三元液-液平衡数据的ppt
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三元液液平衡数据的测定
-密度
-活度系数
G 结果及讨论
⑴温度和压力对液液平衡的影响如何？ ⑵分析实验误差的来源？
⑶试述作出实验系统液液平衡相图的方法。
D 实验装置及流程
⑴木质恒温箱 • 作用原理：由加热器加热并用风扇搅动气流，促使箱内温 度均匀，温度由半导体温度计测量，并由恒温控制器控制 加热温度。实验前应先接通电源进行预热，使温度达到 25℃，并保持恒温
导体温 度计
恒温 控制 箱
风扇
木箱
三角 烧瓶
电磁 搅拌 器
电加 热器
⑵实验仪器包括电光分析天平，具有侧口的 100mL三角磨口烧瓶及医用注射器等 ⑶实验用料：醋酸、醋酸乙烯和去离子水，它们 的物理参数如下表：
B 实验原理
三元液-液平衡数据的测定，有两种方法 方法一： ①配制一定的三元混合物，在恒温下搅拌，充分 接触，以达到两相平衡。 ②静止分层，分别取出两相溶液分析其组成 优点：可直接测出平衡联结数据 缺点：分析常有困难
方法二：①用浊点法测出三元系的溶解度曲线，并确定溶解度 曲线上的组成与某一物性的关系 ②测定相同温度下平衡结线数据，根据已确定的曲线 来决定两相的组成
0.070
0.05 0.10
0.15
0.35 0.30
0.25
4
5
0.20
0.25
0.081
0.121
0.719
0.629
4
5
0.20
0.15
0.747
0.806
0.053
0.044
6
0.30
0.185
0.515
6
0.10
0.863
0.037
②将温度、溶液的HAc、H2O、VAc质量分数输入 计算机，得出两液相的计算值（以摩尔分数表示） 及实验值（以摩尔分数表示）进行比较。 主要符号说明：K-平衡常数 X-液相摩尔分数
三元相图教程ppt课件
分系统组成表示法
6
确定一点的组成
1、平行线法（三线法）
7
2、双线法确定三元组成
b
c
a
8 8
• 如果三元相图的组分已知就可以在浓度三 角形中确定相应的位置。
O的组成为： A——30% B——60% C——10% 那么O点应该 在哪里呢？
9
三、三元系统组成
C
中的一些关系
1、等含量规则
在等边三角形
B
M1＋M2-M3＝M
从M1＋M2中取出M3愈多，则M点离M3愈远。 16
（3） 共轭位置规则
在三元系统中，物质
组成点M在的一个角顶
之外，这需要从物质M3中 取出一定量的混合物质M1 ＋M2，才能得到新物质M， 此规则称为共轭位置规则。
由重心规则：
M1＋M2＋M＝M3 或：M＝ M3 －(M1＋M2)
液相点
固相点
49
C
D
F
C .G
e4
3 E Pm
A
S
A
e1
Q
析晶路程：
液相点
e3
．B
S
(3).分析：3点在C的初晶区内，开始
析出的晶相为C，在ASC内，最终析 晶产物为A、S、C，析晶终点在E点， 结晶终产物是A、S、C。途中经过P 点，P点是转熔点，同时也是过渡点。 B L+B S+C
固相点
50
Q/
S/
A/
L+B
B/ 29
1) 几条重要规则
（1）连线规则：用来判断界线的温度走向；
定义：将界线(或延长线)与相应的组成点的连线
相交，其交点是该界线上的温度最高点；温度走
向是背离交点。在连线的同时也就划出了副三角
6
确定一点的组成
1、平行线法（三线法）
7
2、双线法确定三元组成
b
c
a
8 8
• 如果三元相图的组分已知就可以在浓度三 角形中确定相应的位置。
O的组成为： A——30% B——60% C——10% 那么O点应该 在哪里呢？
9
三、三元系统组成
C
中的一些关系
1、等含量规则
在等边三角形
B
M1＋M2-M3＝M
从M1＋M2中取出M3愈多，则M点离M3愈远。 16
（3） 共轭位置规则
在三元系统中，物质
组成点M在的一个角顶
之外，这需要从物质M3中 取出一定量的混合物质M1 ＋M2，才能得到新物质M， 此规则称为共轭位置规则。
由重心规则：
M1＋M2＋M＝M3 或：M＝ M3 －(M1＋M2)
液相点
固相点
49
C
D
F
C .G
e4
3 E Pm
A
S
A
e1
Q
析晶路程：
液相点
e3
．B
S
(3).分析：3点在C的初晶区内，开始
析出的晶相为C，在ASC内，最终析 晶产物为A、S、C，析晶终点在E点， 结晶终产物是A、S、C。途中经过P 点，P点是转熔点，同时也是过渡点。 B L+B S+C
固相点
50
Q/
S/
A/
L+B
B/ 29
1) 几条重要规则
（1）连线规则：用来判断界线的温度走向；
定义：将界线(或延长线)与相应的组成点的连线
相交，其交点是该界线上的温度最高点；温度走
向是背离交点。在连线的同时也就划出了副三角
三元系统相图
第五节
三元系统相图
一、三元系统相图概述
三元凝聚系统相律： F＝C－P＋1＝4－P
1、三元系统组成表示方法
