第3章 3.1 盐水体系相图及其应用(4学时)
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第三章作业 水盐体系相图
第三章 三元水盐体系
3-1标绘NaCl-Na 2SO 4-H 2O 体系50℃等温图，注明各区域的意义。
NaCl-Na 2SO 4-H 2O 体系50℃数据
3-2用相图确定下列系统（总重量均为1000公斤）在50℃的状态，并计算固、液相重量。
（1）M ，含NaCl30.5%，Na 2SO 410.0%
，H 2O59.5%； （2）N ，含NaCl9.5%，Na 2SO 430.0%，H 2O60.5%； （3）P ，含NaCl48.0%，H 2O52.0%。
3-3试分析含NaCl 10%，Na 2SO 415%，H 2O75%的系统50℃等温蒸发过程。
3-4根据上图填空：固相 的溶解度随温度升高而加大，固相
的溶解度随温度升高而减小。
系统M 在60℃时状态为 ，冷却至40℃时有 析出，继续冷却至20℃时会有 析出。
3-5有含KCl 5%，K 2SO 45%，H 2O90%的体系在25℃等温蒸发，如果体系重100公斤，试计算：
（1） K 2SO 4 单独析出量最大时的蒸发水量，K 2SO 4析出量及析出率； （2） 蒸发水量为60公斤时K 2SO 4析出量及析出率；
（3） K
2SO
4
析出率为85%时的蒸发水量。
水盐体系相图及其应用参考文档
改变W角
将AB拉向∞
A＇
E
B＇
A＇ E B＇
A＇
E
A＇ E
A
B
A
B
W
B＇
B
W
B＇ B
图3-4 各种坐标的关系
三、空间立体图
Ｂ＇
1.三棱柱坐标系立体图
在平面组成坐标 （ｔ；＇）Ｈ Ｍ＇ 的基础上，再把温
Ｅ２
度坐标加上去，就 （ｔｅ＇）Ｋ
Ｅ３ Ｗ＇
Ｅ１
组成了三棱柱空间
Ｅ
坐标系，如图3-5所
B
Ｈ（ｔ＂）
a％+b％+c％=100% 在三元水盐体系中，仅有两个组分的浓 度是独立变数，另一组分浓度为非独立变数。
二、三元水盐体系组成表示法
1.正三角形（以溶液为基准）
图中M点，通过M点作DE、
FG、HL线分别平行于三角形
C
的三条边。从图中可看出以
H
下的关系： HC=EM=GM=GE=LB= a％ GC=DM=HM=HD=AF= b％
b% D
G a%
M E
AD=FM=LM=BE=FL= c％ A
这样，可在△ABC任一边上 同时读出系统M(M点)的组成。
B
F
L
C%
图3-1 正三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
2.直角等腰三角形（以溶液为基准）
这种坐标的读数方 法和正三角形法相同。 由于直角等腰三角形有 斜边，其刻度和直角边 上不同，因此，读数时 可只读直角边上的刻度。 这种坐标可以直接在直 角坐标纸上标绘，十分 方便，而且对于近水点 处的图形适当地放大。 系统M（M点）含B30%， 含A为50%，水则自然为 20%。
第三章 三元体系
C,出现了由几个固相点构成的全固相区
分类： 1.水合物I型，其特点是：图中没有相应无水盐的溶 解度曲线，只有水合盐的溶解度曲线。 2.水合物II型，其特点是：图中有相应无水盐的溶解 度曲线，也有水合盐的溶解度曲线。 3.同成分复盐，其特点是：复盐射线与复盐自身的 溶解度曲线相交。 4.异成分复盐，其特点是：复盐射线与复盐自身的 溶解度曲线不相交。 5.固体溶液，其特点是：图中出现固体溶液的饱和 溶液线，同时固相线成为一条直线。
固体溶液的特点是： 与液相平衡的固相，不是一个组成恒定的盐或二个盐的混 合物，而是一个在组成上随平衡液相组成的不同而改变的 固相，互成平衡的固液相之间必须用平衡结线联结；在生 成连续固体溶液的体系中仅有一个这样的固相，但与整个 固相成分相当的不是一个点，而是一条线，因此在这种相 图上，平衡结线是不能省的。形成最简单固体溶液的立体 图如图3-12（d）。 三元水盐体系相图中，往往同时生成两种或更多的水合物、 复盐或固体溶液，这就使相图变得复杂。固体溶液的结晶， 其外观类似于普通无机盐。
固相
NaCl NaCl
A’
3
4 5 6
20.7
15.0 5.0 0
10.4
13.85 21.3 25.55
NaCl
KCl KCl KCl
E
B’
课堂练习：简单三元体系相图的标绘 NaCl-Na2SO4-H2O 三元体系在100度时的相图
第二节 复杂三元水盐体系相图
