三组分系统的相图及其应用(不讲)课件.ppt

15.6 三组分系统的相图及其应用等边三角形坐标表示法当1用正三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表示温度或压力*3f可用正三角形平面图表示3C因为 5 3 2f 无法用相图表示4f 当1保持温度或压力不变当1保持温度和压力都不变*2f2三组分系统的相图及其应用3 在等边三角形上，沿反时针方向标出三个顶点ABCCwAwBwabc b a co等边三角形坐标表示法ABC1www 三个顶点分别表示纯组分A，B 和 C 三条边上的点表示相应两个组分的质量分数，对应顶点的含量为零三角形内任一点都代表三组分系统1abcabc4等边三角形坐标表示法ABCDbcdecCwBwAwcbfDEFG Ha(1) 在平行于底边的任意一条线上，所有代表物系的点中，含顶角组分的质量分数相等。 例如，d，e，f 物系点，含A的质量分数相同(2) 在通过顶点的任一条线上，其余两组分之比相等。例如，AD线上， bcbc5等边三角形坐标表示法ABCbSaCwBwAwbDOdfE(3) 如果代表两个三个组分系统的D点和E点，混合成新系统的物系点O必定落在DE连线上。 O点的位置可用杠杆规则求算。用 分别代表D和E的质量，则有：ED,mmDEmODmOE 哪个物系含量多，O点就靠近那个物系点。6等边三角形坐标表示法ABCCwBwAwHEGFD(4) 由三个三组分系统D，E，F混合而成的新系统的物系点，落在这三点组成三角形的重心位置，即H点。 先用杠杆规则求出D，E混合后新系统的物系点G 再用杠杆规则求G，F混合后的新系统物系点H，H 即为DEF的重心。7等边三角形坐标表示法例如，Ab线上，S中含A多，b中含A少。BCbSaCwBwAwbDOdfEA(5) 设S为三组分系统 当S中析出A组分，剩余液相组成沿AS延长线变化，设到达b 。AbAmSmbS若在 b 中加入A组分，物系点向顶点A移动。 析出A的质量可以用杠杆规则求算：8部分互溶的三液体系统（1）有一对部分互溶系统 醋酸(A)和氯仿(B) 能无限混溶 但氯仿和水只能部分互溶 醋酸(A) 和水(C)也能无限混溶 在它们组成的三组分系统相图上出现一个帽形区，在a和b之间，溶液分为两层9（1）有一对部分互溶系统 一层是在醋酸存在下，水在氯仿中的饱和液，如一系列 a 点所示 另一层是氯仿在水中的饱和液，如一系列 b 点所示这对溶液称为共轭溶液10（1）有一对部分互溶系统 在物系点为c的系统中加醋酸，物系点向A移动1 1ab 由于醋酸在两层中含量不等，所以连结线 不一定与底边平行。 到达 时，对应的两相组成为 和1a1b1c11（1）有一对部分互溶系统 继续加醋酸，使B，C两组分互溶度增加，连结线缩短，最后缩为一点 组成帽形区的 aOb 曲线称为双结点溶解度曲线或双结线 这时两层溶液界面消失，成单相。 O点称为等温会溶点或褶点12 T - x1，x2 图 将三液体中有一对部分互溶的系统画成正三棱柱形立体图，纵坐标为温度，每个水平截面为正三角形组成图。 温度不断升高，互溶程度加大，两液相共存的帽形区逐渐缩小 最后到达K点，成均一单相 将所有等温下的双结线连成一个曲面，在这曲面之内是两相区。13 T - x1，x2 图 将立体图中的所有等温线都投影到平面上，得投影图14（2）有两对部分互溶系统 乙烯腈(A)与水(B)， 乙烯腈与乙醇(C)只能部分互溶，而水与乙醇可无限混溶，在相图上出现了两个溶液分层的帽形区。帽形区之外是溶液单相区在aDb，cFd内两相共存各相的组成可从连结线上读出15（2）有两对部分互溶系统 温度降低，帽形区扩大，最后叠合在abdc内两相共存在abdc外为溶液单相 但上、下两个溶液单相区内，A的含量不等16（3）有三对部分互溶系统 乙烯腈(A)-水(B)-乙醚(C)彼此都只能部分互溶 因此正三角形相图上有三个溶液分层的两相区 在帽形区以外，是完全互溶单相区。