——浓度（组成）三角形 应用： 1）已知点 的位置， 确定其组成； 2）已知组成，确定 点的位置；
双线法：
2、浓度三角形规则
（1）等含量规则 等含量规则：平行于浓度 三角形一边的直线上的各点， 其第三组分的含量不变，即： MN线上C％相等。
在在mn外mpn二三元系统相图基本类型一具有一个低共熔点的简单三元系统相图二生成一个一致熔融二元化合物的三元系统相图三具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图四生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图五具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图六生成一个固相分解的二元化合物的三元系统相图七具有多晶转变的三元系统相图八形成一个二元连续固溶体的三元系统相图九具有液相分层的三元系统相图一具有一个低共熔点的简单三元系统相图1立体相图2平面投影图投影图上温度表示法
T转 > Te3 、 T转 < Te2——多晶转变点P
T转 < Te2 、Te3——多晶转变点P1、P2
（八）形成一个二元连续固溶体的三元系统相图
（九）具有液相分层的三元系统相图
总结：
分析实际三元系统（复杂三元系统）相图的步骤
一、判断化合物的性质；
二、划分副三角形； 三、判断界线上温度变化——连（结）线规则； 四、判断界线性质——切线规则； 五、确定三元无变量点的性质——重心原理；
（三） 具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图
（四） 生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图 1、相图组成
（1）不一致熔融化合物S不在自己的相区内； （2）化合物S性质的改变，导致CS连线、无变 量点P、界线的性质改变。 （a）CS连线 （b）无变量点：P点
三元系统相图
一、三元系统相图概述
三元凝聚系统相律： F＝C－P＋1＝4－P
1、三元系统组成表示方法
——浓度（组成）三角形 应用： 1）已知点 的位置， 确定其组成； 2）已知组成，确定 点的位置；
双线法：
2、浓度三角形规则
（1）等含量规则 等含量规则：平行于浓度 三角形一边的直线上的各点， 其第三组分的含量不变，即： MN线上C％相等。
在在mn外mpn二三元系统相图基本类型一具有一个低共熔点的简单三元系统相图二生成一个一致熔融二元化合物的三元系统相图三具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图四生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图五具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图六生成一个固相分解的二元化合物的三元系统相图七具有多晶转变的三元系统相图八形成一个二元连续固溶体的三元系统相图九具有液相分层的三元系统相图一具有一个低共熔点的简单三元系统相图1立体相图2平面投影图投影图上温度表示法
T转 > Te3 、 T转 < Te2——多晶转变点P
T转 < Te2 、Te3——多晶转变点P1、P2
（八）形成一个二元连续固溶体的三元系统相图
（九）具有液相分层的三元系统相图
总结：
分析实际三元系统（复杂三元系统）相图的步骤
一、判断化合物的性质；
二、划分副三角形； 三、判断界线上温度变化——连（结）线规则； 四、判断界线性质——切线规则； 五、确定三元无变量点的性质——重心原理；
（三） 具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图
（四） 生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图 1、相图组成
（1）不一致熔融化合物S不在自己的相区内； （2）化合物S性质的改变，导致CS连线、无变 量点P、界线的性质改变。 （a）CS连线 （b）无变量点：P点
三元相图ppt
三元相图的分析技巧
相态的分析
确定三元相图的三个相态
根据三元相图中的三个区域，可以确定三元相图的三个相态，即液相、固相和气 相。
确定相态之间的转化
三元相图中不同相态之间的转化与成分和温度有关，可以根据相图中的成分和温 度范围确定不同相态之间的转化条件。
结晶过程的分析
分析结晶过程
三元相图中的结晶过程分析需要了解不同成分的溶液中结晶 过程的特点，以及结晶过程中成分的变化规律。
材料科学的基础研究
三元相图的研究也是材料科学基础研 究的重要组成部分。通过对三元相图 的深入研究，可以更好地理解物质的 本质和规律，为材料科学的其他领域 提供基础支撑。
THANKS
谢谢您的观看
新型材料的探索
研究者们通过实验探索新型材料的三元相图，以寻找具有更优性能的相变材料， 应用于能源、环保等领域。
