Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

VIII.13). Эту политерму можно представить также с помощью пространственной модели, изготовленной, например, из жест­ кой проволоки. Однако чаще всего изотермы, изображенные на рис. VIII.13, проектируют на основание призмы. Очевидно, полученная таким образом совмещенная диаграмма должна

В

Рис. VIII.13. Изотермические сечения на политерме системы

А—В—С

содержать большое число линий, в которых нелегко разоб­ раться. Используя для всех линий одной изотермы один и тот же цвет, их можно было ібы пометить, однако при большом числе изотерм это не решает проблемы. Поэтому поступают следующим образом: совмещенную диаграмму строят лишь для поверхности ликвидус, а конноды и поверхность солидус совсем не изображают, поскольку в химической технологии поверхности ликвидус имеют наибольшее значение. В резуль­ тате получаем диаграмму, изображенную на рис. VIII.14. На диаграмму перенесены изотермические сечения поверхности

186

на линиях квазибинарных эвтектик показывают направление уклона при падении температуры.

Если в бинарных и в тройной эвтектиках при соответст­ вующей температуре достигается нонвариантное равновесие, то в квазибинарных эвтектиках при соответствующей темпе­ ратуре осуществляется лишь моновариантное равновесие.

пературу начала кристаллизации, на диаграмме строим изо­ термическое сечение, проходящее через точку М, и путем со­ поставления с соседними изотермами определяем равновес­ ную твердую фазу и температуру, которой отвечает построенное сечение. Как видим из рис. VIII.14 и VIII.12, а, при температуре Т\ через точку M проходит линия ликвидус фазы А. Если фаза А является чистым веществом А, то стро­ им конноду AM. Поскольку при охлаждении расплава ниже температуры Т\ количество кристаллов А возрастает, расплав обедняется компонентом А и его фигуративная точка сместит­ ся вдоль луча АММ\. Поэтому луч АММ\ называют лучом кристаллизации вещества А. Кристаллизация компонента А

ется кристаллизация вещества В. Поскольку при этом осуще­ ствляется моновариантное равновесие, то жидкая фаза (рас­ плав) может иметь лишь состав квазибинарной эвтектики.

расплава до температуры Т5 начинает также кристаллизо­ ваться компонент С и тройной эвтектический расплав, изоб­ ражаемый точкой Е, полностью затвердевает при изотерми­ ческом отводе теплоты.

187

Было бы неправильным считать, что поле кристаллизации каждой фазы всегда содержит фигуративную точку кристал­ лизующейся фазы. Это важно учитывать при кристаллизации

кщ

JJ9

Рис. VIII.15. Диаграмма плавкости системы

A g N 0 3 — K N O 3 — T I N O 3

двойных и тройных соединений. С помощью фазовых диа­ грамм, аналогичных представленным на рис. VIII.14, можно определить характер плавления твердых фаз в системе: если фигуративная точка твердой фазы лежит вне поля кристал­ лизации этой фазы, то фаза плавится инконгруэнтно; если же фигуративная точка твердой фазы лежит внутри поля кристаллизации этой фазы или на границе поля кристаллиза­ ции, то фаза плавится конгруэнтно. В качестве примера сис­

188

плавящейся фазы требуется либо осуществлять синтез без расплавления, либо отделять на определенной стадии расплав

сиями эвтектического типа, когда границами полей кристал­

системах возможны .и линии квазибинарных перитектик, на­

ных перитектик.' Линии квазибинарных перитектик и эвтектик могут пересекаться и даже переходить одна в другую. Линии перитектик, как и линии эвтектик, служат границами полей кристаллизации.

Из числа трехкомпонентных невзаимных систем особое по­ ложение в химической технологии занимают водно-солевые системы, т. е. системы, один из компонентов которых есть вода (обозначают Я ) , а два других соли АХ и ВХ. При этом дополнительно вводятся следующие термины: вместо двой­ ных соединений в безводных системах в водно-солевых сис­ темах различают безводные двойные соли, т. е. соединения

солей. Линии ликвидус на изотермах водно-солевых систем называют линиями насыщения соответствующих солей, а ква­ зибинарные эвтектики и перитектики на изотермах тройных водно-солевых систем называют эвтониками, эвтоническими точками, эвтоническими растворами или бинарными .эвтони­ ческими растворами.

Ввиду практической важности изотермических процессов растворения и кристаллизации солей ів водно-солевых систе­ мах и особого положения воды как компонента указанных систем твердые фазы водно-солевых систем подразделяют на конгруэнтно растворимые и инконгруэнтно растворимые. Если при растворении соли в бесконечно малом количестве воды не происходит образования новой твердой фазы, то соль счи­

Эвтонические растворы также подразделяют на конгруэнт­ ные и инконгруэнтные согласно особенностям их изотермиче-

189

ского испарения. Если при изотермическом испарении из эвтонического раствора бесконечно малого количества воды в условиях равновесия кристаллизуются две твердые фазы, то эвтоника является конгруэнтной, а если одна, то инконгруэнтной. Можно убедиться, что конгруэнтная бинарная эвтоника

в

отвечает квазибинарной эвтектике, а инконгруэнтная — ква­ зибинарной перитектике. Как видим, бинарные эвтоники есть растворы, насыщенные двумя солями. Растворы, насыщенные тремя солями, называют тройными эвтониками и т. д.

Особенности растворения чистых фаз в воде или испаре­ ния воды из эвтоник можно выяснить, используя фазовые диаграммы при рассмотрении процессов изотермического рав­ новесного растворения солей и выпарки растворов.

На рис. V I I I . 16 изображена изотерма системы KCl—NaCl—Н2 0, в которой не образуется ни кристаллогид­ ратов, ни двойных солей. Однофазными областями на диа­ грамме являются точки А (вырожденная область KCl), В (вырожденная область NaCl), H (вырожденная область во­ дяного пара) и замкнутая область НМЕКН — область жид­ ких растворов. Точки вдоль линии КЕ изображают растворы, насыщенные хлористым натрием, а вдоль линии ME раство­ ры, насыщенные хлористым калием, точка Е — эвтонический

190

калия. Кроме .перечисленных, на приведенной диаграмме есть одна вырожденная область двухфазных равновесий — отре­ зок AB, изображающий смеси KCl с NaCl.

Линия а0ауа2аъаАаъН соответствует последовательным со­ стояниям системы при добавлении Н2О к смеси an и представ­ ляет собой луч растворения комплекса а0 в воде. Первона­ чально комплекс а0 представляет собой смесь кристаллов NaCl и KCl (калийная руда, сильвинит). Следовательно, рас­ сматривается ход растворения сильвинита ів воде. После до­ бавления небольшого количества воды получим комплекс а,\ внутри коннодного треугольника BEA, а это означает, что комплекс а\ состоит из NaCl, KCl и раствора эвтонического состава Е. Относительные содержания фаз комплекса а\ опре­ деляем следующим образом: построив коннодный треуголь­

с целью выщелачивания хлористого калия, то по достижении точки а2 процесс следует прекратить, так как к этому времени весь KCl извлечен из руды в раствор.

При дальнейшем добавлении воды состав системы переме­ стится из а2 в точку а3, через которую проходит коннода двухфазного равновесия, или луч кристаллизации NaCl — отрезок Ва^С\. Относительные количества кристаллов NaCl

191