第三章低温合成与分离

合集下载

低温原理与技术课件——气体液化与分离

制冷原理与技术
➢取三个换热器、液氮槽、液氢或氖的储罐和节流阀作为分析系统，针对没有热漏的稳定流动:
制
0 m N2 hc (m m f )h1 m f hf m N2 ha m h2 (3.28)
冷
➢单位质量压缩氢或氖所对应的氮的蒸发率:
原
z m N2 / m
理
(3.29)
➢膨胀机的流量比率:
冷原理与
进膨胀机质量流量占总流量比例:
➢液化率:
.
m f h1 h2 h3 he
y
.
m
h1 hf
x h1 hf
x me / m
(3.23)
(3.24)
技术
➢净耗功:
w m
[T1 ( s1
s2 )
(h1
h2
)]
x(h3 he )
(3.26)
w e m e (h3 h4 )
h1 hf h1 hf
原
..
➢中间压力蒸汽流率比： i mi / m
(3.20)
理
与
➢热力学第一定律应用于两个压缩机，单位质量气体
技
的压缩耗功为:
术
.
w
. [T1(S1 S3 ) (h1 h3 )] i[T1(S1 S2 ) (h1 h2 )]
m
(3.21)
图3.13 林德双压系统液化功
理
一氧化碳
81.6
与
氩
87.28
12019 1335 768.1 738.9 768.6 478.6
技
氧
90.18
术
甲烷
111.7
乙烷
184.5
635.6 1091 353.1

材料制备技术3.3 低温合成

2019/1/19 31
3.3.2 低温合成
1、液氨中的合成
3. 钠的加入
加钠的速度使液氨缓和的沸腾。加完所有的钠大约需要半小时，此时溶液的蓝色应该消失。加完钠后，搬掉这一套管子，用一个橡皮塞塞住杜瓦瓶口，接着放置这套装置1-2d，以便让氨挥发，在把这套装置转移到惰性气体箱中，用长刮刀将氨基钠转移到另一个密封的瓶子中。
2019/1/19 28
2019/1/19
制备NaNH2的装置
29
3.3.2 低温合成
1、液氨中的合成
实验步骤： 1. 钠块的准备在惰性气体箱或惰性气体袋中，用刀刮去钠块上的油和氧化物。然后把钠块切成豌豆大小的颗粒放入盛钠的支管中，在管上接一段直径较粗的橡皮管并用夹子拧紧，以免使钠接触空气，然后从惰性气相中取出。
3.3.1 低温的获得、测量与控制
3.低温的测量与控制
（3）蒸气压温度计液体的蒸气压随温度的变化而变化，因此，通过测量蒸气压可以知道器温度。
dp S H dT V TV
简化、积分得：
2019/1/19
H ln p C RT
15
3.3.1 低温的获得、测量与控制
3.低温的测量与控制（4）红外辐射温度计
3.3.2 低温合成
1、液氨中的合成
某些碱金属的化合物也能同液氨反应：
MH NH3 (l ) MNH 2 H 2
M 2O NH3 (l ) MNH 2 MOH
2. 碱土金属和液氨的反应碱土金属有：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra。其中，Be、Mg 不溶于液氨也不和液氨反应，但是若有少量的铵离子存在， 2019/1/19Mg能和液氨反应，并形成不溶性的氨化物。 23

无机合成化学简明教程答案高胜利 (修复的)

11.从金属活泼性看,钠略弱于钾，但是工业上却是用钠还原熔融态氯化钾的方法制备金属钾。理由何在？工业上于 850℃时用钠还原熔融态氯化钾的方法制备金属钾：虽然△fHθ m[NaCl(s)]=-411kJ· mol-1,△fHθ m[KCl(s)]=-435 kJ· mol-1, 上述反应正向是吸收能量即△rHθ m 为正值的反应。但因钾比钠容易挥发,沸点分别为 756.5℃、881℃,在该温度下钾为气态即正向是熵增过程得以进行。 12.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？化学转移反应（chemical transport reaction）是一种固体或液体物质 A 在一定的温度下与一种气体 B 反应，形成气相产物，这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生逆反应，结果重新得到 A。这个过程似乎像一个升华或者蒸馏过程，但是在这样一个温度下，物质 A 并没有经过一个它应该有的蒸气相，又用到了物质 B（转移试剂），所以称化学转移。应用：化学转移反应广泛应用在新化合物合成、物质的分离提纯和大而完美的单晶生长以及测定一些热力学数据等方面。 13.试绘制转移反应实验装置原理示意图，指明如何根据反应热的符号选择不同区域温度的高低。
第三章低温合成
1.温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？物质的第五态就是玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation，简称 BEC)，它是科学巨匠爱因斯坦在 80 多年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度足够低时，会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，即处于不同状态的原子 “凝聚” 到了同一种状态(一般是基态) 。 2.为什么稀有气体化合物总是在低温或超低温下合成？由于稀有气体自身就是在低温下进行分离纯化的，因此它们的一些化合物也是在低温下进行的。 3.实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举一例。 ⑴ 恒温低温浴，低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变制冷浴。 ⑵ 制冷产生低温，科学研究中使用的大型氦制冷机。⑶ 低温恒温器。⑷ 储存液化气体的装置，① 储存液化气体的杜瓦瓶② 储存液化气体的钢瓶。 ⑸ 低温的测量① 蒸气压温度计② 低温热电偶③ 低温电阻温度计