一、水合盐存在的二种情况 三元体系中，两种盐都有可能与水反应，生成一种或 多种水合盐，水合盐及其相应的无水盐，在不同的温 度下可能同时存在。 二、两种复盐 在一定条件下，水盐体系的盐与盐之间会发生化学 反应，生成无水复盐或水合复盐，从而产生新的固相。 复盐的组成是指复盐中各种组分的含量，可以用质量 百分组成或其他组成表示方式来表达。
分类： 1.水合物I型，其特点是：图中没有相应无水盐的溶 解度曲线，只有水合盐的溶解度曲线。 2.水合物II型，其特点是：图中有相应无水盐的溶解 度曲线，也有水合盐的溶解度曲线。 3.同成分复盐，其特点是：复盐射线与复盐自身的 溶解度曲线相交。 4.异成分复盐，其特点是：复盐射线与复盐自身的 溶解度曲线不相交。 5.固体溶液，其特点是：图中出现固体溶液的饱和 溶液线，同时固相线成为一条直线。
固体溶液的特点是： 与液相平衡的固相，不是一个组成恒定的盐或二个盐的混 合物，而是一个在组成上随平衡液相组成的不同而改变的 固相，互成平衡的固液相之间必须用平衡结线联结；在生 成连续固体溶液的体系中仅有一个这样的固相，但与整个 固相成分相当的不是一个点，而是一条线，因此在这种相 图上，平衡结线是不能省的。形成最简单固体溶液的立体 图如图3-12（d）。 三元水盐体系相图中，往往同时生成两种或更多的水合物、 复盐或固体溶液，这就使相图变得复杂。固体溶液的结晶， 其外观类似于普通无机盐。
固相
NaCl NaCl
A’
3
4 5 6
20.7
15.0 5.0 0
10.4
13.85 21.3 25.55
NaCl
KCl KCl KCl
E
B’
课堂练习：简单三元体系相图的标绘 NaCl-Na2SO4-H2O 三元体系在100度时的相图
第二节 复杂三元水盐体系相图
一、水合盐存在的二种情况 三元体系中，两种盐都有可能与水反应，生成一种或 多种水合盐，水合盐及其相应的无水盐，在不同的温 度下可能同时存在。 二、两种复盐 在一定条件下，水盐体系的盐与盐之间会发生化学 反应，生成无水复盐或水合复盐，从而产生新的固相。 复盐的组成是指复盐中各种组分的含量，可以用质量 百分组成或其他组成表示方式来表达。
无机化工单元工艺
(4)、转化炉 一段炉工作特点：高温、高压和气体腐蚀 一段转化炉材质：高合金不锈钢（含25％铬和20％镍） 一段转化炉类型：
一段转化炉特点： 各种转化炉型的反应管都竖排在炉膛内，管内装
催化剂，含烃气体和水蒸气的混合物都由炉顶进入， 自上而下进行反应，管外炉膛设有烧嘴，燃烧气体或 液体燃料产生的热量以辐射方式传给管壁。
二段转化炉 二段转化炉是合成氨中温度最高的催化反应过程，反
应温度都在1000℃以上。 在二段转化炉，如果转化气与空气混合不均，就会使
局部温度过高，最高可达2000℃
二段转化炉
2、重油部分氧化法 重油是石油加工到350℃以上所得的馏分，若将重油
继续减压蒸馏到520℃以上所得的馏分叫渣油。 这里所指的重油是指上面的重油、渣油以及各种深
冰 冰 冰+NH4CL
60 115.6 (常压沸点)
NH4CL
NH4CL% 35.6 46.6
自由度计算： F C P 1
体系中离子类型： NH4＋和CL最少相数P＝1
C＝2
F＝2－1＋1＝2
固相
NH4CL NH4CL
B
不饱和溶 液区
冰和溶液共 存的两相区
A
C
E
NH4CL和冰两 相共存区
NH4CL固相与 其饱和溶液区
加压连续气化法的优点：
① 燃料的适用范围较宽； ② 动力消耗降低； ③ 单炉发气量大，便于大型化生产。
加压连续气化法存在的问题： ➢ 煤气中CH4含量高，需要进行甲烷转化处理 ➢ 对煤的粒度一般要在3～20mm，粉煤不适用
四、原料气的净化
原料气的主要有害物质：硫化物、CO和CO2等。 净化的主要工艺过程：
一段转化气组成（体积％）：
第3章 3.1 盐水体系相图及其应用(4学时)
F=C-P+1=2-1+1=2 可选温度与NH4Cl浓度为独立变量。以温度为纵坐 标， NH4Cl浓度为横坐标绘图。
20 合成氨工业
N2
H2O
NH4Cl
NH4Cl-H2O二元体系相图
21 合成氨工业
连线规则： 组成不同的两个体系在等温下混合成为一个新体 系，或一个体系在等温下分为两个不同组成的新 体系，那么在二元体系相图中，三个体系在同一 水平线上，且两个分体系各居于总体系的两侧。 杠杆规则: 两个分体系的量与其到总体系的距离成反比。
42 合成氨工业
a100E100b100-100℃
a25E25b25-25 ℃
Q对25 ℃属两相结晶 区，对100 ℃属NaCl 结晶区。
M点呢？
NaCl-NH4Cl-H2O体系加热和冷却过程
43 合成氨工业
２ 简单三元体系相图及应用