理论研究进展
计算方法的改进
研究者们不断改进计算方法，以更准确地预测三元相图中的 相行为。
分子动力学模拟
利用分子动力学模拟技术，研究者们可以模拟真实材料的三 元相图，为理论预测提供更为准确的依据。
多晶型和同素异构体的存在
在某些三元体系中，可能存在多种晶型和同素异构体，这些不同结构的物质在物理和化学 性能上可能存在显著的差异，因此如何考虑这些差异对三元相图的影响也是一个重要的问 题。
三元相图未来研究方向的建议
加强实验研究
由于三元相图的复杂性，实验研究仍然是确定三元相图最准确的方法。因此，需要发展新的实验技术，提高实验的精度和效 率，同时需要建立更加完善的数据库和理论模型来描述和预测三元相图。
应用研究进展
能源储存与运输
研究者们正在研究如何利用三元相图优化能源储存与运输过程中的性能。例 如，优化相变材料在储存和运输过程中的热力学性质。
相态的分析
确定三元相图的三个相态
根据三元相图中的三个区域，可以确定三元相图的三个相态，即液相、固相和气 相。
确定相态之间的转化
三元相图中不同相态之间的转化与成分和温度有关，可以根据相图中的成分和温 度范围确定不同相态之间的转化条件。
结晶过程的分析
分析结晶过程
三元相图中的结晶过程分析需要了解不同成分的溶液中结晶 过程的特点，以及结晶过程中成分的变化规律。
材料科学的基础研究
三元相图的研究也是材料科学基础研 究的重要组成部分。通过对三元相图 的深入研究，可以更好地理解物质的 本质和规律，为材料科学的其他领域 提供基础支撑。
THANKS
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新型材料的探索
研究者们通过实验探索新型材料的三元相图，以寻找具有更优性能的相变材料， 应用于能源、环保等领域。
理论研究进展
计算方法的改进
研究者们不断改进计算方法，以更准确地预测三元相图中的 相行为。
分子动力学模拟
利用分子动力学模拟技术，研究者们可以模拟真实材料的三 元相图，为理论预测提供更为准确的依据。
多晶型和同素异构体的存在
在某些三元体系中，可能存在多种晶型和同素异构体，这些不同结构的物质在物理和化学 性能上可能存在显著的差异，因此如何考虑这些差异对三元相图的影响也是一个重要的问 题。
三元相图未来研究方向的建议
加强实验研究
由于三元相图的复杂性，实验研究仍然是确定三元相图最准确的方法。因此，需要发展新的实验技术，提高实验的精度和效 率，同时需要建立更加完善的数据库和理论模型来描述和预测三元相图。
应用研究进展
能源储存与运输
研究者们正在研究如何利用三元相图优化能源储存与运输过程中的性能。例 如，优化相变材料在储存和运输过程中的热力学性质。
第七章 萃取
第三节
萃取过程的计算
萃取操作的自由度
在萃取过程的计算中,无论采用单级或多级萃取操作， 离开萃取器的两相互呈平衡。
萃取器的实际级数：
N P NT /
η——总的级效率，实验确定。
一、单级萃取的计算
1、工艺流程与相图
S
S
2、图解法求解
yS , y A k A xA , xR (或x ) 求解： S , E , R, y E
tg ( MR)
E R
x A ,M x A , R x S ,M x S , R
表示混合物组成的M点的位置必在R点E点的连线上。
E R
RM EM
物料衡算的简捷图示方法，称为杠杆定律
从上图中M可表示溶液R和溶液E混合之后的数量 和组成，则称M为R和E的和点；
反之当从M点中移去一定量与组成的液体E液体， 表示余下的溶液组成的点R必在EM联线的延长线上， 其具体位置同样可由杠杆定律确定：
E R
RM
R
RM ME
ME
▲
M
E
R· RM E· ME
即：
E R
RM ME
2、由物料衡算得到： A
混合物E的组成为:
xA, E、xB, E、xS , E
混合物R的组成为:
xA, R、xB, R、xS , R
混合物M的组成为:
xA,M xA,R
xA,E
xA,M、xB,M、xS ,M
B
xSR xSM xSE
溶剂S必须满足两个要求: (1)溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；
(2)溶剂对A、B两组分有不同的溶解能力，或者说溶剂具有选择性：
化工热力学--相平衡与化学反应平衡PPT(38张)
ni0
i
0 id
ni nio i
n n i( n i0 i) n 0
n n i n 0 n i0 i
yi
ni n
ni0 n0
i
如果系统中有N个组分，同时有r个独立反应发生
r
dni d i,j j
——微分检验法或点检验法
x11 x10
ln
1 2
d
x1
0——积分检验法或总体检验法
SA SB SA SB
0.02——符合热力学一致性校验
SA
A
SB
B
ln 1 2
0
x0
x1
1
汽液平衡数据的面积校验法
恒压数据检验 d p 0
x11ln
x10
12dx1xx1101