《低温固相合成》课件

05
低温固相合成的挑战与前景
低温固相合成中的挑战
低温条件下反应速度慢
低温固相合成通常需要在较低的温度下进行，这会导致反应速度变慢，增加合成时间和成本。
低温条件下产物纯度不稳定
在低温固相合成过程中，由于温度的波动和反应条件的控制难度，产物纯度往往不稳定，影响产品质量。
低温条件下产物收率低
由于低温固相合成中反应速度较慢，产物收率通常较低，这增加了生产成本和资源消耗。
应用领域
材料科学
低温固相合成可用于制备各种功能材料，如陶瓷、晶体、复
合材料等。
化学工业
在制药、催化剂、颜料等领域，低温固相合成可用于合成高纯度、高附加值的化学品。
新能源领域
在太阳能电池、燃料电池等新能源技术中，低温固相合成可用于制备高性能的电极材料和电解质材料。
环境科学
在环保领域，低温固相合成可用于处理工业废弃物和重金属污染，实现资源回收和环境保
THANKS
感谢观看
02 在低温条件下，反应速率通常较慢，因此需要长时间反应。
03
温度过低可能导致反应不完全，而温度过高则可能导致副反应发生。
04
因此，选择适当的温度范围是低温固相合成成可以影响低温固相合成中的化学反应平衡和反应速率。
同时，高压可以促进新相的形成和晶体生长。
护。
02
低温固相合成的基本原理
化学反应原理
1
低温固相合成是一种在低温条件下通过物理或化学方法将原料固相化，进而发生化学反应制备目标产物的技术。
2
在低温固相合成中，原料的混合、固相化以及化学反应通常在较低的温度下进行，以促进反应的进行和产物的生成。

无机合成简明教程复习笔记(考研+期末)