(1) 浸取法分离钾石盐矿 钾石盐是制造氯化钾的主要原料之一。用晶间卤 水加工提取氯化钾的过程中，一般要经过钾石盐 和光卤石的中间工序。 优质的钾石盐矿中含有KCl约25% 、NaCl71%，其 余为少量的CaSO4、MgCl2和不溶性粘土。从钾石 盐提取氯化钾的方法主要为浸取法，即通过溶解 与结晶的方法将KCl和NaCl分离。
4 合成氨工业
某种盐类之所以能从几种盐的混合液中 以纯态析出，是由于它们的溶解度各不相 同，而且随温度的变化有区别。 相图是多相体系在平衡时各相组成与温 度或压力的关系图。它不仅指导人们应该 如何安排生产流程，如何选择生产工艺条 件，而且可以告诉人们制备合格的产品应 该蒸发多少水或添加多少水。
盐析的原理 一种盐类的存在会使另一种盐类的溶解 度下降。当所加入的盐具有同一离子时， 会使体系中原来的平衡破坏，为达到新的 平衡，则某一种盐就要析出，这也就是常 说的同离子效应。
20 合成氨工业
N2
H2O
NH4Cl
NH4Cl-H2O二元体系相图
21 合成氨工业
连线规则： 组成不同的两个体系在等温下混合成为一个新体 系，或一个体系在等温下分为两个不同组成的新 体系，那么在二元体系相图中，三个体系在同一 水平线上，且两个分体系各居于总体系的两侧。 杠杆规则: 两个分体系的量与其到总体系的距离成反比。
42 合成氨工业
a100E100b100-100℃
a25E25b25-25 ℃
Q对25 ℃属两相结晶 区，对100 ℃属NaCl 结晶区。
M点呢？
NaCl-NH4Cl-H2O体系加热和冷却过程
43 合成氨工业
２ 简单三元体系相图及应用
(1) 浸取法分离钾石盐矿 钾石盐是制造氯化钾的主要原料之一。用晶间卤 水加工提取氯化钾的过程中，一般要经过钾石盐 和光卤石的中间工序。 优质的钾石盐矿中含有KCl约25% 、NaCl71%，其 余为少量的CaSO4、MgCl2和不溶性粘土。从钾石 盐提取氯化钾的方法主要为浸取法，即通过溶解 与结晶的方法将KCl和NaCl分离。
4 合成氨工业
某种盐类之所以能从几种盐的混合液中 以纯态析出，是由于它们的溶解度各不相 同，而且随温度的变化有区别。 相图是多相体系在平衡时各相组成与温 度或压力的关系图。它不仅指导人们应该 如何安排生产流程，如何选择生产工艺条 件，而且可以告诉人们制备合格的产品应 该蒸发多少水或添加多少水。
盐析的原理 一种盐类的存在会使另一种盐类的溶解 度下降。当所加入的盐具有同一离子时， 会使体系中原来的平衡破坏，为达到新的 平衡，则某一种盐就要析出，这也就是常 说的同离子效应。
水盐体系相图及其应用参考文档
改变W角
将AB拉向∞
A＇
E
B＇
A＇ E B＇
A＇
E
A＇ E
A
B
A
B
W
B＇
B
W
B＇ B
图3-4 各种坐标的关系
三、空间立体图
Ｂ＇
1.三棱柱坐标系立体图
在平面组成坐标 （ｔ；＇）Ｈ Ｍ＇ 的基础上，再把温
Ｅ２
度坐标加上去，就 （ｔｅ＇）Ｋ
Ｅ３ Ｗ＇
Ｅ１
组成了三棱柱空间
Ｅ
坐标系，如图3-5所
B
Ｈ（ｔ＂）
图3-5 三元立体图
点。
Ａ＇ Ｆ（ｔ３） Ｄ（ｔｅ） Ａ
第二节 简单三元水盐体系相图
二．三棱柱坐标系立体图
Ｂ＇
(4）线：三条空间曲线，分别为
Ａ＇
三组双固相的共饱溶液线， 其中 E1E是冰加A盐的，
（ｔ；＇）Ｈ Ｍ＇
Ｅ３ Ｗ＇
Ｆ（ｔ３）
E2E是冰加B盐的，
Ｅ２
E3E是A盐加B盐的，
（ｔｅ＇）Ｋ
E1、共E2、饱E点3是，二在元三体元系相中图相中应，的共
第二节 简单三元水盐体系相图
三．多温立体相图在组成面上
的投影图——简称投影图
其特点是：
B
（1）能清楚地看出溶解度曲
b3 b2
线随温度变化的规律；
b1
b0
（2）实际使用上比多温立体
图方便的多；
30.2
15.2
66.6
222
NaCl+
E
KCl
4
15.0
13.85
21.1
19.5
52.0
247
KCl
5
第3章 3.1 盐水体系相图及其应用(4学时)
25.85/ 58.5 23.72 / 53.5
17 合成氨工业
3.1.2 二元盐水体系相图及应用
１ 二元盐水体系相图的绘制及杠杆规则 如何获得溶解度数据？ 途径一：查阅资料与文献 途径二：实验测定 选择合适的相图表示方法，将溶解度数据标 绘在相图上，连接各点，就可得到溶解度曲 线或饱和曲线。
盐析的原理 一种盐类的存在会使另一种盐类的溶解 度下降。当所加入的盐具有同一离子时， 会使体系中原来的平衡破坏，为达到新的 平衡，则某一种盐就要析出，这也就是常 说的同离子效应。
41 合成氨工业
加热和冷却过程 通过改变温度，有可能使体系从一个相 区移到另一相区，因此，可借改变温度达 到分离体系中盐类的目的。
4 合成氨工业
