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。
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％）：
水盐体系相图及其应用优秀课件
A M1
b
50%
M
a
W
M2
（H2O） 30%
B
图3-2 直角等腰三角形坐标
二、三元水盐体系组成表示法
3.其他坐标（以局部物质为基准）
（1）以水为基准 （2）以干盐为基准
B
gB/100gH2O
b
50 2
40 4
30 b‘
W
gH2O/100
gS
500
400 a 300
20 1
a 3
10
M
200 2
100
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%。
P=3，C=3，F=C-P=0 B＇B点盐—的B溶-H解2O度二；元体系中 A＇A点盐—的A溶-H解2度O二；元体系中 P=2，C=2，F=C-P=2-2=0
KCl B
NaCl+KCl+LE
4
KCl+L
3
2 B＇6 5
E
L
4
3 2
1
NaCl+LE
A＇ 1
NaCl A
W
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？
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
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。
8、三个四面体，表示两个固相和它们 的共饱和溶液共存区，如图3-7 9、温度te时的三角形平面，表示三个固 相A盐，B盐和冰和它们的共饱和溶液 共存，E点是三元体系低共熔点。
10、te以下的空间，表示全固相区。
2.直角坐标系的立体图
四、等温图的标绘
1.数据分析：分析固相的组成（单盐，水合盐，复盐或
3.水合物II型：以NaCl-Na2SO4-H2O体系20℃相图为例，
蒸发路线： 1→2→3→4→5→6
水合物II型：以NaCl-Na2SO4H2O体系25℃相图为例，
在蒸发时，芒硝将其 中的结晶水提供出来 供蒸发，同时析出无 水盐，使母液Q点的 组成不变。
4.同成分复盐型 其特征是复盐射线与复盐自身的溶解度曲线相交； 同成分复盐相图相当于两个简单相图相加，因此 其蒸发过程同简单相图相似。
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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。
8、三个四面体，表示两个固相和它们 的共饱和溶液共存区，如图3-7 9、温度te时的三角形平面，表示三个固 相A盐，B盐和冰和它们的共饱和溶液 共存，E点是三元体系低共熔点。
10、te以下的空间，表示全固相区。
2.直角坐标系的立体图
四、等温图的标绘
1.数据分析：分析固相的组成（单盐，水合盐，复盐或
3.水合物II型：以NaCl-Na2SO4-H2O体系20℃相图为例，
蒸发路线： 1→2→3→4→5→6
水合物II型：以NaCl-Na2SO4H2O体系25℃相图为例，
在蒸发时，芒硝将其 中的结晶水提供出来 供蒸发，同时析出无 水盐，使母液Q点的 组成不变。
4.同成分复盐型 其特征是复盐射线与复盐自身的溶解度曲线相交； 同成分复盐相图相当于两个简单相图相加，因此 其蒸发过程同简单相图相似。
ห้องสมุดไป่ตู้
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
水盐体系相图及其应用4ppt课件
成分 计算结果g/100g S
KCl 36.5
MgCl2 50.盐 100
第一节 图形表示法
四、干基三角形和干基正方形
2．干基正方形（交互四元体系） (1)各盐分子式必须按等摩尔的反应
式书写。
AY(Na2SO4) D
(2)反应式同一边的两种盐必须放在 正方形的对角线上。对角线上 的两个盐称为盐对。
第一节 图形表示法
五、等温立体坐标图 1．棱锥形——正四面体
（2）几何性质：正四面体下述的五个几何性质
四面体内任一点向四面体的四个面分别引垂线hA、hB、hC、
hW。即a%+b%+c%+w%=100%。
四面体内任一点，分别作与四面体各面平行的截面，则
四个截面在棱上截出的线段长lA、lB、lC、lW之和等于棱 长L，即lA+lB+lC+lW=L。
第一节 图形表示法
四、干基三角形和干基正方形 1．干基三角形 水合物及复盐如何在三角形中表示？