无机合成简明教程复习笔记一、第一章●无机合成十大热点/前沿领域1.特种结构无机材料的制备2.软化学合成●硬化学：在超高温、超高压、强辐射、无重力、仿地心、仿宇宙等条件下探索新物质合成●软化学：采取迂回步骤，在较温和条件下实现化学反应过程，以制备相关材料的化学领域●方法：前驱体法、溶胶-凝胶法、溶剂热合成法、插入反应、离子交换过程、熔体（助溶剂）法、酶促合成骨骼和人齿反应、拓扑化学过程及一些电化学过程●特点●不需用高纯金属作原料●制成的合金是具有一定颗粒度的粉末，在使用时无需碾碎●产品本身具有高活性●产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能●合成方法简单●有可能降低成本●为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径3.极端条件下合成4.杂化材料的制备5.特殊聚集态材料合成6.特种功能材料的分子设计●概念：其指开展特定结构无机化合物或功能无机材料的分子设计、裁剪与分子工程学的研究●步骤：以特定的功能为导向在分子水平上实现结构设计和构建研究分子构建的形成和组装规律对特定性能的材料进行定向合成7.仿生合成●概念：其指在分子水平上模拟生物的功能，将生物的功能原理用于化学，借以改善现有的和创造崭新的化学原理和工艺科学●仿生膜●选择性通透作用●低能耗、低成本和单极效率高●适合热敏物质分离●应用广泛、装置简单、操作方便、不污染环境8.纳米粉体材料制备●化学制备方法●水热-溶剂热法●热分解法●微乳液法●高温燃烧合成法●模板合成法●电解法●化学沉淀法●化学还原法●溶胶-凝胶法●避免高温引起相分离9.组合化学●其是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机器人结合为一体的技术●基本思想和主要过程●设想和定义●选择相关元素●构建化合物库●并行处理技术●加工过程●高通量分析●将新材料及合成与分析数据送交用户10.绿色合成●方法和实例●热化学循环分解水●水热-溶剂热合成●超临界二氧化碳和成●绿色电解合成●低热固相合成●固相合成四个阶段●扩散●反应●成核●生长●五个特点●具有潜伏期●无化学平衡●拓扑化学控制原理●分步反应●嵌入反应●定义：指在制造和应用化学产品时有效利用原料（最好可再生），消除废物和避免使用有毒的、危险的试剂与溶剂●核心和主要特点（原子经济反应）●无毒无害原料，可再生资源●环境友好产品，回归自然，废物回收利用●无毒无害催化剂●无毒无害溶剂二、第二章●Ellingham 图1.吉布斯-亥姆霍兹方程2.如何理解：设（x,y)（ x,y分别为两种物质），位于金属氧化物线段之下的温度区间，x可用于还原金属氧化物，而本身被还原为y3.应用●古代制铜器●金属锌制备●耦合反应1.概念：原来不能单独自发进行的反应A，在反应B的帮助下合并，合并在一起的总反应可以进行，这种情况称之为耦合反应2.应用实例●单质磷的制备●四氯化钛的制备●氧化法制备硫酸铜●泡佩克斯图1.概念：它是相关电对的电极材料-参加反应各物种浓度-温度-溶液酸度图●电极反应类型●既有氢离子或氢氧根离子参加，又有电子参加，这时的泡佩克斯图为一直线，斜率为（-m/n)*0.059,截距为E池●电极反应只有电子得失，没有氢离子或氢氧根离子参加，其图形为平行于横坐标的直线●电极反应有氢离子或氢氧根离子参加，但没有电子得失，其图形为平行于纵坐标的直线2.性质●直线上方为氧化态的稳定区，下方为还原态的稳定区●直线左边是物种离子的稳定区，右边是沉淀的稳定区3.应用●判断氧化还原反应进行的方向和顺序●对角线规律●两条直线间的距离越大，E池越大，G越负，则反应自发进行的趋势越大●对同时存在的几个反应，氧化还原反应进行的顺序可按直线之间距离的大小排序（从大到小）●确定水的稳定区●如图，凡是泡佩克斯图落在j-k之间的氧化剂或还原剂都不会与水反应●可判断物种在水中存在的区域，或者提供制备的条件●湿法冶金中的应用●在电化学中的应用●热力学相图1.一致熔融化合物2.不一致熔融化合物三、第三章●低温合成1.物态●物质的第四态：等离子态，升高温度（数百万度）●物质的第五态：波色-爱因斯坦凝聚（超导态和超流态），温度低至临界温度2.低温温区划分●普冷区：环境温度到120k●深冷区：120k到绝对零度●普冷与低温的分界线：123k3.低温获得●恒温低温浴●制冷产生低温P78●低温恒温器●储存液化气体装置●高压气体钢瓶●气体钢瓶的颜色●气体钢瓶的安全使用●原因：钢瓶内部填充的气体压力很大，并且有的气体具有可燃性和助燃性，故钢瓶具有一定的易燃易爆性●注意点●气瓶必须连接压力调节器，经降压后，再流出使用●安装调节器，配管一定要用合适的，安装后试接口，不漏气方可使用●保持清洁，防污秽侵入，防漏气●小心使用，不可过度用力●易燃气体钢瓶应装单向阀门，防止回火●避免和电器电线接触，以免产生电弧使气体受热发生危险●瓶内气体不可用尽，即压力表指压不可为0，否则可能混入空气，重装气体时会有危险●气体附近必须有灭火器，且工作场所通风良好4.低温的测量●蒸气压温度计●低温热电偶●低温热电阻温度计5.应用●稀有气体合成●KrF2的低温放电合成● XeO4的低温水解合成●在高氙酸盐中缓慢滴入零下五摄氏度的浓硫酸，生成四氧化氙气体●真空升华得纯品，储存于零下78摄氏度的冷凝容器中●XeF2的低温光化学合成P84●RnF2的光化学合成●金属，非金属同液氨的反应●碱金属及其化合物同液氨的反应●U型汞鼓泡管主要作为液氨蒸发的出口，并在所有的液氨蒸发后，阻止气体进入杜瓦瓶●碱土金属同液氨反应●某些化合物在液氨中的反应●非金属同液氨的反应●液氨中配合物的生成●低温下挥发性化合物的合成●二氧化三碳的合成●氯化氰的合成●磷化氢的合成●实验结束时不断的使氢气通过烧瓶，同时使烧瓶中的物质冷却，直至磷完全凝固。