某种盐类之所以能从几种盐的混合液中 以纯态析出，是由于它们的溶解度各不相 同，而且随温度的变化有区别。 相图是多相体系在平衡时各相组成与温 度或压力的关系图。它不仅指导人们应该 如何安排生产流程，如何选择生产工艺条 件，而且可以告诉人们制备合格的产品应 该蒸发多少水或添加多少水。
29 合成氨工业
３.１.３ 三元体系相图及应用
如 NaCl-KCl-H2O、NaHCO3-Na2CO3-H2O、 NH3-CO2-H2O、CaO-P2O5-H2O、 MgSO4–H3BO3-H2O、MgCl2-H3BO3-H2O等。 盐的存在形式有无水物、水合盐、复盐、固溶 体等而表现复杂。
30 合成氨工业
5 合成氨工业
１ 相律
（１）相 相是一个不均匀体系中的均匀部分，各相 之间存在明显的界限。 对于盐类的水溶液都只能是一个液相。对 于固体，则体系中有几种物质就是几个固 相。
6 合成氨工业
（２） 独立组分 一个体系中往往是各种化学物质的混合 体，当体系中的每种化学物质各自独立 时，称它们为体系的独立组分。但实际 上，体系中的一些物质间会发生联系，这 时就不再是独立组分了。如碳酸钙煅烧成 为石灰和二氧化碳，其独立组分是２，为 什么？
第三章 水盐相图1
E1
B＇ M7
1 A＇ E2 E1 2 3
B＇
H
NiCl2· 2 H2 O a＇ b＇
4 5 c d
e B （ NH4Cl ）
A（Na2SO4） （a）
B （ MgSO4 ）
A（NiCl2） （ b）
图3-25 复杂相图两例
二、共饱点性质的判断 共饱点的相应三角形： 在三元等温图中，与共饱点所代表的 液相平衡的两个固相点及水点所构成 的三角形。 共饱点分类： 相称共饱点—在相应三角形内 不相称共饱点—在相应三角形外/边上
水合物转溶， 绝不是干点
除右边的两情况
异成分复盐
水合物Ⅱ型
三、变温过程分析
t（℃） 100 E100
B （ NaNO3 ）
80 60
E75
N100 N75 N25 E25 E75 E100
Ex 40 E25 20
M
A（KNO3） E100 E75
W
Ex
E25
W（H2O） K25
K75
K100
A （ K NO3 ）
S10脱水转溶 Na2SO4 Na2SO4+NaCl 为Na2SO4析出 析出 共析 3→4 4→5 5→6
W（H2O） 1 Q 2 B＇ A＇ 3 E 4 S10
1→2
2→Q Q（不是干点） Q→E
E（干点）
5
——
S10
S10→B
B
B→6
A（NaCl） 图3-21 水合物Ⅱ型 6
B（Na2SO4）
二、各类相图的等温蒸发过程
2．复杂三元水盐体系蒸发过程分析 （3）同成分复盐
阶段
过程情况
一
浓缩阶段
水盐体系相图及应用百度云
水盐体系相图及应用百度云水盐体系相图是描述水和盐溶液在不同温度和浓度条件下相态变化的图表。
水盐体系的相图主要包括盐的溶解度曲线和盐的结晶曲线。
盐的溶解度曲线是描述在特定温度下盐在水中的溶解度随盐的质量分数变化的曲线。
溶解度曲线可以反映盐的溶解度与温度和质量分数之间的关系。
在溶解度曲线上，存在一条最高溶解度的曲线，该曲线划分了溶液和饱和溶液的区域。
当溶质在溶剂中溶解的质量达到最高溶解度时，溶液即为饱和溶液。
通过溶解度曲线，可以确定在特定温度下最大可溶解的盐的质量。
盐的结晶曲线是描述在特定温度下盐溶液中盐的结晶质量分数随时间变化的曲线。
结晶曲线可以反映盐在饱和溶液中的结晶速度与温度和质量分数之间的关系。
在结晶曲线上，存在一条最低质量分数的曲线，该曲线划分了结晶和溶解的区域。
当溶液中溶质的质量分数低于最低结晶质量分数时，溶液会发生结晶现象。
通过结晶曲线，可以确定在特定温度下最低结晶质量分数的盐的质量。
水盐体系相图的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用领域：1. 化学工业：水盐体系相图可以用于盐的制备和提纯过程的控制。
通过控制盐的溶解度和结晶性能，可以提高盐的纯度。
2. 医药行业：水盐体系相图可以用于药物的溶解性和结晶性能的预测。
这对于药物的生产和制剂过程非常重要。
3. 环境科学：水盐体系相图可以用于研究海水淡化和盐湖水处理等领域。
通过了解盐的溶解度和结晶性能，可以制定合理的海水淡化方案和盐湖水处理方案。
4. 地质学：水盐体系相图可以用于地下水和盐岩地层中盐的溶解和析出现象的研究。
这对于地下水资源的开发和盐岩地层的稳定性评价非常重要。
总之，水盐体系相图在多个领域中具有重要的应用价值。
通过了解盐的溶解度和结晶性能，可以优化工业生产过程，改善环境治理方案，以及深入研究地质和生物过程。
水盐体系相图及其应用第三章三元水盐体系相图.
