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(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(dá)到t時(shí)，此時(shí)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?jǐn)?shù)大于原液中的摩爾分?jǐn)?shù)，液相中的摩爾分?jǐn)?shù)則小于原液中的摩爾分?jǐn)?shù)。將氣相和液相分開(kāi)，并且使氣相冷卻到t，此時(shí)平衡共存的氣相組成為a’，顯然a’大于b’。重復(fù)進(jìn)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(shí)平衡共存的液相組成為c，顯然，c小于b，重復(fù)進(jìn)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(shí)際精餾過(guò)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(diǎn)的氣態(tài)物質(zhì)，塔底得打高沸點(diǎn)的液態(tài)物質(zhì)。最終達(dá)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(shí)，在一定壓力和溫度下會(huì)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(huì)溶溫度的類(lèi)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(xiàn)上升，兩層的組成逐漸接近，最后匯集到S點(diǎn)。在S點(diǎn)以上的溫度，水和苯胺以任意比例混合。S點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為會(huì)溶溫度⑤。會(huì)溶溫度的高低反應(yīng)了一對(duì)液相間相互溶解能力的強(qiáng)弱。會(huì)溶溫度越低，兩液體間的互溶性越好⑧。因此可以利用會(huì)溶溫度來(lái)選擇優(yōu)良的萃取劑。部分互溶的一個(gè)極端情況就是兩個(gè)純組分完全不互溶，這時(shí)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(shí)一樣。兩種液體完全不互溶，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是沒(méi)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(jì)時(shí)，則可近似認(rèn)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(lèi)型⑨。當(dāng)兩種不互溶的液體A和B共存時(shí)各組分的蒸氣壓與單獨(dú)存在時(shí)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(duì)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(diǎn)恒低于任一純組分的沸點(diǎn)。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(shuō)，當(dāng)水蒸氣通入氯苯，加熱到364K時(shí)就開(kāi)始沸騰，此時(shí)，氯苯和水同時(shí)餾出。含完全不互溶的二液相系統(tǒng)的沸點(diǎn)既低于氯苯的沸點(diǎn)，也低于水的沸點(diǎn)。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(kāi)。工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中常利用完全不互溶體系的上述性質(zhì)對(duì)某些有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行蒸餾提純。由于有些有機(jī)物質(zhì)在一般溫度下的蒸氣壓很小，在常壓下蒸餾時(shí)必須達(dá)到較高的溫度才能沸騰。這就使得熱穩(wěn)定性較差的有機(jī)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(jìn)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(jī)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(shí)，水和有機(jī)物同時(shí)蒸出，由于二者不互溶，經(jīng)過(guò)冷凝靜置后分離出有機(jī)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(lèi)成分的沸點(diǎn)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(shí)，其蒸氣壓和水的蒸氣壓總和為一個(gè)大氣壓時(shí)，液體就開(kāi)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(diǎn)溶劑將成分提取出來(lái)。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(yùn)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(jī)物構(gòu)成的體系。對(duì)于這類(lèi)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(méi)有氣相的體系，通常稱(chēng)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(cè)定一系列固液兩相平衡共存的溫度以及對(duì)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(xiàn)圖。水鹽體系的相圖又叫溶解度圖。將鹽溶于水時(shí)，會(huì)使水的凝固點(diǎn)降低，即在溫度降到0度以下的某個(gè)溫度時(shí)，才能析出固體冰來(lái)。當(dāng)鹽在水中的溶解度比較大時(shí)，則在溶液冷卻的過(guò)程中析出的固體不是冰而是鹽，這是的溶液稱(chēng)為鹽的飽和溶液，鹽在100克水中溶解的質(zhì)量稱(chēng)為溶解度。如右圖是水硫酸銨溫度組成圖，圖中M點(diǎn)是純水的凝固點(diǎn)，ME線(xiàn)是冰和溶液的兩相平衡線(xiàn)，也稱(chēng)為水的冰點(diǎn)下降曲線(xiàn)。當(dāng)原溶液組成在E的左邊時(shí)，冷卻時(shí)首先析出的是冰。EN線(xiàn)硫酸銨的溶解度曲線(xiàn)，將組成在E點(diǎn)右邊的溶液冷卻時(shí)首先析出的是硫酸銨固體。從ME線(xiàn)與EN線(xiàn)的斜率可以看出，水的冰點(diǎn)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(diǎn)是ME和EN的交點(diǎn)，在該點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)稱(chēng)為“最低共熔點(diǎn)”，在該點(diǎn)析出的固體稱(chēng)為“最低共熔混合物⑩”。低共熔點(diǎn)，即相圖上的一點(diǎn)。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(shuō)，低共熔點(diǎn)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(jiǎn)單低共熔混合物相圖的熱分析方法熱分析法測(cè)定物質(zhì)的組成及性能是物理化學(xué)試驗(yàn)的一個(gè)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(shí)，如果系統(tǒng)不發(fā)生相的變化，則溫度將隨著時(shí)間而均勻的或線(xiàn)性的慢慢改變，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有相的變化時(shí)，由于相變是伴隨著吸熱或放熱現(xiàn)象，所以，溫度時(shí)間圖上就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)或水平線(xiàn)段（
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