要根据其化学式来求g/100g S 值。 例如：MgCl2·12H2O中，含MgCl2100，含 水为22含7.1；光卤石KCl·MgCl2·6H2O中， KCl43.92，MgCl256.08，H2O63.67。 人造光卤石标在干基三角形图上，为M点。
BB‘E1EE2B——表示B盐及其饱和溶液的两相区，B盐的结晶区；
CC‘E3EE2C——表示C盐及其饱和溶液的两相区，C盐的结晶区。
F=C-P=4-2=2
A＇
C＇ E3
A＇
E3
C＇
E1 B＇ E2
E3
E1
E2 E
A
B＇ E
E1
E2
C
水盐体系相图及其应用课件课件
-30
R
-40
④
（W）W 20
5 4 E1
40
K 60 80
Mn(NO3)2
100
Mn(NO3)2，%（wt）
图2-2 Mn(NO3)2—H2O体系相图
第16页，此课件共29页哦
（3）面
• AE1BE2 F曲线上方的区域→不饱和相区。 • 封闭区E1BE2PK → Mn(NO3)2·6H2O固相与其饱和溶液共存区，
这种水合盐加热至熔点熔化时，固相和液相有相同的组成，即水合盐无论在固态或 熔化后的液态中，都有相同的组成，都能稳定的存在而不分解，因此，又称为有相 合熔点的化合物，或称为同成分水合盐。
2.不稳定水合盐 这种水合盐加热至一定温度时，不是简单的熔化，而是生成无水盐或含水 少的水合盐及同时生成较水合盐含水量多的溶液，因而造成固液两相组成 不一致。这个温度就是固液异组成物的“熔点”，或叫不相称熔点。这个温 度实际上也是水合盐的分解温度，故称这种水合盐为异成分水合盐或不相称水 合盐。
关于水盐体系相图及 其应用课件
第1页，此课件共29页哦
第一节 简单二元水盐体系相图
一、相律特征 二、坐标系 三、简单二元水盐相图的标绘 四、简单相图的点、线、面的意义
第2页，此课件共29页哦
一、相律特征
组分数等于2的体系是二元体系。它是由一种单盐和水组成，是水盐 体系中最简单的类型。 例如， KCl－H2O体系或书写为 K＋//Cl-－H2O体系．
二、复杂二元相图的标绘
1.稳定水合盐相图实例
t（℃）
F 11
30
（1）线
曲线AE1是Mn(NO3)2溶液的结冰线，也称为冰的溶
20
B 810 ⑤
P 9H
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）
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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。
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。
22 合成氨工业
2.各种化工过程在相图上的表示
无机盐生产过程中经常涉及到加热、冷 却、蒸发、加水、溶解、结晶及盐析等工 艺，这些过程的变化都可以用相图表示和 计算。
23 合成氨工业
（1）加热与冷却
其中加热与冷却将沿着垂直于横轴的直线
运动。
如有17℃的不饱和溶液M0，将其冷却至 M1时开始结冰，冷却至M2时析出冰。浓 缩液L2’和冰的质量比为：
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
25 合成氨工业
（３）溶解
如图，在５５℃下向N0的不饱和溶液中 其中加入NH4Cl固体时，到达N4成为饱和 溶液，同样可计算NH4Cl的加入量。
加入NH 4Cl量 N0溶液量
N0N4 N6N4
26 合成氨工业
３相图应用
在联合制碱过程中产生大量副产氯化铵，其中含量 为９６％－９８％。而在干电池、焊条、电镀部门使 用时，要求纯度大于９９.５％。可利用相图讨论 NH4Cl的精制过程。 粗氯化铵热水溶解→常压沸腾使溶液饱和→静止沉降 除CaCO3、MgCO3、Fe2O3→冷却结晶→母液循环
35
合成氨工业
(2)三元盐水体系的连线规则和杠杆规则
连线规则—两个不同组成的体系P和Q混 合成为一个新体系R，或一个体系R分为两 个不同组成的新体系P和Q，P、Q、R三点在 一条直线上，且R点在P和Q的中间。 杠杆规则:两个分体系的量与其到总体系 的距离成反比。
36 合成氨工业
注意：各体系的量应根据相图所采用的 单位而定。如果浓度单位为质量百分比， 则各体系的量为它们各自的质量；如果用 g(mol)盐/100g(mol)H2O为浓度单位， 则各体系的量为水的g(mol)数；如果用 g(mol)组分/100g(mol)干盐，则为各体 系中的干盐g(mol)数；
44 合成氨工业
A NaCl 100
A100E100b100-100℃
A25E25b25-25℃
K(30%KCl，70%NaCl)
K→L 100℃加水溶解
a100 a25
L E25
Q
N E100
N→E100→Q→N
O H2O