过 滤 NaCl
过 滤 KCl
其中D、N是从图中读取的，E100
是从溶解度数据表中查的，钾石盐
的组成为已知。计算过程 P17。
待定系数法和比值法自看。
第五节 复杂三元水盐体系相图
一、生成水合物的三元体系
1、一种盐生成一种水合物的相图 G = B· nH2O
BGC是三盐共存区 m5 m5 G盐脱水形成B盐 G N B
C
bb’//BC，bb’上含A%均等。
2. 定比规则 凡位于通过顶点(A)的任一直线上的体系，其中顶 点代表的组元含量不同，其余两组元(B和C)的含量比相 同，即：
cB ( R ) cB ( P ) cB ( Q ) cC( R ) cC( P ) cC( Q )
A
R P Q B
a
C
3. 背向规则 从一个三元体系中不断取走某一组元，那么该 体系的组成点将沿着原组成点与代表被取走组元的 顶点的连线向着背离该顶点的方向移动
的A. (沿逆时针方向表示各组分含量)
证明如下. 由图可见, 线段mF = GC(平行四 边形的两条对应边相 等), 线段 Em = BD (等腰梯形的两腰相 等), 线段 Dm = DG
( ΔABC 相似于ΔmDG,
而 ΔABC为全等三角形, ΔmDG也为全等三角形,
全等三角形的三条边相等)， 所以有:
5．重心规则：直线规则的延伸：由三个三元体系 (O、M和N)混合得到的新三元体系点(H)是△MON 的质量重心。
A
O M G B H N C
•
H点位于△MON的物理质心处；
6.三元水盐体系相图中点、线、面的意义及自由度 ADEF不饱和区；f=3-1=2 BDE为B的单独结晶区；f=3-2=1 CEF为C的单独结晶区;f=3-2=1 BCE为B和C的共晶区； f=3-3=0 DE为B的溶解度曲线； f=3-2=1 CE为C的溶解度曲线； f=3-2=1 E点为三相点； f=3-3=0 BE和CE为三相线；f=3-3=0 B L
第三章作业 水盐体系相图
第三章 三元水盐体系
3-1标绘NaCl-Na 2SO 4-H 2O 体系50℃等温图，注明各区域的意义。
NaCl-Na 2SO 4-H 2O 体系50℃数据
3-2用相图确定下列系统（总重量均为1000公斤）在50℃的状态，并计算固、液相重量。
（1）M ，含NaCl30.5%，Na 2SO 410.0%
，H 2O59.5%； （2）N ，含NaCl9.5%，Na 2SO 430.0%，H 2O60.5%； （3）P ，含NaCl48.0%，H 2O52.0%。
3-3试分析含NaCl 10%，Na 2SO 415%，H 2O75%的系统50℃等温蒸发过程。
3-4根据上图填空：固相 的溶解度随温度升高而加大，固相
的溶解度随温度升高而减小。
系统M 在60℃时状态为 ，冷却至40℃时有 析出，继续冷却至20℃时会有 析出。
3-5有含KCl 5%，K 2SO 45%，H 2O90%的体系在25℃等温蒸发，如果体系重100公斤，试计算：
（1） K 2SO 4 单独析出量最大时的蒸发水量，K 2SO 4析出量及析出率； （2） 蒸发水量为60公斤时K 2SO 4析出量及析出率；
（3） K
2SO
4
析出率为85%时的蒸发水量。
水盐体系相图及其应用第三章三元水盐体系相图.
应用此类相图可判断怎样可得固体纯盐?