低温合成与分离

四、低温合成实例
（1）半导体材料气体化合物的合成 • 例：甲硅烷(SiH4)的合成制备SiH4最古的方法是用稀盐酸处理硅化镁，如以Si02为起始
原料，则反应式为:
Si02 +Mg→Mg2Si Mg2Si +HCl → SiH4 （一196 ℃）
注意：用此方法合成的SiH4 ，常含有乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷以及其它高纯硅烷，为得到纯SiH4分须进行分离。 SiH4用一196 ℃(戊烷作冷媒)的捕集器收取。
2 非水冷浴
① 干冰(固体升华制冷) 原理：干冰的升华温度为-78.3℃，干冰的导热性不好
-60
溶剂
乙醇丙酮
冷浴温度/℃
-72 -78
② ③
液态空气（-193℃～186℃）(液体气化制冷) 低沸点液体
液体沸点/℃ 液NH3 -33.4 SO2 -10.0 液O2 -183.0 液N2 -196.0
制作电阻温度计时，应选用电阻比较大、性能稳定、物理及金属复制性能好的材料，最好选用电阻与温度间具有线性关系的材料。常用的有铂电阻温度计、锗电阻温度计、碳电阻温度计、铑铁电阻温度计等。
• 4、红外辐射温度计（50～3200℃）非接触式，适用浴腐蚀性环境、运动物体的温度测量。但精确度低，因为低温辐射能量低，而且发射的常常是波长较长的红外线。
（2）低温合成超微粒子
• 金属超微粒子的合成，通常采用金属蒸气法，即把反应体系(真空罩) 抽成真空，根据金属活泼性的不同选择通入几至几百torr的N2、He、Ne、 Ar等不活泼性气体。用电阻、高频、电弧等离子体、激光、溅射、电子束等加热金属，使之熔融气化，金属原子或原子团在低温的不活泼性气体中骤冷成烟状，烟粒子附着在器壁上，渐渐落到基板上，即可得金属超微粒子。用此方法现已合成Ni、Pt、W等金属超微粒子。用同样的方法，如果在真空系统通入N2、NH3、CH2、O2等气体即可合成金属的氧化物、氮化物、碳化物等超微粒子。

低温合成技术在材料科学中的应用

低温合成技术在材料科学中的应用在材料科学领域，合成技术的不断发展与创新是推动材料性能提升和应用拓展的关键动力。

其中，低温合成技术作为一种具有独特优势的合成方法，正逐渐引起科研人员的广泛关注，并在众多领域展现出了巨大的应用潜力。

低温合成技术，顾名思义，是指在相对较低的温度条件下进行材料合成的方法。

与传统的高温合成技术相比，低温合成技术具有诸多显著的优点。

首先，低温条件能够有效减少能源的消耗，符合当下可持续发展的需求。

在高温合成过程中，往往需要大量的热能来维持反应温度，这不仅增加了生产成本，还对环境造成了一定的压力。

而低温合成技术则能够在较低的温度下实现材料的合成，从而显著降低能源消耗。

其次，低温合成有助于控制材料的微观结构和性能。

在较低的温度下，反应速率相对较慢，这使得反应过程更加可控，有利于精确调控材料的晶体结构、形貌、尺寸分布等微观特性。

例如，通过低温合成可以制备出具有特定形貌和尺寸的纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米颗粒等，这些纳米材料往往具有独特的物理、化学和电学性能，在电子、光学、催化等领域具有重要的应用价值。

再者，低温合成能够减少高温下可能出现的副反应和杂质生成。

高温环境可能导致材料的氧化、分解或者与反应容器发生不必要的反应，从而引入杂质，影响材料的纯度和性能。

而低温合成则可以有效地避免这些问题，提高材料的质量和稳定性。

低温合成技术在无机材料领域的应用十分广泛。

以半导体材料为例，低温合成技术可以用于制备高质量的量子点。

量子点是一种尺寸在纳米量级的半导体晶体，由于其量子限域效应，展现出独特的光学和电学性能。

通过低温合成方法，可以精确控制量子点的尺寸和组成，从而调节其发光波长和效率，在显示技术、生物标记、太阳能电池等领域具有重要的应用前景。

在超导材料的制备中，低温合成技术也发挥着重要作用。

高温超导材料的合成通常需要复杂的工艺和高温条件，但通过低温合成技术，可以在相对较低的温度下制备出一些具有特殊结构和性能的超导前驱体，为后续的高温处理和超导性能的优化提供了良好的基础。