1)
，上式变为：
lnH 1lnH 1 (S )V 1 (R p T p 2 S)R A T(x2 2 1 )
该式称为Kritchevsky-Kasarnovsky方程。
溶解度与温度的关系 考虑纯溶质气体与溶液呈平衡：G1G G1
G 1G 1Gf(T,p,x1)
在等压的条件下，微分上式：
重要内容
相平衡的判据与相律
相平衡的判据
含有个相和N个组分的系统达到相平衡时
ii ....i ( i 1 ,2 ,....,N )
由逸度的定义dGi di RTdlnfˆi(等T )和上式可得
f ˆ i f ˆ i ...... f ˆ i ( i 1 ,2 ,....,N )
?相平衡的判据与相律?单元系统的汽液相平衡及其计算?液液平衡固液平衡和含超临界组分的相平衡?二元系统的汽液相平衡及其计算?第5章相平衡热力学?汽液相平衡实验数据的热力学一致性检验?重要内容??书山有路勤为径学海无涯苦作舟书到用时方恨少事非经过不知难?相平衡的判据与相律?相平衡的判据含有??个相和n个组分的系统达到相平衡时由逸度的定义等t和上式可得因此系统达到相平衡时除了各相的温度t压力p相同外组分i在各相中的逸度应相等??书山有路勤为径学海无涯苦作舟书到用时方恨少事非经过不知难?相律?表征相平衡系统强度状态的变量称作相律变量
三元相图ppt
智能化数据库
通过建立智能化数据库，可以实现对大量计算结果的自动分析和处理，从而更好地挖掘三 元相图中的信息。
06
其他相关三元相图的内容
三元合金的物理性质
液相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时液态三元合金的最低共晶 成分的液相组成点连接形成的曲 线。
固相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时固态三元合金的共晶成分 的固相组成点连接形成的曲线。
数据库管理系统
通过建立数据库管理系统，可以将三元相图计算结果进行分类、整理和归纳，方 便研究人员进行查询和使用。
三元相图的集成与智能化研究
多尺度模拟
利用多尺度模拟方法可以将微观结构和宏观性能联系起来，从而更好地研究三元相图。
机器学习
机器学习技术可以对三元相图计算结果进行分析、归纳和预测，从而为研究三元相图提供 了新的思路和方法。
优化合金组织
通过三元相图，可以预测合金在不同温度和成分下的组织，进而优化合金组织结 构，提高材料综合性能。
材料制备
优化制备工艺
三元相图可以预测不同制备工艺下的材料相变行为，为制备 工艺的优化提供依据。
新型材料制备
利用三元相图可以设计新型的高性能材料，并通过合适的制 备工艺制备得到所需的材料体系。
工业生产过程
三元相图
xx年xx月xx日
目录
• 三元相图简介 • 三元相图的基本理论 • 三元相图的主要分析方法 • 三元相图的具体应用 • 三元相图的发展趋势和前景 • 其他相关三元相图的内容
01
三元相图简介
定义和意义
定义
三元相图是一种图形表示，主要用于描述 三个变量或三种物质之间的相互关系。
通过建立智能化数据库，可以实现对大量计算结果的自动分析和处理，从而更好地挖掘三 元相图中的信息。
06
其他相关三元相图的内容
三元合金的物理性质
液相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时液态三元合金的最低共晶 成分的液相组成点连接形成的曲 线。
固相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时固态三元合金的共晶成分 的固相组成点连接形成的曲线。
数据库管理系统
通过建立数据库管理系统，可以将三元相图计算结果进行分类、整理和归纳，方 便研究人员进行查询和使用。
三元相图的集成与智能化研究
多尺度模拟
利用多尺度模拟方法可以将微观结构和宏观性能联系起来，从而更好地研究三元相图。
机器学习
机器学习技术可以对三元相图计算结果进行分析、归纳和预测，从而为研究三元相图提供 了新的思路和方法。
优化合金组织
通过三元相图，可以预测合金在不同温度和成分下的组织，进而优化合金组织结 构，提高材料综合性能。
材料制备
优化制备工艺
三元相图可以预测不同制备工艺下的材料相变行为，为制备 工艺的优化提供依据。
新型材料制备
利用三元相图可以设计新型的高性能材料，并通过合适的制 备工艺制备得到所需的材料体系。
工业生产过程
三元相图
xx年xx月xx日
目录
• 三元相图简介 • 三元相图的基本理论 • 三元相图的主要分析方法 • 三元相图的具体应用 • 三元相图的发展趋势和前景 • 其他相关三元相图的内容
01
三元相图简介
定义和意义
定义
三元相图是一种图形表示，主要用于描述 三个变量或三种物质之间的相互关系。
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图(精)