如有B和C固体盐的混合物, 问能否通过 加水使之部分溶解的方法从其中获取一 种纯盐固体, 能得到哪一种纯盐固体? 可 从相图加以讨论. (1) 稀释法分离提纯盐 设起始物系点为a, 向其中加水,体系的组 成沿aA线向A方向移动. 物系点在BFC区 时, 体系三相平衡共存. 到达b点时,C全部 溶完, 剩下B固体与溶液F共存, 过滤可得 纯B固体盐. 由图知, 混合盐的总组成在B
f =3-3+1=1
e2 e
e3
ABCe为ABC共晶区； f =34+1=0
B C
A
三、立体图中的冷却过程
m→m1：随温度下降，宏观无现象，各 盐浓度增加。 m1：与B盐饱和面相交，B盐开始饱和。 c m1→m2：B盐单独析出，固相为B点， 液相沿m1→l移动。 m2：液相与B、C盐共饱和线相交，C盐开
第三章
三元水盐体系相图
第一节 三元体系相图的组成表示方法及基本规则
简单三元水盐体系：由具有共同离子的两种盐和水构成的体系。 NaCl KCl H 2O
Na2 SO4 ( NH 4 ) 2 SO4 H 2O
复杂三元水盐体系： 不具有共同离子的两种盐和水构成的体系，或是盐和
水生成了结晶水复盐以及两种盐结合形成了新的复盐
的体系，情况较为复杂，我们称这样的体系为复杂三 元水盐体系。
特殊三元水盐体系： 构成体系的不是两种盐而是一种碱性物和一种酸性物，
如重过磷酸钙的生产，在不考虑磷石中的杂质时，可 表示为： 示为； 体系。 NH3 CO2 H 2O
CaO P2O5体系，碳酸氢铵体系可表 H 2O
一、三组分系统相图
b
T1
c
水盐体系相图及应用下载
水盐体系相图及应用下载
水盐体系相图是描述水和盐溶液在不同条件下相互间的相变和混合行为的图表。
在水盐体系中，由于水可作为溶剂，可以溶解各种盐类物质。
而不同种类和浓度的盐溶液在温度和压力变化时会发生溶解度、相变、晶体生长等现象，这些现象可以通过相图来展示和解释。
水盐体系相图的主要应用包括以下几个方面：
1. 溶解度研究：水盐体系相图可以直观地显示不同温度和浓度下溶解度的变化规律。
通过相图可以确定在不同条件下某种盐类在水中的溶解度，为溶液的配制提供依据。
2. 结晶过程控制：相图可以分析水盐体系中的结晶行为，并确定结晶温度和浓度的范围。
通过控制温度和浓度，可以实现溶液中盐类的结晶过程，制备纯度较高的盐类晶体产品。
3. 蒸发结晶工艺优化：对于蒸发结晶过程，通过相图可以确定盐溶液的饱和度条件和晶体生长的温度范围，从而优化结晶工艺，提高晶体的产量和质量。
4. 盐类分离与提纯：相图不仅可以分析盐的溶解和结晶行为，还可以指导盐类的分离和提纯过程。
通过调整温度和浓度，可以选择性地溶解或结晶某种盐类，实现盐类的纯化。
5. 结晶过程动力学研究：相图可以提供结晶过程的动力学信息，如结晶速率、晶体生长形态等。
这些动力学参数对于优化结晶工艺、控制产品质量具有重要意义。
综上所述，水盐体系相图是研究水和盐溶液相互间相变和混合行为的重要工具，不仅可以解释水盐体系中的现象和规律，还可以指导实际工艺中的操作和优化。
在水处理、化工、食品加工等领域都有广泛的应用。
第三章 水盐相图1
固相点
1→2
——
2→E
S10
E（干点）
S10→4
——
4→5
F
A （ NaCl）
5
B
（Na2SO4）
图3-20 水合物Ⅰ型
二、各类相图的等温蒸发过程
2．复杂三元水盐体系蒸发过程分析 （2）水合物Ⅱ型
阶段 一 二 三 四 五
过程 情况 系统 点 液相 点 固相 点
浓缩 阶段 1→2
S10 析出 2→3
图3-29 浸取法分离钾石盐原则流程 图
（二）工艺计算
取1000kg钾石盐原料为计算基准，介绍图解法， 比值法及待定系数法三种计算方法。
（A）图解法：其原理是利用直线杠杆规则，在相
图上直接测量有关线段进行计算。
（A）图解法：
BNaCl
100
（1）计算1000kg 钾石盐100℃ 加水溶解到达系统点L时所 需水量：
一、一些专业术语
3）蒸发射线：连接水顶点W与被蒸发系统点的射线，其方向是 背离水的顶点的。用于表示系统的蒸发过程。反之，加水时 叫稀释线。 4）结晶线：一般指在一固一液或二固一液平衡区中，连接液 相点和其平衡固相点之间的连线。它表达了结晶过程中液相 的变化及与之相对应的固相的组成情况。
5）操作线：一般指进行某种化工操作时其操作过程中系统点 移动的轨迹方向和路线，一般是一条或几条线，如升、降温， 等温蒸发，混合配料等操作时所作的线段。在二至五元体系 相图的变温过程中，又常将某液相点叫操作点。
E1
B＇ M7
1 A＇ E2 E1 2 3
B＇
H
NiCl2· 2 H2 O a＇ b＇
4 5 c d
e B （ NH4Cl ）
A（Na2SБайду номын сангаас4） （a）
1→2
——
2→E
S10
E（干点）
S10→4
——
4→5
F
A （ NaCl）
5
B
（Na2SO4）
图3-20 水合物Ⅰ型
二、各类相图的等温蒸发过程
2．复杂三元水盐体系蒸发过程分析 （2）水合物Ⅱ型
阶段 一 二 三 四 五
过程 情况 系统 点 液相 点 固相 点
浓缩 阶段 1→2
S10 析出 2→3
图3-29 浸取法分离钾石盐原则流程 图
（二）工艺计算
取1000kg钾石盐原料为计算基准，介绍图解法， 比值法及待定系数法三种计算方法。
