二組分系統(tǒng)相圖的分析和應(yīng)用畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-20 23:24 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 能將二組分作有效的分離，而精餾卻可以，如右圖將組成為X的混合物，在恒壓下加熱，溫度達到t時，此時系統(tǒng)平衡共存的兩相是：液相，組成為b，氣相組成為b’。顯然b’大于X大于b，即氣相中這種物質(zhì)的摩爾分數(shù)大于原液中的摩爾分數(shù)，液相中的摩爾分數(shù)則小于原液中的摩爾分數(shù)。將氣相和液相分開，并且使氣相冷卻到t，此時平衡共存的氣相組成為a’，顯然a’大于b’。重復(fù)進行氣液分離和氣相的冷凝，最后的到的氣相組成可接近B。另一方面，將組成為b的液相加熱至溫度t’’，此時平衡共存的液相組成為c，顯然，c小于b，重復(fù)進行氣液相分離和液相的部分揮發(fā)，最后的液相組成可接近純A，實際精餾過程是在精餾塔或精餾柱中完成的。最終的結(jié)果是塔頂?shù)玫降头悬c的氣態(tài)物質(zhì)，塔底得打高沸點的液態(tài)物質(zhì)。最終達到完全分離二組分的目的。當(dāng)兩種液體性質(zhì)上有較大的差別時，在一定壓力和溫度下會發(fā)生部分互溶現(xiàn)象。即一種液體在另一種液體中有一定溶解度。如右圖是具有最高會溶溫度的類型。例水苯胺的溶解度圖。在低溫下二者部分互溶，分為兩層，左半支是水中飽和了苯胺，右半支是苯胺中飽和了水，如果溫度升高，則苯胺在水中的溶解度，水在苯胺中的溶解度都沿著MSN線上升，兩層的組成逐漸接近，最后匯集到S點。在S點以上的溫度，水和苯胺以任意比例混合。S點對應(yīng)的溫度稱為會溶溫度⑤。會溶溫度的高低反應(yīng)了一對液相間相互溶解能力的強弱。會溶溫度越低，兩液體間的互溶性越好⑧。因此可以利用會溶溫度來選擇優(yōu)良的萃取劑。部分互溶的一個極端情況就是兩個純組分完全不互溶，這時將一液體加到另一液體中去，每一液體的行為與其他液體不存在時一樣。兩種液體完全不互溶，嚴格說來是沒有的。但是當(dāng)兩種液體彼此間互溶程度很小，以致可以忽略不計時，則可近似認為是完全不互溶雙液系。例如汞水、氯苯水等體系屬于這種類型⑨。當(dāng)兩種不互溶的液體A和B共存時各組分的蒸氣壓與單獨存在時一樣。所以含兩種液體系統(tǒng)的液面上的總壓力等于兩純組分蒸氣壓之和，即P=PA* +PB*。在這種系統(tǒng)中，只要兩種液體共存，不管其相對數(shù)量如何，系統(tǒng)的總蒸氣壓恒高于任一純組分的蒸氣壓，而沸點恒低于任一純組分的沸點。例如水和氯苯不互溶，在Pθ的壓力下，。其PX圖如右圖②，也就是說，當(dāng)水蒸氣通入氯苯，加熱到364K時就開始沸騰，此時，氯苯和水同時餾出。含完全不互溶的二液相系統(tǒng)的沸點既低于氯苯的沸點，也低于水的沸點。由于水和氯苯兩者互不相溶，所以很容易從餾分中將它們分開。工業(yè)上和實驗室中常利用完全不互溶體系的上述性質(zhì)對某些有機物質(zhì)進行蒸餾提純。由于有些有機物質(zhì)在一般溫度下的蒸氣壓很小，在常壓下蒸餾時必須達到較高的溫度才能沸騰。這就使得熱穩(wěn)定性較差的有機物質(zhì)在沸騰前發(fā)生分解，因此不能采用常壓下蒸餾的方法進行提純。必須采取降低蒸餾溫度的方法。如減壓蒸餾，和水蒸氣蒸餾。水蒸氣蒸餾法是指將水蒸氣以氣泡的形式通入加熱到不足373K的有機物液體中，形成完全不互溶的二組分體系，借助水蒸氣的幫助，該體系將在低于373K的溫度下沸騰。此時，水和有機物同時蒸出，由于二者不互溶，經(jīng)過冷凝靜置后分離出有機層。