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
•
•
从以上分析可知：氧化铝在氢氧化钠溶液 中的溶解度随氢氧化钠的浓度增加而增加， 但是当氢氧化钠的浓度达到某一限度后， 氧化铝的溶解度反而随着氢氧化钠的浓度 增加而下降，使氧化铝在氢氧化钠溶液中 的溶解度曲线出现最高值。出现这种情况 的原因是不同浓度的溶液所对应的平衡固 相不同。 在氧化铝生产中，铝酸钠溶液的组成总是 位于状态图的Ⅰ、Ⅱ区内。
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
•
拜耳法生产氧化铝 就是根据 Na2O-Al2O3H2O 三元系平衡状态图中氧化铝溶解度等 温线的上述特点 ( 左段线 ) ，利用浓苛性碱 溶液在高温下溶出铝土矿中氧化铝(三水铝 石或一水铝石)，然后再经冷却和稀释使氢 氧化铝（三水铝石）过饱和而结晶析出。
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
•
I 区 (OBCDO) ：是氧化铝和含水铝酸钠的 未饱和区，它有溶解这两种物质的能力。 当其溶解三水铝石 (氢氧化铝)时，溶液的 组成将沿着原溶液点与 T点(如果是一水铝 石则是 H 点 ) 的连线变化，直到连线与 OB 线的交点为止，即这时溶液已达到平衡浓 度。原溶液组成点离 OB 线越远，其未饱 和程度越大，能够溶解的氢氧化铝数量越 多。当其溶解固体铝酸钠时，溶液的组成 则沿着原溶液组成点与 E点(如果是无水铝 酸钠则是 H 点 ) 的连线变化，直到连线与 BC线的交点为止。
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
不同温度下的平衡状态图
实验测定曲线 溶解度等温线
Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图
结论：
（1）溶解度与碱浓度关系 • 各个温度下的溶解度等温线包括两个线段 ，这两个线段的交点为该温度下溶解度的 最大点。它说明在所有温度下，氧化铝的 溶解度都是随着溶液中苛性碱浓度的增加 而增大，但当苛性碱浓度超过某一限度后 ，氧化铝的溶解度又随苛性碱浓度的增加 而降低。因此生产中需要合适的苛性碱浓 度，以便铝土矿中的氧化铝能更大程度的 溶解进溶液。
第五章 液体三元流动基本原理w
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
u dr 0
水力学
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
（2）流线方程：
由
u dr u x u y u z 0 dx dy dz
i
j
k
得出流线微分方程：
dx dy dz u x ( x, y , z , t ) u y ( x, y , z , t ) u z ( x, y , z , t )
1、液体微团运动形式： 平移、旋转和变形
u u0 dr ε dr
水力学
2、液体质点的基本运动形式分析
设微团平行于xoy平面的投影面为ABCD，在t瞬时，各 角点沿x,y方向的速度分量
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
水力学
液体质点的基本运动形式
d 1 u y ux ( ) z dt 2 x y
旋转角速度
水力学
角变形率
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
旋转角速度
1 uz u y ( ) x 2 y z
1 u y ux ( ) xy 2 x y 1 uz u y ( ) yz 2 y z
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
平移是指液体微团在运动
过程中任一线段的长度和
方位均不变。
平移速度为ux,uy
水力学
线变形是指液体微团在运动过程中仅存在各线段 的伸长或缩短。
第 五 章 液 体 三 元 流 动 基 本 原 理
ux (u x dx)dt u x dt x u x dxdt x
u y u x u z 线变形率分量： xx , yy , zz x y z
初中物理8.2 液-液相平衡关系8.2.1 三角形坐标及杠杆定律(1)三角形坐标 三元混
② 组成的单位 常用质量分率表示(原则上可用任意单位)。
（2）杠杆定律 三元混合物 mR（xA, xB, xs）和mE（yA, yB, ys ）混合
形成新的混合物mM, ( zA, zB, zs) ：
mM mR mE 物料衡算 mM z A mR xA mE yA
mM zs mR xs mE ys
DG
S
O
xA
三角形坐标与分配曲线的转换
第一类物系：
A yA
KE R
B
S
D O
第一类物系的分配曲线
y=x G
xA
第二类物系