（A）图解法：其原理是利用直线杠杆规则，在相
图上直接测量有关线段进行计算。
（A）图解法：
BNaCl
100
（1）计算1000kg 钾石盐100℃ 加水溶解到达系统点L时所 需水量：
一、一些专业术语
3）蒸发射线：连接水顶点W与被蒸发系统点的射线，其方向是 背离水的顶点的。用于表示系统的蒸发过程。反之，加水时 叫稀释线。 4）结晶线：一般指在一固一液或二固一液平衡区中，连接液 相点和其平衡固相点之间的连线。它表达了结晶过程中液相 的变化及与之相对应的固相的组成情况。
5）操作线：一般指进行某种化工操作时其操作过程中系统点 移动的轨迹方向和路线，一般是一条或几条线，如升、降温， 等温蒸发，混合配料等操作时所作的线段。在二至五元体系 相图的变温过程中，又常将某液相点叫操作点。
E1
B＇ M7
1 A＇ E2 E1 2 3
B＇
H
NiCl2· 2 H2 O a＇ b＇
4 5 c d
e B （ NH4Cl ）
A（Na2SБайду номын сангаас4） （a）
水盐体系相图总复习
则。
杠杆规则
A、B、C三点所代表的物料量各与其它两点间的线段的长度 成比例，这就是杠杆规则。直线规则和杠杆规则，我们统称直 线杠杆规则或称直线反比法则。 如果用MA、MB、MC分别代表A、B、C三点的数量，则可列 出如下的比例式
A MA C MC B MB
MA∶MB∶MC=BC∶AC∶AB • 所谓反比，就是指每点所代表的数量和其它两点间线段的长度 成比例，而不包括本身的那个点。MA和直线BC的长度成比例， MB与直线AC的长度成比例，MC和直线AB的长度成比例。
子分开。
例如Na＋、K＋／／Cl-、SO42-－H2O体系等。
此外还有写成例如Na＇、K＇／／Cl＇、SO4＂－H2O体系等形式
的。只要前后一致就好，没有十分严格的规定。
第二章 二元水盐体系相图
第一节 简单二元水盐体系图形表示法
第二节 复杂二元水盐体系相图
第三节 二元水盐相图的化工过程 第四节 二元水盐相图的计算方法
可以是0、1、2、3等。
通常，自由度用F表示。
相律
F＝C－P＋2 式中F——独立参变量数目，即自由度；. C——独立组分数； P——平衡共存的相的数目； 2——指温度和压力两个变量。
水盐体系属于凝聚体系，一般是处在大气之中，因为 压力对水盐体系平衡影响甚微，所以可以不考虑压力 这一外界变量对平衡的影响。 因而对水盐体系，我们用“减相律”，即凝聚体系相 律。其表达形式为 F＝C－P＋1 式中的1指温度这一变量，式中的P不包括气相在 内， 也不考虑空气的存在。读者在应用时要特别注意。
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
杠杆规则
A、B、C三点所代表的物料量各与其它两点间的线段的长度 成比例，这就是杠杆规则。直线规则和杠杆规则，我们统称直 线杠杆规则或称直线反比法则。 如果用MA、MB、MC分别代表A、B、C三点的数量，则可列 出如下的比例式
A MA C MC B MB
MA∶MB∶MC=BC∶AC∶AB • 所谓反比，就是指每点所代表的数量和其它两点间线段的长度 成比例，而不包括本身的那个点。MA和直线BC的长度成比例， MB与直线AC的长度成比例，MC和直线AB的长度成比例。
子分开。
例如Na＋、K＋／／Cl-、SO42-－H2O体系等。
此外还有写成例如Na＇、K＇／／Cl＇、SO4＂－H2O体系等形式
的。只要前后一致就好，没有十分严格的规定。
第二章 二元水盐体系相图
第一节 简单二元水盐体系图形表示法
第二节 复杂二元水盐体系相图
第三节 二元水盐相图的化工过程 第四节 二元水盐相图的计算方法
可以是0、1、2、3等。
通常，自由度用F表示。
相律
F＝C－P＋2 式中F——独立参变量数目，即自由度；. C——独立组分数； P——平衡共存的相的数目； 2——指温度和压力两个变量。
水盐体系属于凝聚体系，一般是处在大气之中，因为 压力对水盐体系平衡影响甚微，所以可以不考虑压力 这一外界变量对平衡的影响。 因而对水盐体系，我们用“减相律”，即凝聚体系相 律。其表达形式为 F＝C－P＋1 式中的1指温度这一变量，式中的P不包括气相在 内， 也不考虑空气的存在。读者在应用时要特别注意。
250
15
200
14
150 未饱和溶液L 100 12 11 10 50 1 2 3 7 6 E 20 40 60 8 9 45
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12 合成氨工业
（４）
相律
f=C-π+n f—体系的自由度； C—独立变量数； π—相数； n—影响平衡的外界因素。 对盐水体系，可不考虑压力的影响 f=C-π+１
13 合成氨工业
2 溶解度的表示方法及单位换算
在相图中应用的浓度单位可以是wt%、 质量%、g盐/100g水、mol盐/1000g水、 mol/mol干盐等。 但不可用g/L、mol/L，为什么？ 各浓度单位之间可以换算。如25℃时 NaCl和NH4Cl的共饱和溶液，其中含NaCl 17.28%、含NH4Cl 15.86%(质量分数）
对盐水体系，有更为简便的方法来确定 体系的独立组分数，即体系中各种盐的不 同离子数为体系的独立组分数。 注意：不考虑它们进一步电离和水解生成 的离子数
11 合成氨工业