b25 b100
B KCl 100
25℃与100℃下KCl-NaCl-H2O三元盐水体系相图 45
14 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（１）以g盐／１００g水表示
NaCl
100
17.28 (17.28 15.86)
100
25.8（ 5 g
/100
gH 2O)
NH4Cl
100
15.86 (17.28 15.86)
100
23.72（g
/100
gH 2O)
15 合成氨工业
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
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（２）以mol盐／１０００g水表示
NaCl NH4Cl
25.85 58.5
1000 100
4.41（9 mol
/1000gH
2O)
23.72 53.5
1000 100
4.43（4 mol
/ 1000gH 2O)
16 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
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）
1 三元盐水体系相图通论
(1)三元盐水体系相图表示法 自由度为:3-1+1=3，说明温度和两种盐浓度都 可以变化。因此，必须用三维空间才能表达。为 便于使用，常将温度固定，即等温相图。 等温相图的表示方法有： 等边三角形法 等腰直角三角形法 直角坐标法
31 合成氨工业
A
J G
E
·
F
M
B
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？
27 合成氨工业
３相图应用
可利用相图讨论NH4Cl的精制过程，以精制１０００ kg NH4Cl为基准，由杠杆规则可计算所需的循环母液P1 的量：
GP1
1000
R1Q1 R1P1
1000
100 46.6 46.6 28.2
2902(kg)
28 合成氨工业
实际生产过程是在１００℃下进行。可 避免恶劣的操作环境，但温度不宜低于 １００℃，以过滤除去不溶性杂质时因温 度降低使NH4Cl也析出，上述计算值是理论 上的极限值（最小值），实际工艺过程中 循环母液要大于２９０２kg。
100℃NaCl-NH4Cl-H2O的三元相图 39
合成氨工业
加水溶解过程 是蒸发过程的逆过程。工业过程也常采用 加水溶解来分离两种盐的过程。 加盐和盐析过程 向一个体系中加入某种盐，以改变体系的 组成，使体系改变后落在我们所需要的盐 的结晶区内，从而分离出这种盐的固体， 称为盐析。
40 合成氨工业
L'2溶液量 冰量
M 2S2' M 2 L'2
24 行于横轴的直线运动。
如由不饱和溶液N0，在５５℃等温蒸发至N５ 降温，根据杠杆规则可分别计算蒸发的水量
和析出的NH4Cl的量：
蒸发水量 N0量
N0N5 HN5
NH 4Cl固相量 N5量
N4N5 N4N6
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
Na2CO3 + H2O = Na2CO3·H2O， Na2CO3 + 7H2O = Na2CO3·7H2O， Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3·10H2O，
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：
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。
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。
22 合成氨工业
2.各种化工过程在相图上的表示
无机盐生产过程中经常涉及到加热、冷 却、蒸发、加水、溶解、结晶及盐析等工 艺，这些过程的变化都可以用相图表示和 计算。
23 合成氨工业
（1）加热与冷却
其中加热与冷却将沿着垂直于横轴的直线
运动。
如有17℃的不饱和溶液M0，将其冷却至 M1时开始结冰，冷却至M2时析出冰。浓 缩液L2’和冰的质量比为：
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
25 合成氨工业
（３）溶解
如图，在５５℃下向N0的不饱和溶液中 其中加入NH4Cl固体时，到达N4成为饱和 溶液，同样可计算NH4Cl的加入量。
加入NH 4Cl量 N0溶液量
N0N4 N6N4
26 合成氨工业
３相图应用