17（3）有三对部分互溶系统 降低温度，三个帽形区扩大以至重叠。 靠近顶点的三小块用1表示的是单相区 2表示的三小块是三组分彼此部分互溶的两相区 中间用3表示的EDF红色区是三个彼此不互溶溶液的三相区这三个溶液的组成分别由D，E，F三点表示18（3）有三对部分互溶系统因为*0fC 在等温、等压下， D，E，F三相的浓度有定值若某物系如P点所示三个相的相对质量可以使用杠杆规则计算( ,l)( ,l)m DHEm EDH( ,l)( ,l)m DGFm FDG19萃取原理 对沸点靠近或有共沸现象的液体混合物，可以用萃取的方法分离。 通常芳烃A与烷烃B完全互溶，芳烃A与萃取剂S也能互溶，而烷烃与萃取剂互溶度很小。一般根据分配系数，选择合适的萃取剂。 对芳烃和烷烃的分离，常用二乙二醇醚为萃取剂。20萃取原理A( )芳烃B()烷烃S()萃取剂Sw AwBwFOxyHG21 将组成为F的A,B混合物装入分液漏斗，加入萃取剂S并摇动,物系点沿F S线移动 萃取相组成为y，蒸去S，物系点沿Sy 移动，直到G点，这时含芳烃量比F点明显提高.A( )芳烃B()烷烃S()萃取剂Sw AwBwFOxyHG 设到达O点(根据加入S的量，由杠杆规则计算),静置分层。 萃余相组成为x，蒸去S，物系点沿S x移动，到达H点，含烷烃量比F点高。22萃取塔 工业上，萃取是在塔中进行。塔内有多层筛板，萃取剂从塔顶加入，混合原料在塔下部输入。 最后，芳烃不断溶解在萃取剂中，作为萃取相在塔底排出；脱除芳烃的烷烃作为萃余相从塔顶流出。 一次萃取不能完全分离 依靠比重不同，在上升与下降过程中充分混合，反复萃取。23二固体和一液体的水盐系统 这类相图很多，很复杂，但在盐类的重结晶、提纯、分离等方面有实用价值。 这里只介绍几种简单的类型，而且两种盐都有一个共同的离子，防止由于离子交互作用，形成不止两种盐的交互系统。24二固体和一液体的水盐系统(1)固体盐B，C与水的系统一个单相区两个两相区ADFE是不饱和溶液单相区 CEF是C(s)与其饱和溶液两相共存。 BDF是B(s )与其饱和溶液两相共存一个三相区BFC是B(s),C(s)与组成为F的饱和溶液三相共存。25二固体和一液体的水盐系统两条特殊线一个三相点*0fB与DF以及C与EF的若干连线称为连结线。 DF线是B在含有C的水溶液中的溶解度曲线 EF 线是C在含有B的水溶液中的溶解度曲线 F点是饱和溶液与B(s),C(s)三相共存点26盐类提纯 如果B和C两种盐类的混合物组成为Q点，如何将B(s)分离出来? 应先加水，使物系点沿QA方向移动，进入BDF区,到达R点 这时C(s)全部溶解，余下的是纯B(s)过滤，烘干，就得到纯的B(s)27盐类提纯 R点尽可能靠近BF线，这样可得尽可能多的纯B(s) 加入水的合适的量以及能得到B(s)的量都可以用杠杆规则求算。 如果Q点在AS线右边，用这种方法只能得到纯C(s)。28(2)有复盐形成的系统 当B，C两种盐可以生成稳定的复盐D的相图 一个单相区：AEFGH为不饱和溶液 三个两相区：BEF，DFG和CGH 两个三相区： BFD，DGC三条饱和溶解度曲线：EF，FG，GH两个三相点：F 和 G29(2)有复盐形成的系统 如果用AD连线将相图一分为二则变为两个二盐一水系统 分析方法与二盐一水系统相同30(2)有水合物生成的系统 组分B与水(A)可形成水和物D。 对ADC范围内讨论与以前相同，只是D表示水合物组成 E点是D(s)在纯水中的饱和溶解度 当加入C(s)时，溶解度沿EF线变化。