水蒸氣蒸餾法只適用于具有揮發(fā)性的，能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞，與水不發(fā)生反應(yīng)，且難溶或不溶于水的成分的提取。此類成分的沸點多在100℃以上，與水不相混溶或僅微溶，并在100℃左右有一定的蒸氣壓。當(dāng)與水在一起加熱時，其蒸氣壓和水的蒸氣壓總和為一個大氣壓時，液體就開始沸騰，水蒸氣將揮發(fā)性物質(zhì)一并帶出。例如中草藥中的揮發(fā)油，某些小分子生物堿一麻黃堿、蕭堿、檳榔堿，以及某些小分子的酚性物質(zhì)。牡丹酚（paeonol）等，都可應(yīng)用本法提取。有些揮發(fā)性成分在水中的溶解度稍大些，常將蒸餾液重新蒸餾，在最先蒸餾出的部分，分出揮發(fā)油層，或在蒸餾液水層經(jīng)鹽析法并用低沸點溶劑將成分提取出來。例如玫瑰油、原白頭翁素（protoanemonin）等的制備多采用此法。水蒸氣蒸餾法需要將原料加熱,不適用于化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定組分的提取。2 二組分固液系統(tǒng)相圖的分析和運用二組分固液體系主要包括鹽水體系，合金體系以及兩種有機物構(gòu)成的體系。對于這類體系，蒸氣壓比較小，如果外壓固定為100kpa，蒸氣相就不存在了。這種只有固，液相而沒有氣相的體系，通常稱為凝聚體系。（1）水鹽體系的溶解度法。用溶解度法繪制水鹽體系的相圖，就是測定一系列固液兩相平衡共存的溫度以及對應(yīng)的液相濃度數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)標(biāo)在溫度組成坐標(biāo)上所得的曲線圖。水鹽體系的相圖又叫溶解度圖。將鹽溶于水時，會使水的凝固點降低，即在溫度降到0度以下的某個溫度時，才能析出固體冰來。當(dāng)鹽在水中的溶解度比較大時，則在溶液冷卻的過程中析出的固體不是冰而是鹽，這是的溶液稱為鹽的飽和溶液，鹽在100克水中溶解的質(zhì)量稱為溶解度。如右圖是水硫酸銨溫度組成圖，圖中M點是純水的凝固點，ME線是冰和溶液的兩相平衡線，也稱為水的冰點下降曲線。當(dāng)原溶液組成在E的左邊時，冷卻時首先析出的是冰。EN線硫酸銨的溶解度曲線，將組成在E點右邊的溶液冷卻時首先析出的是硫酸銨固體。從ME線與EN線的斜率可以看出，水的冰點隨硫酸銨的濃度增大而下降。硫酸銨的溶解度隨溫度的升高而增大。E點是ME和EN的交點，在該點三相平衡共存，這三相是：固態(tài)冰，固態(tài)硫酸銨以及溶液。E點的溫度代表溶液所能存在的最低溫度，也是冰和硫酸銨能夠共同熔化的溫度，所以E點稱為“最低共熔點”，在該點析出的固體稱為“最低共熔混合物⑩”。低共熔點，即相圖上的一點。它給出了在指定壓力下成低共熔平衡的物系其液相的組成和溫度的數(shù)值，這就是說，低共熔點的壓力是給定的，在給定的壓力下，液相和全部低共熔固體成平衡⒁（2）簡單低共熔混合物相圖的熱分析方法熱分析法測定物質(zhì)的組成及性能是物理化學(xué)試驗的一個重要教學(xué)內(nèi)容，其原理是：當(dāng)將系統(tǒng)緩慢而均勻的冷卻或加熱時，如果系統(tǒng)不發(fā)生相的變化，則溫度將隨著時間而均勻的或線性的慢慢改變，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有相的變化時，由于相變是伴隨著吸熱或放熱現(xiàn)象，所以，溫度時間圖上就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點或水平線段（
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