在联合制碱过程中产生大量副产氯化铵，其中含量 为９６％－９８％。而在干电池、焊条、电镀部门使 用时，要求纯度大于９９.５％。可利用相图讨论 NH4Cl的精制过程。 粗氯化铵热水溶解→常压沸腾使溶液饱和→静止沉降 除CaCO3、MgCO3、Fe2O3→冷却结晶→母液循环
35
合成氨工业
(2)三元盐水体系的连线规则和杠杆规则
连线规则—两个不同组成的体系P和Q混 合成为一个新体系R，或一个体系R分为两 个不同组成的新体系P和Q，P、Q、R三点在 一条直线上，且R点在P和Q的中间。 杠杆规则:两个分体系的量与其到总体系 的距离成反比。
36 合成氨工业
注意：各体系的量应根据相图所采用的 单位而定。如果浓度单位为质量百分比， 则各体系的量为它们各自的质量；如果用 g(mol)盐/100g(mol)H2O为浓度单位， 则各体系的量为水的g(mol)数；如果用 g(mol)组分/100g(mol)干盐，则为各体 系中的干盐g(mol)数；
44 合成氨工业
A NaCl 100
A100E100b100-100℃
A25E25b25-25℃
K(30%KCl，70%NaCl)
K→L 100℃加水溶解
a100 a25
L E25
Q
N E100
N→E100→Q→N
O H2O
b25 b100
B KCl 100
25℃与100℃下KCl-NaCl-H2O三元盐水体系相图 45
14 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（１）以g盐／１００g水表示
NaCl
100
17.28 (17.28 15.86)
100
25.8（ 5 g
/100
gH 2O)
NH4Cl
100
15.86 (17.28 15.86)
100
23.72（g
/100
gH 2O)
15 合成氨工业
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
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
（２）以mol盐／１０００g水表示
NaCl NH4Cl
25.85 58.5
1000 100
4.41（9 mol
/1000gH
2O)
23.72 53.5
1000 100
4.43（4 mol
/ 1000gH 2O)
16 合成氨工业
NaCl17.28%、含NH4Cl 15.86%
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）
1 三元盐水体系相图通论
(1)三元盐水体系相图表示法 自由度为:3-1+1=3，说明温度和两种盐浓度都 可以变化。因此，必须用三维空间才能表达。为 便于使用，常将温度固定，即等温相图。 等温相图的表示方法有： 等边三角形法 等腰直角三角形法 直角坐标法
31 合成氨工业
A
J G
E
·
F
M
B
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？
27 合成氨工业
３相图应用
可利用相图讨论NH4Cl的精制过程，以精制１０００ kg NH4Cl为基准，由杠杆规则可计算所需的循环母液P1 的量：
GP1
1000
R1Q1 R1P1
1000
100 46.6 46.6 28.2
2902(kg)
28 合成氨工业
实际生产过程是在１００℃下进行。可 避免恶劣的操作环境，但温度不宜低于 １００℃，以过滤除去不溶性杂质时因温 度降低使NH4Cl也析出，上述计算值是理论 上的极限值（最小值），实际工艺过程中 循环母液要大于２９０２kg。
100℃NaCl-NH4Cl-H2O的三元相图 39
合成氨工业
加水溶解过程 是蒸发过程的逆过程。工业过程也常采用 加水溶解来分离两种盐的过程。 加盐和盐析过程 向一个体系中加入某种盐，以改变体系的 组成，使体系改变后落在我们所需要的盐 的结晶区内，从而分离出这种盐的固体， 称为盐析。
40 合成氨工业
L'2溶液量 冰量
M 2S2' M 2 L'2
24 行于横轴的直线运动。
如由不饱和溶液N0，在５５℃等温蒸发至N５ 降温，根据杠杆规则可分别计算蒸发的水量
和析出的NH4Cl的量：
蒸发水量 N0量
N0N5 HN5
NH 4Cl固相量 N5量
N4N5 N4N6
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
Na2CO3 + H2O = Na2CO3·H2O， Na2CO3 + 7H2O = Na2CO3·7H2O， Na2CO3 + 10H2O = Na2CO3·10H2O，
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：