合成技术31低温技术全解

-183 ℃ 700~2200V 24~37mA, 低压放电
合成化学
KrF2
KrF2为白色固体，具有挥发性，-30℃以下
稳定，室温下自动分解为Kr 和 F2；它能溶于无
水HF。
第3章
合成化学
图3-2 放电合成氟化氪的装置
第3章
(2) 低温光化学合成
合成化学
光化学反应是由可见和紫外光所引起的化学反应。这些反应一般都是分子的激发态直接参与下进行的。一个分子只有在吸收一定的光能之后，才能发生化学反应。在吸收光的过程中，分子得到的能量与吸收光的波长成反比:
合成化学
许多物质的分离和制备，都必须在低温下进行。 1. 非水溶剂中的低温合成许多在非水溶剂中进行的反应必须在低温下进行，因为它们只有在低温下才呈液体状态，如 NH3、SO2、HF等，其中液NH3是研究得最多，也是
应用最广的非水溶剂。
第3章 (1) 液氨体系
● 氨基化合物的制备
合成化学
利用碱金属和碱土金属与液NH3 的作用可制
到不同低共熔点的低温源。 NaCl∶冰=1 ∶ 3（质量比） NH4Cl∶冰=1 ∶ 4 (NH4)SO4∶冰=2 ∶ 3 ~-21.2 ℃ ~-15.8 ℃ ~-19 ℃
第3章
合成化学
3. 冰-酸体系
0~-25 ℃ ~-37.5 ℃
浓HCl ∶冰=1 ∶1
浓HNO3 ∶冰=1 ∶2
浓HSO4 ∶冰=1 ∶3
Na4XeO6 + 2H2SO4 → XeO4 + 2Na2SO4 + 2H2O Ba2XeO6 + 2H2SO4 → XeO4 + 2BaSO4 + 2H2O
第3章
▲ 高氙酸盐的制备

第3讲低温合成与分离无机合成与制备

20~300 2~300 2~300
③
低温电阻温度计
电阻温度计是利用感温元件的电阻与温度之间存在一定的关系制成：
Rt R0 (1 at t t )
2 3
式中，Rt、R0 是温度 t 及0℃ 时的电阻值；α、β、γ是常数。
一些常用低温热电阻温度计的性质
温度计类型测量范围/K 精度稳定性热循环磁场的影响
※干冰浴: 常用的低温浴,它的升华温度-78.3℃，用时常加一些惰性溶剂，如丙酮，醇，氯仿等，已使它的导热更好一些。
※液氮 : 液化温度是 -195.8℃，常用的一种低温浴，当用于冷浴时 ,使用温度最低可达-205 ℃。
※液氨 : 它的正常沸点是 -33.4 ℃ ，它可使用的温度远低于它的沸点。注意：良好通风设备的房间或装置下使用 14
波麦兰丘克制冷
顺磁盐绝热去磁核绝热去磁
1.2mK（在0.319K以下沿溶解曲线绝热压缩3He固液混合物）
1.9m K（顺磁盐硝酸铈镁的有序温度） 9×10-6K（二极铜核去磁，晶格和电子系统温度） 5×10-8K（二极铜核去磁，核系统温度）
低温源
◥制冷浴
※冰盐共熔体系:
3 份冰 + 1 份 NaCl 3 份冰 + 3 份 CaCl2 2 份冰 + 1 份浓硝酸 -21 ℃ -40 ℃ -56 ℃
17
广东工业大学
2.液氧、液氮和液氩的小型容器三者沸点接近，通常用杜瓦瓶贮存。 3.液氢、液氦的主场容器
其沸点极低，汽化热很小，贮存极为困难，液氢、液氦的小贮存容器分别为液氮屏容器和气体屏容器两类。
液氮屏容器：具有液氮保护屏和真空绝热的小型容器。
气体屏容器：利用液化气体容器中蒸发出来的气体潜热，来冷却装于绝热层中的金属传到屏的小型容器。