A K
R E
B
yA
O S
y=x
D xA
第二类物系的分配曲线
(2) 分配系数
A组分在两相中的分配系数
kA
溶质 A在E相中的组成 溶质A在R相中的组成
yA xA
即： yA k AxA 说明：
kA和温度有关，温度升高，kA下降； 同时与浓度有关，溶质浓度升高，kA下降。 但浓度较低时，kA可视为常数（恒温、恒压）。
原溶剂的分配系数：
kB
yB xB
联结线斜率对分配系数的影响：
对于完全不互溶物系，浓度常用比质量分数X 、 Y表示。
X
A
mAR mB
YA
mAE mS
YA YA=KAXA
为混溶点； ④ 临界混溶点(褶点) :共轭相的组成相同，其位置和物系有关； ⑤ 萃取相和萃余相: 以原溶剂为主的相称为萃余相，以溶剂为
主的相称为萃取相。
（3）几类物系的相图 ① 部分互溶物系，A、B，A、S 完全互溶，而B、S部分互 溶；
2024版化工热力学精ppt课件
化工热力学精ppt课件目录•化工热力学基本概念•流体的热物理性质•化工过程能量分析•相平衡与相图分析•化学反应热力学基础•化工热力学在工艺设计中的应用PART01化工热力学基本概念孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类热力学基本定律热力学第零定律如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第二定律不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
状态方程与状态参数状态方程描述系统或它的性质和本质的一系列数学形式。
将系统的物理性质用数学形式表达出来，即建立该系统各状态参数间的函数关系。
状态参数表征体系特性的宏观性质，多数指具有能量量纲的热力学函数（如内能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能）。
偏微分与全微分概念偏微分在多元函数中，函数对每一个自变量求导数，就是偏导数。
全微分如果函数z = f(x, y) 在(x, y) 处的全增量Δz = f(x + Δx, y + Δy) -f(x, y) 可以表示为Δz = AΔx + BΔy + o(ρ)，其中A、B 不依赖于Δx, Δy 而仅与x, y 有关，ρ = √[(Δx)2 + (Δy)2]，此时称函数z = f(x, y) 在点(x, y) 处可微，AΔx + BΔy 称为函数z = f(x, y) 在点(x, y) 处的全微分。
PART02流体的热物理性质基于实验数据的经验方法利用已有的实验数据，通过拟合、插值等数学手段，得到纯物质的热物理性质随温度、压力等条件的变化规律。
3 实验3 三元液-液平衡数据的测定2017.9
实验：醋酸－水－醋酸乙烯（乙酯）三元体系
• 溶解度曲线：由于分析醋酸最为方便，因此采用浊 点法测定溶解度曲线 并按此数据 对水层 以醋酸及醋酸乙烯为坐标，对油层以醋酸及水为坐 标，画成曲线，以备测定结线时应用。
• 配制一定的三元混合物：经搅拌，静止分层后，分 别取出两相样品，分析其中的醋酸含量，由溶解度 曲线查出另一组分的含量，并用减量法确定第平行线, 其交点就是被测体 系的组成点。
3 . 溶解度曲线
将一定量的 B和S
混合（和点M）
搅拌、静 置分层
加入一定量的A，则和点的组 成将沿着图中的AM线变化；
加入的A的量使得和点移动到M1， 再次充分搅拌后静置分层，
分离的两部分再次达成平衡， 其组成点为图中的R1和E1点
两者部分互溶，经混合分离后， B中含有部分S，而S中含有部分B，
达成平衡，其组成点为P和Q
再次加入A，进行类似操作， 分别得到达成平衡的点 R2，E2； R3，E3；……。 当加入的A的量达到J点时， 混合物不再分离成两个
相，而是混合成一个相。
将R1R2R3…J E1E2E3… 联结成一条光滑的曲线，称 为溶解度曲线。
掌握实验技能，学会三角形相图的绘制。
二、实验原理
三元液－液平衡数据的测定，有两种不同的方 方法一：
恒温，搅拌
三元混合物
达到两相平衡 静止分层
分析两相组成
• 配制一定的三元混合物，在恒定温度下搅拌，充分接触， 以达到两相平衡；
• 然后静止分层，分别取出两相溶液分析其组成。 • 这种方法可直接测出平衡联结线数据，但分析尚有困难。
三元液－液平衡数据的测定
化学化工学院 陈 姚 梁红 李树华
实验2 三元液－液平衡数据的测定
三相图ppt
苏打(Na 2SO 4 10H2O) 。
利用温差提纯盐类
图(a)是 NaNO3 KNO3 H2O 在298 K时的相图。 图(b)是该三组分在373 K时的相图。
显然，升高温度，不饱和区扩大， 即两种盐的溶解度增加。
将(a),(b)两张图 叠合，就得到(c)， 利用相图(c)将 NaNO 3 与 KNO 3 的混合物分离。
利用温差提纯盐类
（1）设混合物中含 KNO 3 较多， 物系点为x 。
