06 相平衡-1(2学时2010材料化学专业).ppt

* * * * * * * * * * * * * * 水的相图 两相平衡线上的相变过程 在两相平衡线上的任何一点都可能有三种情况。如OA线上的P点： （1）处于f点的纯水，保持温度不变，逐步减小压力，在无限接近于P点之前，气相尚未形成，体系自由度为2。用升压或降温的办法保持液相不变。 水的相图 （2）到达P点时，气相出现，在气-液两相平衡时， f =1 压力与温度只有一个可变。 （3）继续降压，离开P点时，最后液滴消失，成单一气相， f = 2 水的相图 O点 是三相点 H2O的三相点温度 气-液-固三相共存 P= 3, f =0 三相点的温度和压力皆由系统自定 273.16 K H2O的三相点压力 610.62 Pa 水的相图 水 冰 水蒸气 610.62 相图中点的分析？ 水的相图 冰点是在大气压力下，水、冰、气三相共存 三相点与冰点的区别 当大气压力为 冰点温度为 改变外压，冰点也随之改变。 水的相图 水 冰 水蒸气 610.62 水的相图 冰点温度比三相点温度低 (1)因外压增加 使凝固点下降 这是由两种因素造成的 使凝固点下降 (2)因水中溶有空气 水的相图 水 冰 水蒸气 610.62 火力发电厂的能量利用 高煤耗、高污染（S、N氧化物、粉尘和热污染） 锅炉 汽轮机 发电机 冷却塔 火力发电厂的能量利用 普通加压蒸汽的作功能力很差 要用亚临界、超临界甚至超超临界的蒸汽 改进锅炉性能，增加脱硫、脱氮和除尘的设备 水的相图 水 冰 水蒸气 610.62 超临界流体 二氧化碳的相图 CO2的相图 CO2(l) CO2 (s) CO2(g) 518 如何分析二氧化碳相图？ ？？个单相区 ？？条两相平衡线 ？？个面区域 与水相图的区别？ 二氧化碳的相图 三个单相区 三条两相平衡线 OA 是气-液两相平衡线，终止于临界点 A OB 是气-固两相平衡线 OC 是液-固两相平衡线 CO2的相图 CO2(l) CO2 (s) CO2(g) 518 二氧化碳的相图 O点 是三相点 CO2的三相点温度 三相点的温度和压力皆由系统自定 216.7 K CO2 的三相点压力 518 kPa 由于CO2 的三相点温度低于常温,而压力远高于大气压力,所以平时看不到其液态,只看到其固态和气态,故称之为干冰。 CO2的相图 CO2(l) CO2 (s) CO2(g) 518 二氧化碳的相图 A点是临界点 在临界点之上的物态称为超临界流体 它既不是液体,但具有液体的密度,有很强的溶解力 它也不是气体,但具有气体的扩散速度,黏度小 所以超临界二氧化碳流体可用于萃取。 CO2的相图 CO2(l) CO2 (s) CO2(g) 518 二氧化碳的相图 优点： 二氧化碳超临界流体的萃取 1. 流体密度大，溶解能力强 2. 流体黏度小，扩散快，可进入各种微孔 3. 毒性低，易分离 4. 无残留，不改变萃取物的香味和口味 5. 操作条件温和，可重复使用，无三废。 6. 可用于食品、保健品和药品的萃取和提纯 CO2的相图 CO2(l) CO2 (s) CO2(g) 518 二氧化碳的相图 二氧化碳超临界流体的主要用途 1. 从植物及其种子中萃取油脂等有用成分，产量比压榨法高出5%以上，比用有机溶剂萃取的分离简便，不影响所得油脂的口味，无有机溶剂残留。 2. 从海洋鱼类的鱼油和海豹油中提取20个碳的五烯酸（EPA）和22个碳的六烯酸（DHA），用于治疗心血管病。 3. 代替喷漆和涂料中的有机溶剂，使喷雾均匀，干燥快，且阻燃，减少原来有机溶剂用量的80%。 二氧化碳的相图 二氧化碳超临界流体的主要用途 4. 代替发泡剂做泡沫塑料，减少二氟二氯甲烷和二氟一氯甲烷等氟氯烃的排放，保护臭氧层。 5. 代替清洗剂用于精密仪器和衣服的干洗，减少合成洗涤剂的用量，减少作为干洗剂的全氯乙烯的使用和排放。 6. 超临界二氧化碳流体是惰性的，用于作为反应介质，可提高反应速率，延长催化剂寿命等。 思考：碳的相图？ 石墨如何才能变为金刚石? C 在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平衡时，在两相中Gibbs自由能相等 单组分系统的两相平衡— Clapeyron方程 若温度改变dT，则压力改变dp，达新的平衡时 根据热力学基本公式，有 单组分系统的两相平衡——Clapeyron方程 这就是Clapeyron方程，可应用于任何纯物质的两相平衡系统揭示了蒸气压随温度的变化率与相变焓和相变体积的关系 设有1 mol物质，则气-液、固-液和气-固平衡