第三章1 经典合成方法

因此，碘钨灯(或溴钨灯)管工作时不断发生的化学输运过程就是由低温向高温方向进行的。
3.2

高温合成

高温的获得和测量高温合成反应类型高温还原反应化学转移反应高温固相反应
3.2.1 高温的获得和测量
1、高温的获得
高温是无机合成的一个重要手段，为了进行高温无机合成，就需要一些符合不同要求的产生高温的设备和手段。这些手段和它们所能达到的温度，见下表。
二、化学气相沉积的技术原理
CVD技术是原料气或蒸气通过气相反应沉积出固态物质，因此 CVD技术用于无机合成材料有以下特点 1、沉积反应如在气固界面上发生则沉积物将按照原有基底（又称衬底）的形状包复一层薄膜。实例：涂层刀具 2、采用CVD技术也可以得到单一的无机合成物质，并用以作为原材料制备。实例：气相分解硅多晶硅。 3、如果采用基底材料，在沉积物达到一定厚度以后又容易与基底分离，这样就可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。实例：碳化硅器皿合金刚石膜部件。 4、在CVD技术中也可以沉积生成集体或细粉状物质。例如生成银朱或丹砂或者使沉积反应发生在气相中而不是在基底的表面上，这样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米尺度的微粒称为纳米超细粉末。这也是一项新兴的技术。纳米尺度的材料往往具有一些新的特性或优点。例如生成比表面极大的二氧化硅(俗称白碳黑)用于作为硅橡胶的优质增强填料，或者生成比表面大、具有光催化特性的二氧化铁超细粉末等。
目前光纤芯预制棒制备技术四种工艺共存，这四种工艺分别为管外沉积法（OVPO）、气相轴向沉积法（VAD）、改进汽相沉积法也叫管内沉积法（MCVD）和等离子体化学汽相沉积工艺（PCVD）。光纤芯棒的光学特性主要取决于芯棒制造技术，而光纤预制棒的成本取决于外包层技术。

采气井站生产与管理：低温分离工艺流程

采气站生产与管理低温分离工艺流程
低温分离工艺流程
低温分离工艺流程的特点: 充分利用高压天然气的节流制冷（经换热或外加冷源使天然气降温），大幅度降低天然气的温度，使天然气中的重烃和水蒸气（丙烷以上组分）成浅冷和深冷两种。浅冷以回收丙烷为主，制冷温度在-25～15℃；深冷则以回收乙烷为目的或要求丙烷回收率大于90％，制冷温度在 -100～-90℃。
浅冷分离类型：有节流膨胀制冷、冷剂压缩循环制冷和单级膨胀制冷。
深冷工艺类型：复叠式制冷、膨胀制冷以及混合制冷法三种。
选择轻烃回收工艺方法应遵循以下原则：（1）当进气压力与输气压力间存在可供利用的压差且丙烷含量不太多时，宜选用膨胀制冷工艺。（2）有压差可利用，且原料气中乙烷含量较少、回收价值不大时，往往采用节流膨胀制冷工艺；若制冷温度不够低，再加冷剂制冷作为辅助措施。（3）当天然气组成较富、处理量较小、以回收丙烷为目的且产品回收率要求不高时，宜选用浅冷工艺。
小压差大温降脱烃工艺流程先分离后节流工艺：天然气（压力5.0～5.7MPa，温度 5℃）首先经分离器Ⅰ分离部分游离水，其次经板翅式换热器换热后，经分离器Ⅱ进行分离，然后经节流阀节流，节流后天然气压力为4.0～4.5MPa、温度≤－８℃的低温天然气，再经预过滤器、气液聚结器进一步分离，经换热器与来气进行换热后，输至配气站汇管，计量后外输。
先节流后分离工艺是来气经分离器Ⅰ分离和板翅式换热器换热后，先进行节流，再经分离器Ⅱ、预过滤器、气液聚结器进行低温三级分离后，经换热器换热，然后输至配气站汇管，计量后外输。
三、低温分离分工艺过程
1. 集气站低温分离工艺 2. 小压差大温降脱烃工艺
·先分离后节流工艺 ·先节流后分离工艺

第三章低温合成

验证： XeF4 + 4Hg = Xe + 2Hg2F2
低温下 XeF4 + O2F2
140－195K
XeF6 + O2
2.低温水解合成氙的氧化物和氟氧化物都是由氟化氙水解而获得。其反应机理： 3XeF4 + 6H2O = XeO3 + 2Xe +3/2O2 + 12HF XeF6 + 3 H2O = XeO3 + 6HF 此外 XeOF4 + 2H2O = XeO3 + 4HF 从上述氟化氙的水解结果可看出，制备XeO3以XeF6水解为宜。应当注意：上述的水解反应极为剧烈，易爆炸，为控制反应速度，应先用液氮冷却氟化氙后加水，形成凝固态后逐渐加热使反应缓缓进行，直至室温。 XeO4的制备也需低温。反应式： Na4XeO6 + 2H2SO4 = XeO4 + 2Na2SO4 + 2H2O (Ba) (Ba) XeO4在-40℃时就会爆炸。
3.实验条件的选择喷嘴：粒径的大小与喷嘴的直径和压力有关。液滴的直径一般 0.1～0.5mm 浓度：一般 0.1mol· -1 L 冷媒：为保证不使水－盐分离，致冷剂的致冷温度越低越好。常用的有：干冰－丙酮冷却的环己烷和液氮。真空度：太高会妨碍热传导，影响干燥速度。一般 0.1torr. 4.特点（1）盐溶液易配置，由于不加入沉淀剂，可避免杂质的混入。（2）组成不发生分离，可实现原子级的完全混合。（3）工艺简单，热分解温度低，可避免水合盐溶化。（4）得到的是多孔性粉末，热分解时气体易逸出。（5）粒子大小为0.1～0.5um。
Ge3H8,H2O,C2H5OOH
CO2+ 碱石灰和Mg(ClO4)2除去

