2-3 NH3-CO2-H2O三元体系相图

② 区域GBAH是P盐饱和面。
③ ABCDJ是R盐饱和面。 ④ FCBG是(NH4)2CO3•H2O
饱和面。
⑤ 曲线FCD以右的区域是 NH4COONH2饱和面。
三、碳酸氢铵生产过程中碳化过程分析
图2-25上的I点代表 NH4HCO3的组成点（21.5%
的NH3，55.7%的CO2，
22.8%的H2O）。图中LHAJK 区代表20～50℃温度间隔内 的NH4HCO3结晶区。在用 CO2碳化氨水时，当体系点进 到NH4HCO3结晶区时，就出 现NH4HCO3结晶。
分为两个液相层，一层的组成
为a1，另一层的组成为a2，其 数量关系可由杠杆规则计算出
来。
组成点al是液体NH4COONH2中溶解少量的NH3， 而a2为液氨中溶解少量的NH4COONH2，两层都与固 相NH4COONH2保持平衡。 图中的E点是A、C两 种盐共饱和点。面积AcE是 A和C两种盐共同结晶区。
的熔点较高(约152℃)。曲线 ab是它的溶解度曲线（或叫
熔点曲线）。扇形面积Aba
是NH4COONH2结晶区。 NH4COONH2的结晶区随温 度的下降而扩大，如温度为 120℃时，它的溶解度曲线变 成了虚线a1b1。
如果把温度降到120℃以下，除NH4COONH2结晶区外， 液相发生分层现象，又出现NH4HCO3溶解度曲线。 图2-27为100℃的恒温图。 图中的cE线NH4HCO3溶解度曲 线，扇形面积CcE是其结晶区。 NH4COONH2的结晶区有明显 的扩大。直线ala2是分层结线。 在这条线上的任何组成点，都
当温度进一步降低到了
70℃时，除NH4COONH2 和NH4 HC03结晶外，又出
现P：2 NH4 HCO3•(NH4)2
CO3结晶，液相仍分层。
图2-28所示为70℃的恒温相 图。图中的P点是2NH4HCO3 •(NH4)2CO3（又名倍半碳酸铵） 的组成点（26.8%的NH3，52% 的CO2）。曲线EE1是P盐的溶解 度曲线，面积PEE1是其结晶区。 分层连接线为a'1 a'2。a'1的组成 是63%的NH3，26%的CO2；a'2 的组成是88%的NH3，2%的CO2， NH4COONH2的结晶区比100℃的 又扩大了。
第四节
NH3-CO2-H2O三元体系相图
图2-22中的纵坐标代 表CO2的质量分数，横坐
标代表NH3的质量分数，
坐标原点代表纯水。纵轴 100处代表纯CO2，横轴 100处代表纯NH3。图中每 种化合物（或混合物）的 总碳量均以CO2来表示， 总氮量均以NH3表示。
在CO2 -NH3连线以下的 区域中的化合物（或混合物） 由CO2、NH3和H2O构成，把 这类化合物称为亲水化合物。 在CO2-NH3连线以上的区域的 化合物（或混合物），则是 NH。和CO2及负水（脱水） 构成的，把它称为憎水化合物。 在CO2-NH3连线上的化合物 （或混合物）则是只由NH3和 CO2构成的。 由此可知，凡在CO2-NH3 连线以上区域的组成点，其 CO2和NH3的质量分数之和均 超过100%。
区中的化合物就代表在该区内与液相
呈平衡的盐。右边有一分层区，在该 区内，任何等温线上的一个组成点， 都分为两个界线分明的液体层，它们 的组成分别为该等温线与分层区域界 线的两个交点所代表。
一、CO2 -NH3 -H2O体系（Ⅰ）恒温相图
图2-23为20℃时CO2-NH3 H2O体系的恒温相图。图中有四条 溶解度曲线：E'E1是NH4HCO3(组成 点为C)的溶解度曲线，E1E2是复盐 2NH4HCO3•(NH4)2CO3•H2O（组成 点为P）的溶解度曲线，E2 E3是一 水碳酸盐(NH4)2CO3•H2O(组成点为 S)的溶解度曲线，E3 F'是氨基甲酸 铵（组成点为A）的溶解度曲线。因 为E'E1和E3 F'两条曲线未能在图上 完全表示出来，因此E'和F'分别
如果用组成为a的氨水
进行碳化，则系统点将沿着
CO2 - a 连线移动。先生成 (NH4)2CO3•H2O结晶，后又 转变为2NH4HCO3•(NH4)2 CO3•H2O结晶，继续碳化则
变为NH4HCO3结晶。
二、CO2-NH3-H2O 体系（Ⅰ）多温相图
如表2-1所示为CO2-NH3-H2O体系的溶解度数据。如果 把各种温度下的溶解度数据都叠加在一张相图上，就可以得
图中标有温度的组线是等温ห้องสมุดไป่ตู้解度曲 线，它代表一种盐与液相平衡。该线
经过转折后表示与液相呈平衡的是另