在298 K时，加水溶解，物 系点沿xA线向A移动，当进入 MDB区时，NaNO 3 全部溶解，剩 下的固体为 KNO 3 。
如有泥沙等不溶杂质，将
饱和溶液加热至373 K，这时在
线
M'D'之上，KNO
也全部溶解，
3
趁热过滤，将滤液冷却至298K
三、三组分体系的相图及其应用
三组分体系相图类型
因为 C 3, f 32Φ
当 Φ 1, f 4 ，无法用三维空间表 示相图。
当Φ 1 ，恒压，f * 3（或恒温，f * 3 ），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。
当 Φ 1 ，且恒温又恒压，f ** 2 ，可用平面图形表 示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均为 组成变化。
在它们组成的三组分体系相图上出现一个帽形区， 在a和b之间，溶液分为两层，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。
(一）部分互溶的三液体体系
在物系点为c的体系中加醋酸，
物系点向A移动，到达 c1 时，对应的
如果Q点在AS线右边，用这种方法只能得到纯C(s)。
利用温差提纯盐类
图(a)是 NaNO3 KNO3 H2O 在298 K时的相图。 图(b)是该三组分在373 K时的相图。
显然，升高温度，不饱和区扩大， 即两种盐的溶解度增加。
将(a),(b)两张图 叠合，就得到(c)， 利用相图(c)将 NaNO 3 与 KNO 3 的混合物分离。
利用温差提纯盐类
（1）设混合物中含 KNO 3 较多， 物系点为x 。
在298 K时，加水溶解，物 系点沿xA线向A移动，当进入 MDB区时，NaNO 3 全部溶解，剩 下的固体为 KNO 3 。
如有泥沙等不溶杂质，将
饱和溶液加热至373 K，这时在
线
M'D'之上，KNO
也全部溶解，
3
趁热过滤，将滤液冷却至298K
三、三组分体系的相图及其应用
三组分体系相图类型
因为 C 3, f 32Φ
当 Φ 1, f 4 ，无法用三维空间表 示相图。
当Φ 1 ，恒压，f * 3（或恒温，f * 3 ），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。
当 Φ 1 ，且恒温又恒压，f ** 2 ，可用平面图形表 示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均为 组成变化。
在它们组成的三组分体系相图上出现一个帽形区， 在a和b之间，溶液分为两层，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。
(一）部分互溶的三液体体系
在物系点为c的体系中加醋酸，
物系点向A移动，到达 c1 时，对应的
如果Q点在AS线右边，用这种方法只能得到纯C(s)。
张子超-3111025007-三元系统的液液萃取
画阶梯确定级数 如图8,17所示，可通过交替利用联结线和操作线在三角形相图上画阶梯确定平 所示， 如图 所示 衡级数，图中已用作图法1和 确定点 确定点F、 、 、 和 的位置 我们由进料端的E1 的位置， 衡级数，图中已用作图法 和2确定点 、E、S、R1和P的位置，我们由进料端的 开始，参考图8,13，我们知道 和E1平衡。因此，由作图法 图8，17中的 必位 平衡。 中的R1必位 开始，参考图 ，我们知道R1和 平衡 因此，由作图法3图 ， 中的 于联结线的相反端，由图8,13知，R1通过 ，因此，由作图法 知E2必位于通过 通过E2，因此，由作图法2知 必位于通过 必位于通过R1 于联结线的相反端，由图 知 通过 画的直线与平衡曲线萃取相侧的交点。 可用作图法3由联结线确定 和P画的直线与平衡曲线萃取相侧的交点。由E2可用作图法 由联结线确定 的位 画的直线与平衡曲线萃取相侧的交点 可用作图法 由联结线确定R2的位 又可由作图法2确定 的位置， 置，由R2又可由作图法 确定 的位置，交替利用平衡曲线和操作线继续这种方法， 又可由作图法 确定E3的位置 交替利用平衡曲线和操作线继续这种方法， 最终可达到或越过规定点RN，如果为后一种情况，最后一级取为分数，在图8， 最终可达到或越过规定点 ，如果为后一种情况，最后一级取为分数，在图 ，17 大约需要2.8个平衡级 这里级数是按所用的联结线数目计算的。 个平衡级， 中，大约需要 个平衡级，这里级数是按所用的联结线数目计算的。
