4.2-单组分体系解析优秀PPT.ppt

其次节 单组分体系 将相律应用于单组分体系，这时相律的一般表达式为：=1-+2=3-由上式可见=0时=3，单组分体系最多只能有三个相平衡共存；当=1时，=2；最多有两个独立变量，即温度和压力；所以单组分体系可以用P-T平面图来全面描述体系的相平衡关系。一、水的相图现选用常见的水为例现选用常见的水为例结合相律来探讨水的状结合相律来探讨水的状态图。水在一般温度和态图。水在一般温度和压力下有三种聚集状态：压力下有三种聚集状态：水蒸气（气态）、水水蒸气（气态）、水（液态）、冰（固态）。（液态）、冰（固态）。右图是依据试验数据绘右图是依据试验数据绘制的水的相图（示意图）制的水的相图（示意图）。面：相数；自由度？面：相数；自由度？BFACD水气冰273.16 373 647T/K0.6106101.332.2104P/kPa三条两相平衡线的斜率均可由Clapeyron或Clapeyron-Clausius方程求得。AB线斜率为正。AD线斜率为正。AE线斜率为负。ABDECpT610.16Pa273.16K水水气气冰冰两相平衡线的斜率AB 是气是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能随意液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能随意延长，终止于临界点延长，终止于临界点B。临界点。临界点p=2.2 107Pa，T=647K，这，这时气时气-液界面消逝。高于临界温度，为超临界流体，不能用液界面消逝。高于临界温度，为超临界流体，不能用加压的方法使气体液化。加压的方法使气体液化。AD是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0K旁边。AE是液-固两相平衡线，斜率为负，要使冰降低熔点，必需增加压力。当AE延长至压力大于p=2.0265108Pa时，相图变得困难，有6种不同结构的冰生成。ABDECpT610.16273.16K水水气气冰冰2.2 107647线：自由度；相数？线：自由度；相数？AC是BA的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以AC线在AD线之上，化学势大，过冷水处于不稳定状态，一旦有凝合中心出现（加少许冰），就立刻全部变成冰。A点点 是三相点（是三相点（triple point），气），气-液液-固三相共固三相共存，存，=3,=3,f f=0=0。三相点的温。三相点的温度和压力皆由系统自定。度和压力皆由系统自定。气气-液液-固化学势相等。固化学势相等。ABDECpT610.16Pa273.16水水气气冰冰三相点是物质自身的特性，不能加以变更，如三相点是物质自身的特性，不能加以变更，如H2O的的三相点三相点T=273.16K，p=610.62Pa。ABDECpTp T1T2YMNX610.16Pa273.16K水水气气冰冰F常压下升温过程？常压下升温过程？相图应用举例（相图应用举例（1、恒压变更；、恒压变更；2、冷冻干燥）：瓜子上潮处理、冷冻干燥）：瓜子上潮处理两相平衡线上的相变过程（1）处于P点的纯水，保持温度不变，逐步减小压力，在无限接近于P点之前，气相尚未形成，系统自由度为2。用升压或降温的方法保持液相不变。在两相平衡线上的任何一点都可能有三种状况。如AB线上的P点：（3）接着降压，离开P点时，最终液滴消逝，成单一气相，f=2。通常只考虑（2）的状况。（2）到达P点时，气相出现，在气-液两相平衡时，f=1。压力与温度只有一个可变。三相点与冰点的区分冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气压冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存。当大气压力为力为100kPa时，冰点温度为时，冰点温度为273.15K，变更外压，冰点也随，变更外压，冰点也随之变更。之变更。ABDECpT610.16Pa273.16K水水气气冰冰三相点是物质自身的特性，不能加以变更，如三相点是物质自身的特性，不能加以变更，如H2O的的三相点三相点T=273.16K，p=610.62Pa。A三相点与冰点的区分三相点与冰点的区分冰点温度比三相点温度低 是由两种因素造成的：（1）因外压增加，使凝固点下降 ；（2）因水中溶有空气，使凝固点下降 。PMPaPMPatt气气液液固固31.0631.067.387.38临界点临界点COCO2 2的体积与的体积与T T、p p的关系的关系CC=Kg mKg m3 3448448超超临临界界流流体体且且较大较大超临界流体超临界流体 超临界流体对很多有机超临界流体对很多有机物的溶解实力很强；通过变物的溶解实力很强；通过变更更 T T、p p，很简洁调整其溶解，很简洁调整其溶解性能，提高产品纯度，增大性能，提高产品纯度，增大萃取效率。萃取效率。T TCC较低，较低，萃取可在室温下完成萃取可在室温下完成p pCC不高，不高，易实现工业化易实现工业化 CO2 CO2 价廉、无毒、易制取、价廉、无毒、易制取、易分别易分别COCO2 2超临界萃取技术超临界萃取技术优点与弊端：1.利用超临界CO2萃取技术提取中草药有效成分，没有残留的有机溶剂，故产品为纯自然的，可节能大量溶剂。2.可以在低温下提取，特殊适合于那些含有对湿热不稳定易氧化物质的中草药的萃取。3.超临界CO2萃取速度快，可以缩短生产周期。4.超临界CO2萃取，可提高收率，降低成本。局限性:1.对于极性大，分子量超过500的物质的萃取，需加夹带剂或在很高的压力下进行，这就需选择合适的夹带剂或增加高压设备。2.中草药中成分往往困难，近似化合物多，单独接受SFE-CO2萃取技术往往满足不了纯度的要求，要与其他分别手段联用，如与色谱柱联用、或和精馏分别手段联用。