外一种盐。转折点代表同一温度下两 条溶解曲线的交点，因此在该点与液 相呈平衡的是两种盐。图中的粗线就 是这类转折点的连线，也就是多温图 上的两种盐共饱和线。将各条粗线描 绘出来就将图2-22分成各个区域。各
相交于M点，M点即代表此时的
液相组成。 如果开始时氨水含量高于
20%，则为了避免夹带其他杂质，
只好提高碳化度或温度，但提高 碳化度会使出塔气体中CO2含量
增高，而提高温度则又要增加氨
的损失。
四、CO2-NH3-H2O 体系(Ⅱ)相图
重点讨论与氨基甲酸铵结晶 有关联的区域，因为这是与尿素 生产过程有密切关系的区域。 1．CO2-NH3-H2O体系(Ⅱ)恒
温相图
图2-26是用直角等腰三角形 表示的140℃的恒温相图。
图中的A代表NH4COONH2
的组成点，C代表NH4HCO3
（55. 7%的CO2，21.5%的NH3） 的组成点。OC是NH4HCO3和 H2O的连线。直线左方无实验数 据，直线AC的上方也不去进行
研究。
在140℃只有氨基甲酸铵
一种固相可能存在，因为它
到多温相图。
图2-24是根捃表2-1数据绘出的CO2-NH3 -H2O体系的多 温相图。它是为了讨论NH4HCO3生产过程而突出NH4 HCO3
结晶区的相图。
图中的细线是溶解度曲线，也叫等温线。粗线是连接同 类两种盐在不同温度下的共饱点而得到的连线，称为共饱线。 图中共绘出七条两种盐共饱线。
线HA：C、P两种盐共饱和； AB：P、R两种盐共饱和(R
响。
2．C02-NH3-H20 体系(Ⅱ)多温相图
——END Thank you
的共结晶区。 四条线以下的区域
为不饱和区。
如图2-30所示为0℃时该
体系的相图。固相只有NH4 HCO3、(NH4)2CO3•H2O和
NH4COONH2三种盐结晶。
上面介绍了五个温度的 恒温相图。如果将此各温度
的溶解度数据绘在一个图上，
就可得到如图2-31所示的多 温相图的梯形部分。由此可
清楚地看出温度对相变的影
2．与三个两盐共饱点相对 应的有三个两盐共同结晶区 三角形E1PC是P、C两盐共 晶区，三角形E2SP是S、P两 盐共晶区，三角形E3AS是A、S 两盐共晶区。 饱和曲线E'E1E2E3F'以下是 不饱和区。 由图2-23可知，四种盐均为 不相称盐，因为A、C、P、S各 点分别与O点的连线都不与本身 溶解度曲线相交。
盐组成为NH4HCO3•NH4COONH2)； AJ：C、R两种盐共饱和； GB：P、S两种盐共饱和； BC：S、R两种盐共饱和； CD：R、A两种盐共饱和； CF：S、A两种盐共饱和。
以上七条线分割出各种相区：
① 区域LHAJN是NH4HCO3
的饱和面，图中N不是一个固定 位置，因为这部分数据不完整。
结晶区，面积sE1E2为(NH4)2
C03•H2O结晶区，面积PEE1为 倍半碳酸铵结晶区，面积CcE为
NH4HCO3结晶区。
三角形ASE2为NH4
COONH2和
(NH4)2CO3•H2O二盐的 共结晶区，三角形SPE1
力(NH4)2CO3•H2O和倍
半碳酸铵二盐的共结晶 区，三角形PCE为倍半
碳酸铵和NH4HCO3二盐
为两条曲线上的一个点。
1．与四条溶解度曲线对应的 四个两相区 面积CE'E1代表NH4HCO3结 晶区，面积PE1E2代表P盐结晶区， 面积SE2E3代表(NH4)2CO3•H2O 盐结晶区，面积AE3F'A代表 NH4COONH2结晶区。 E1、E2和E3是三个两盐共饱 点：E1是C、P两盐共饱点，E2是 P、S两盐共饱点，E3是S、A两 盐共饱点。
图2-29为CO2 -NH3 -H2O体系30℃的恒温相图。图上有四条
溶解度曲线，cE是NH4HCO3的溶解度曲线，EE1是2NH4HCO3•
(NH4)2CO3溶解度曲线；E1E2 是(NH4)2CO3•H2O的溶解度曲
线，E2a是NH4COONH2的溶解
度曲线。 面积AE2a为NH4COONH2
为使得到的NH4HCO3 产品的纯度较高，不希望体 系在碳化过程中在达到
NH4HCO3结晶区之前，先
经过其他盐的结晶区，因为 那样就有可能夹带其他盐结
晶出来。为此，使碳化操作
线从邻近NH4HCO3相区的 别种盐的结晶区的边缘通过。
由图可见，20%为最合适的
原始氨水浓度了（在图上以 Q点表示之）。
当用100%的CO2（图中以R 点表示之）碳化时，新体系点应 位于QR连线上，当体系达到P点 并使溶液维持在20℃时，则连 接IP并延长至与20℃溶解度曲线