气体的低温分离

第9章气体的低温分离9．1 气体的组成及气液相平衡9．1．1气体的组成自然界中存在的气体通常是气体混合物。

单一气体的获得通常采用从混合物中分离提取的办法，从混合物中提取纯气体，以满足人类对气体的各种需求。

1．气体混合物两种及两种以上的单一气体形成气体混合物。

这一过程是自发过程，而从混合物中提取某种纯气体，或将混合物中各种组分完全分离开来，则是非自发过程，要使过程进行必须投入一定补偿，这就是分离功。

分离的最小可能功耗应该是通过一个可逆过程进行，所需的最小可逆功则决定于被分离的混合物组成、温度和压力以及所要求产物的组成、温度和压力。

在恒温恒压条件下将均相的理想气体混合物分离成纯气体产物所需的最小功应为∑-=i i ix x RT W ln min (9－1)式中W min —分离1mol 气体混合物所消耗的最小功；R —混合物气体常数；x i —第i 个组分的摩尔分数。

对于由组分A 、B 组成的双组分混合物，则其最小分离功为)]1ln()1(ln [min A A A A x x x x RT W --+-= (9－2) 将混合物分离成不纯的气体产物所耗的功要小于同条件下分离成纯物质的最小功，其耗功的计算可由式(9－2)的结果再减去不纯的气体产物进一步分离成纯质气体所耗的功，即： )ln ln (min ∑∑∑--=i ji ji j ji i i x x y x x RT W (9－3)式中y j —不纯气体产物j 占总气体混合物的摩尔分数；x ji —不纯气体产物j 中i 组分的摩尔分数。

事实上，将混合物实现完全的纯气体分离是不可能的。

为了实现可逆过程、零温差传热和无密度差传质需要无穷大的换热面积和无限大的传质空间，这种要求实际上无法做到，因此提纯气体总有一定限度。

也就是说，分离后的气体不可能达到100%的纯度。

2．空气的组成空气是一种均匀的多组分混合气体，它的主要成分是氧、氮和氩，此外还含有微量的氢及氖、氦、氙等稀有气体。

第三章低温技术与低温合成

可用流动的自来水冷却；若反应温度为120℃，则可用偶尔加入碎冰并搅动的水浴。 2.冰-盐或冰-酸低共熔体系:冰-盐低共熔体系是实验室中最常用、最普通的低温源。许多盐在溶解时要吸热，又由于形成的溶液的蒸
汽压下降，故使冰点下降，因此将冰、盐按
不同比例磨细，均匀混合，可得到不同低共
熔点的低温源。
例如下面一些冰-盐混合物可达到不同的温度: NaCl:冰= 1:3(质量比) 约-21.2 ℃ NH4Cl:冰= 1:4 约-15.8 ℃ （NH4)2SO4:冰= 2:3 约-19 ℃ 对于0～-25 ℃的反应，也可采用冰和酸的混合物：浓HCl:冰=1:1（质量比）约-37.5 ℃ 浓HNO3:冰=1:2 约-56 ℃ 浓HSO4:冰=1:3 约-43 ℃ 3.干冰浴干冰浴也是经常用的一种低温源，其升华点为-78.3 ℃。
Cu(NO3)2 N2O4+ NO 85-160 Cu(NO3)2 + N2O4
低温下稀有气体化合物的合成
氦，氖，氩，氪，氙，氡六种元素，俗称“惰性元素”。1962年英国化学家成功的合成了氙的化合物 Xe[PtF6]，它是人工合成的第一个稀有气体化合物。此后合成了更多稀有气体化合物，故改称稀有气体。
高真空
1.33×103～1.33×10-1Pa
1.33×10-2～1.33×10-5Pa
超高真空
极高真空
1.33×10-6 ～1.33×10-9Pa
﹤1.33×10-9Pa
• 真空技术应用在冶金工业中，纯金属和超纯金属冶炼需要在真空中进行。 • 利用真空下真空蒸馏，真空干燥。 • 真空技术在制造工业，电子工业，原子能工业方面都有广泛的应用。 3.2.1真空的获得产生真空的过程称为抽真空、抽气。通常用于产生真空的工具称为真空泵，常用的有水泵、机械泵和油扩散泵等，此外也采用多种特殊的吸气剂和冷凝捕集器等。各种常用的获得真空方法。

