2-H2O体系等。

对于三元体系，组分数c=3,由相律公式得到自由度为 F=C-P+2=3+2-P=5-P 如不考虑气相存在时，压力影响因素不计，上式变为

F=4-P因为自由度不能为负值，而三元体系中相数最少为1,最多 为4,则自由度最小值为零。当P=l时，自由度最大即F=4-1=3。 自由度为3表示必须同时指定三个独立变量才能确定体系的 平衡状态。这三个独立变量即是温度和两种盐的组成。因此要全 面表达该体系相平衡的变化规律，必须用三维坐标的立体图来表 示，三个坐标轴分别表示温度和两种盐的组成。但立体图形在绘

制和应用上都很不方便。为便于使用往往把温度固定，从而使自由度减少一个，就可用平面图表示出三元体系的平衡状态，这种 相图就是恒温相图。

1.等边三角形表示洼 用这种表示法时，体系的组 成常用分数或百分数(质量分数、 摩尔分数)来表示。三角形的三 个顶点分别代表三个纯组分点， 每个边代表相应二个组分构成的 二元体系，三角形内各点代表三 元体系。 三元体系等边三角形表示法 具有以下特点。 ① 由图2-1可见，在平行于 任何一边的线上的体系中，其对 应的顶点所代表物质的组成都是 相等的。

② 由图2-2可见， 通过三角形顶点(如 A点)的直线(如

AE)上所有的点，组成中其他两组分(未 作直线的两顶点B和 C)的含量之比一定， 称之为等比线。

③适用于连线规则和杠杆规则。 例如，在图2-3上有两个状态 点a和b,分别表示两个不同的体 系。这种体系可以是单相的，也 可以是多相。设体系a的质量为n 个单位，体系b的质量为m个单位。 当将两个体系混合后，求所得到 的新体系的位置。 由连线规则可知，新体系必然 位于a,b连线之间的c点处， 具体位置由杠杆规则来计算确定。 根据杠杆规则：

ac m bc n

2.三元体系直角等腰三角形 表示法 直角等腰三角形表示法如图2-4

所示。这种表示法 …… 此处隐藏：873字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……