（３）自由度
自由度是指体系达到平衡时，在不引起 新相产生和旧相消失的情况下，可在一定 范围内改变的独立变量数。如温度、压 力、浓度等
14 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（１）以g盐／１００g水表示
NaCl
17.28 100 25.85 （g / 100gH 2 O) 100 (17.28 15.86)
NH4Cl
15.86 100 23.72 （g / 100gH 2 O) 100 (17.28 15.86)
20 合成氨工业
N2
H2O
NH4Cl
NH4Cl-H2O二元体系相图
9 合成氨工业
故s=3，C=5-(3+0)=2 也可以从另一个角度考虑， Na2CO3在水中 可发生电离： Na2CO3 ＝２Na+ + CO32那么在Na2CO3-H2O体系中，至少有Na2CO3、 H2O、Na+，CO32-４种物质，此时s=1，为什 么会是二元体系呢？
10 合成氨工业
3 合成氨工业
3.1.1 概述
对于化学矿物综合利用、化学肥料和无 机盐的工业生产，在制定新的工艺流程、 生产工艺条件及改善和强化生产操作时， 往往会遇到盐类在水中的溶解度问题；此 外，在海洋化学化工、三废处理及盐矿地 质等生产和研究领域中，也涉及到盐类在 水中的溶解度问题。
4 合成氨工业
某种盐类之所以能从几种盐的混合液中 以纯态析出，是由于它们的溶解度各不相 同，而且随温度的变化有区别。 相图是多相体系在平衡时各相组成与温 度或压力的关系图。它不仅指导人们应该 如何安排生产流程，如何选择生产工艺条 件，而且可以告诉人们制备合格的产品应 该蒸发多少水或添加多少水。
16 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
(3)以mol／mol干盐表示
25.85 / 58.5 0.4992 （mol / mol 干盐 ) 25.85 / 58.5 23.72 / 53.5
23.72 / 53.5 0.5008 （mol / mol 干盐 ) 25.85 / 58.5 23.72 / 53.5
100 / 18 6.276 （mol / mol 干盐) 25.85 / 58.5 23.72 / 53.5
17 合成氨工业
3.1.2 二元盐水体系相图及应用
１ 二元盐水体系相图的绘制及杠杆规则 如何获得溶解度数据？ 途径一：查阅资料与文献 途径二：实验测定 选择合适的相图表示方法，将溶解度数据标 绘在相图上，连接各点，就可得到溶解度曲 线或饱和曲线。
第三章 无机化工 单元工艺
教学用书 化工工艺学 徐邵平 殷德宏 仲剑初 编著 参考书:无机化工工艺学 陈五平 主编
本章主要内容
3.1 3.2 3.3 3.4
盐水体系相图及应用 合成氨 无机化学矿物加工利用 无机酸、碱及化学肥料
2 合成氨工业
3.1 盐水体系相图及其应用
３ .１ .１ ３.１.２ ３ .１ .３ ３ .１ .４ 概述 二元盐水体系相图及应用 三元盐水体系相图及应用 四元盐水体系相图及应用
Байду номын сангаас15 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（２）以mol盐／１０００g水表示
25.85 1000 4.419 （mol / 1000 gH 2 O) 58.5 100
NaCl NH4Cl
23.72 1000 4.434 （mol / 1000 gH 2 O) 53.5 100
7 合成氨工业
独立组分数的确定
C=N-(s+r) 式中 C－独立组分数； N－体系中的化学物质种类数； s－体系中能进行的化学反应数； r－限制条件数
8 合成氨工业
如在Na2CO3－H2O体系中，计有Na2CO3， Na2CO3· H2O、 Na2CO3· ７ H2 O， Na2CO3· １０H2O及H2O等5种物质，N=5，但由 于存在下面三个化学反应： Na2CO3 + H2O = Na2CO3· H2O， Na2CO3 + 7H2O = Na2CO3· 7H2O， Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3· 10H2O，
5 合成氨工业
１ 相律
（１）相 相是一个不均匀体系中的均匀部分，各相 之间存在明显的界限。 对于盐类的水溶液都只能是一个液相。对 于固体，则体系中有几种物质就是几个固 相。
6 合成氨工业
（２） 独立组分 一个体系中往往是各种化学物质的混合 体，当体系中的每种化学物质各自独立 时，称它们为体系的独立组分。但实际 上，体系中的一些物质间会发生联系，这 时就不再是独立组分了。如碳酸钙煅烧成 为石灰和二氧化碳，其独立组分是２，为 什么？
18 合成氨工业
NH4Cl－H2O二元系溶解度
温度/℃
0 -7.63 -15.36 15 60 115.6
NH4Cl/%
0 10.93 19.65 26.0 35.6 46.6
合成氨工业
固相
冰 冰 冰+ NH4Cl NH4Cl NH4Cl NH4Cl
19
该体系有2个独立组分，最少相数为1，有 一个外界影响因素。根据相律有 F=C-P+1=2-1+1=2 可选温度与NH4Cl浓度为独立变量。以温度为纵坐 标， NH4Cl浓度为横坐标绘图。