无机合成化学3-3 低温合成和分离

※液氮:液化温度是-195.8 ℃，它是在合成反应与物化性能试验中经常用的一种低温浴，当用于冷浴时,使用
温度最低可达-205 ℃。
※液氨:它的正常沸点是-33.4 ℃，一般说来它可使用的
温度远低于它的沸点。需注意的是它必须在一个具有
（可以恒定温度）
1.2 液化气体的贮存和转移贮存液化气体的容器，根据体积的大小和用途的不同，一般有低温容器（杜瓦瓶）、液化气体贮
1.4 低温的控制简单说有两种:一种是恒温冷浴，二是低温恒温器。
前者往往用相变制冷来实现。
◆恒温冷浴
★冰水浴
★相变制冷浴 ★干冰浴
◆ 低温恒温器低温恒温器通常是指这样的实验装置，它利用低温流体或其它方法，使试样处在恒定的或按所需方
式变化的低温温度下，并能对试样进行某种化学反应
或某种物理量的测量。低温恒温器大致可分为两大类 : ★第一类是所需温度范围可用浸泡试样或使实验装置在低温液体中的方法来实现，改变液体上方蒸汽的
超过13.3 kPa 的条件下贮存，即使这样它也常常会起聚合
反应，生成红色的水溶性产物。在较大压力下或在液态时，会起聚合反应。P2O5能促使它聚合。它与水反应在1h 之内定量地分解为丙二酸。
制备时，常以丙二酸为原料制取
制备装置如下图
操作步骤在反应瓶中放上20g丙二酸，40g灼烧过的沙子和200g 新鲜的未结成块的P2O5，彻底混合均匀。将装置抽真空至 13.3Pa，关闭旋塞2，将整个装置放置几小时，一方面为了使它完全干燥，同时也可以检查一下是否漏气。装置中1于140 C油浴，液态空气冷却3 ，打开阀2抽真空，粗产物收集在冷阱3。反应后，在5熔封，冷阱6液态空气冷却，CH3COOH等杂质被11吸收，C3O2，CO2收集在冷阱6，控制冷阱6的温度分馏，产物收集在冷阱8。

实验室低温制备

实验室低温制备有两种方法。

一种是物理化学方法：1、利用冰在溶解过程中的冷冻混合物（冰盐冷剂）产生低温：碎冰：0~ -5℃；3份冰+1份食盐：-15~-18℃；3份冰+3份结晶氯化钙（CaCl2•6H2O）：-40℃；3、4份冰+5份结晶氯化钙：-40℃~-50℃；无论用哪一种冷冻混合物，先决条件是须将冰和盐很好地粉碎，而且要混合均匀。

用两种冷冻混合物时，须先将CaCl2•6H2O在冰箱中冷却，才能达到上述温度。

2、用升华过程来产生低温：固态二氧化碳（xx）：-78.9℃;固态二氧化碳+乙醇：-72℃；固态二氧化碳+乙醚、氯仿或丙酮：-77℃。

由于固态二氧化碳的导热能力很差，应将它混合在一种适当的液体中使用，譬如丙酮、酒精等。

三氯乙烯特别合适，因为固体二氧化碳能漂浮在三氯乙烯面上，因此混合物就不会发泡沫而溢出。

但用丙酮做溶剂和干冰混合，干冰溶解快，是比较常用的方法。

3、利用蒸发过程产生低温：在实际应用中液氮有一定的优点，它是一种无色、无臭、无味的液体，微溶于水，对热电传导不良，稍轻于水，不产生有毒或刺激性气体。

同时不燃烧亦不自炸，与钠、钙或镁结合，形成氮化物（Nitrides），最冷点为-196℃。

因此采用液氮有很多优点：①、在大气压下沸点较低（-196℃），如果配合适当的调节控制系统可获得在零下37~196℃之间的任意一个温度。

②、生产成本低，来源容易。

③、安全可靠。

其实，上面的方法虽然方便，但耗费颇多，温度不稳定，如常时间保持低温不易。

现在一般试验室中常利用低温仪器来制冷。

现在市面上有许多实验用低温装置，控制温度可以随意调节。

主要有两大类：一种是压缩机原理，我们生活中所用的冰箱，冰柜等就是基于这类原理。

缺点是体积大，制冷降温慢，噪音大，制冷最低温度一般在－50℃以上。

另一种是元器件的水循环制冷。

这类仪器体积小，制冷迅速。

制冷温度可以达到－60℃以下，制冷过程中不产生噪音。

缺点是用水循环制冷，水量用量大。