31(2)有水合物生成的系统 BDC区是B(s)，D(s)和C(s)的三固相共存区属于这种系统的有242Na SONaClH O242Na SO 10H O水合物为大苏打32(2)有水合物生成的系统 如果C(s)也形成水合物，设为D 作DD线，在DD线以上的相图分析与以前相同 在DD线以下为一四边形，连结对角线，把四边形分成两个三角形 究竟哪一条对角线是稳定的，只有通过实验确定33利用温差提纯盐类LLDDMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )相图OHKNONaNO233蓝线是在298 K时的相图红线是在373 K时的相图 D是298K时的三相点 是373 K时的三相点 D34利用温差提纯盐类LLDDMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )(1)系统中含 较多3KNO3(KNO )0.75w物系组成为 x3(NaNO )0.25wx 在298 K时，加水溶解，物系点沿xA线向A移动3KNO当进入MDB区时， 全部溶解，剩下固体为3NaNO35利用温差提纯盐类LLDDMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )x 如有泥沙等不溶杂质，将饱和溶液加热至373 K 这时在线 之上，所有盐全部溶解M D 趁热过滤，将滤液冷却可得纯3KNO (s)36利用温差提纯盐类LLDDMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )(2)系统中含 较多3NaNO3(KNO )0.30w物系组成为 x3(NaNO )0.70wx 加水溶解，升温至 373 K，物系点恰好进入NaNO3结晶区Wx在W点过滤，去掉3NaNO (s)37利用温差提纯盐类LLDDMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )(2)系统中含 较多3NaNO饱和溶液组成为 D“xWx加水降温至298 K进入BDM区，在 y 处过滤y可得纯3KNO (s)饱和溶液组成为D 在D中加组成为x的粗盐，使物系点到达W，如此物系点在WDyD之间循环，就可把混合盐分开。38利用温差提纯盐类LLDWxDyxMMA2(H O)298K373KB3(KNO )C3(NaNO )39三组分低共熔系统的相图 金属Sn、Bi和Pb彼此可形成三个二元低共熔相图，它们的低共熔点分别为E1,E3和E2，低共熔点在底边组成线上的位置分别为C，D和B。 将平面图向中间折拢，使代表组成的三个底边Sn-Bi，Bi-Pb和Pb-Sn组成正三角形，就得到了三维的正三棱柱形的三组分低共熔相图，纵坐标为温度。40三组分低共熔系统的相图 金属Sn、Bi和Pb彼此可形成三个二元低共熔相图 它们的低共熔点分别为l1,l3 和 l21l3l2l 将平面图向中间折拢，使代表组成的三个底边Sn-Bi，Bi-Pb和Pb-Sn组成正三角形，就得到了三维的正三棱柱形的三组分低共熔相图，纵坐标为温度。4l41三组分低共熔系统的相图1l3l2l 一个单相区 在花冠状曲面的上方是熔液单相区； 三个三相共存点 在每个低共熔点 处，是三相共存。123 , , lll 三个两相区 在三个曲面上是熔液与对应顶点物的固体两相共存区；4l42三组分低共熔系统的相图1l3l2l4l到达 时有金属Bi析出4l 如果Sn-Pb系统在 处加入Bi，低共熔点沿 线下降2l2 4l l汇聚于2 43 41 4, , l ll ll l4l4l是四相共存Sn(s)Pb(s)Bi(s)熔液*0f温度再降低，液相消失，三固体共存。43三组分低共熔系统的相图423K473K473K423K473K423K523K573KCBSnAEFDBiPb 用步冷轨迹在底面组成图上的投影，可以更清楚地看出组成为A的熔化物在冷却过程中的组成变化。 在Bi-A线及其延长线上，Sn(s)与Pb(s)量的比例不变离Bi顶点越远，含Bi越少44直角坐标表示法2P3Pm4P0 10 20 30 40 50 60B2A(H O)102030405060708090BEC(NaCl) CDF1P45直角坐标表示法cE0FEcbb100200 300400 500 600100200300400(KCl)/gmm(NaCl) /g