假定三元系统为特定温度下得A（溶质）、C（载液）、 ）、S（ 假定三元系统为特定温度下得 （溶质）、 （载液）、 （溶 ）、 ），是液 液平衡数据可表示在下图所示的等边三角形相图上， 是液-液平衡数据可表示在下图所示的等边三角形相图上 液），是液 液平衡数据可表示在下图所示的等边三角形相图上，图中 粗线为平衡线，而虚线为平曲线上得平衡相的联结线， 粗线为平衡线，而虚线为平曲线上得平衡相的联结线，平衡联结线从 相图的C边到 边向上倾斜，因此，在平衡时， 在 中的浓度高于在 边到S边向上倾斜 中的浓度高于在C 相图的 边到 边向上倾斜，因此，在平衡时，A在S中的浓度高于在 中的浓度。于是对于从与C的混合物中萃取 的混合物中萃取A,S是有效溶剂，另一方面， 是有效溶剂， 中的浓度。于是对于从与 的混合物中萃取 是有效溶剂 另一方面， 因为从相图的S边到 边到C边平衡联结线 向下倾斜，对于从S中萃取 中萃取A， 不 因为从相图的 边到 边平衡联结线 向下倾斜，对于从 中萃取 ，C不 是有效溶剂。 是有效溶剂。
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方法一
①配制一定的三元混合物，在恒温下搅拌， 充分接触，以达到两相平衡 ②静止分层，分别取出两相溶液分析其组 成
方法二
①用浊点法测出三元系的溶解度曲线，并 确定溶解度曲线上的组成与某一物性的关 系
②测定相同温度下平衡结线数据，根据已 确定的曲线来决定两相的组成
预习与思考
（1）指出下图溶液的总组成点在A、B、C、 D、E点会出现什么现象？
实验步骤
★1.测定平衡结线，根据相图，配制在部分互溶区的 三元溶液30g，预先计算称量各组分的质量，用密 度估计其毫升数。 ★2.取干燥的100mL底部有支口的三角瓶，将下部 支口用硅橡胶塞住，用分析天平称取质量，然后加 入醋酸、水、醋酸乙烯后分别称量，计算出三元溶 液的浓度。 ★3.将此盛有部分互溶液的三角瓶放入已调节至 25℃的恒温箱，电磁搅拌20min，静止恒温1015min，使其溶液分层达到平衡。 ★4.将已静止分层的三角瓶从恒温箱中取出，用针筒 分别取油层及水层，分别利用酸碱中和法分析其中 的醋酸含量，由溶解度曲线查出另一组成，然后算 出第三成分的组成。
三元液-液平衡数据的测定
~化学s0901
朱闻艳
实验目的 实验原理 预习与思考 实验装置及流程 实验步骤 实验数据处理 结果及讨论
实验目的
1.测定醋酸-水-醋酸乙烯在25℃下的液-液平衡数 据
2.用醋酸-水、醋酸-醋酸乙烯两对二元系的气-液 平衡数据以及醋酸-水二元系的液-液平衡数据， 求得的活度系数关联式常数，并推算三元液-液平 衡数据，与实验数据比较 3.通过实验，了解三元系统液-液平衡数据测定方 法，掌握实验技能，学会三角形相图的绘制
HAc
A B C D E
H2O
VAc
（2）何谓平衡联结线，有什么性质？ （3）本实验通过怎样的操作达到液液平衡？ （4）自拟用浓度为0.1mol/L的NaOH滴 定法测定实验系统共轭两相中醋酸组成的 方法和计算式。取样时应注意哪些事项， H2O及VAc的组成如何得到？
实验装置及流程
⑴木质恒温箱 ⑵实验仪器包括电光分析天平，具有侧口的 100mL三角磨口烧瓶及医用注射器等 ⑶实验用料：醋酸、醋酸乙烯和去离子水，它们 的物理参数如下表：
主要符号说明：K-平衡常数 -活度系数 X-液相摩尔分数 -密度
结果及讨论
⑴温度和压力对液液平衡的影响如何？ ⑵分析实验误差的来源？ ⑶试述作出实验系统液液平衡相图的方法。
实验数据处理
①在三角形相图中，将下表给出的醋酸-水-醋酸乙烯三元体系的溶解 度数据作成光滑的溶解度曲线，将测得的数据标绘在图上
NO HAc
1 2 3 0.05 0.10 0.15
H2O
0.017 0.034 0.055
VAc
0.933 0.866 0.795
NO HAc H2O
1 2 3 0.35 0.30 0.25 0.504 0.605 0.680
VAc
0.146 0.095 0.070
4
5 6
0.20
0.25 0.30
0.081
0.121 0.185
0.719
0.629 0.515
4
5 6
0.20
0.15 0.10
0.747
0.806 0.863
0.053
0.044 0.037
②将温度、溶液的HAc、H2O、VAc质量分数输入 计算机，得出两液相的计算值（以摩尔分数表示） 及实验值（以摩尔分数表示）进行比较。
实验原理
三元液-液平衡数据的测定，有两种方法 对于醋酸-水-醋酸乙烯这个特点的三元系，由于 分析醋酸较为方便，因此采用浊点法测定溶解度 曲线，并按此三元液溶解数据，对水层以醋酸及 醋酸乙烯为坐标进行标绘，对油层以醋酸及水为 坐标进行标绘，画成曲线，以备测定结线时应用。 然后配制一定的三元混合物，经搅拌，静止分层 后，分别取出两相样品，分析其中的醋酸含量， 由溶解度曲线查出另一组分含量，用渐凉法确定 第三组分。
品名 醋酸 醋酸乙烯 水 沸点/℃ 118 72.5 100 密度 1.049 0.9312 0.997
导体温 度计
恒温 控制 箱
风扇
木箱
三角加热器加热并用风扇搅动气流， 促使箱内温度均匀，温度由半导体温度计测量， 并由恒温控制器控制加热温度。实验前应先接 通电源进行预热，使温度达到25℃，并保持恒 温