《化工原理教學(xué)課件》非均相混合物

非均相混合物非均相混合物是指兩種或多種物質(zhì)混合在一起，但各物質(zhì)保持其自身的性質(zhì)，并能用肉眼或顯微鏡區(qū)分開來(lái)。例如，沙子與水混合后，沙子依然是沙子，水依然是水，兩者之間沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以很容易地將沙子與水分離。課件目標(biāo)11.理解非均相混合物概念介紹非均相混合物的定義、特點(diǎn)、分類和應(yīng)用，幫助學(xué)生建立對(duì)該概念的認(rèn)知。22.掌握非均相混合物性質(zhì)深入探討非均相混合物的界面現(xiàn)象、表面張力、接觸角等性質(zhì)，并闡述其對(duì)化工過(guò)程的影響。33.了解非均相分離技術(shù)介紹沉降、過(guò)濾、離心、膜分離、吸附、萃取等分離方法，并分析其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。44.掌握非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)探討非均相反應(yīng)的速率常數(shù)、活化能、模型等，并分析其對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作的影響。非均相混合物概述非均相混合物是指由兩種或多種物質(zhì)組成的混合物，其各組分在混合物中保持著各自的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，并以不同的相態(tài)存在。常見的非均相混合物包括氣-液混合物，液-液混合物，固-液混合物以及固-固混合物等。非均相混合物在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如，溶液的制備，固體的溶解，氣體的吸收，以及固體的分離等等。非均相混合物的特點(diǎn)成分不均勻不同組分在混合物中分布不均勻，存在明顯的界面。性質(zhì)不穩(wěn)定非均相混合物容易發(fā)生分離，如沉降、分層、乳化等，其性質(zhì)隨著時(shí)間的推移而變化。表面現(xiàn)象顯著由于不同組分之間存在界面，非均相混合物會(huì)表現(xiàn)出表面張力、毛細(xì)現(xiàn)象等表面現(xiàn)象。兩相體系1氣-液體系氣體和液體組成，例如空氣和水。2液-液體系兩種互不相溶的液體組成，例如水和油。3固-液體系固體和液體組成，例如鹽和水。多相體系1固-液-氣三相體系例如，泥漿2固-液兩相體系例如，懸濁液3液-氣兩相體系例如，乳濁液多相體系是指兩種或兩種以上物質(zhì)組成的混合物，這些物質(zhì)以不同的相態(tài)存在。例如，空氣中含有氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳等多種氣體，這是一種多相體系。在化工生產(chǎn)中，常見的還有固-液-氣三相體系、固-液兩相體系、液-氣兩相體系等。界面界面是指兩種或多種相接觸的交界面。在非均相混合物中，界面是重要的概念。界面是兩種相之間的分界線，具有獨(dú)特的性質(zhì)和行為。界面上物質(zhì)的濃度和性質(zhì)與相內(nèi)部不同，界面張力的存在導(dǎo)致界面現(xiàn)象，例如毛細(xì)現(xiàn)象和浸潤(rùn)現(xiàn)象等。這些現(xiàn)象在化工過(guò)程中的分離、反應(yīng)和傳質(zhì)等方面都具有重要影響。表面張力表面張力是指液體表面層分子間的吸引力大于液體內(nèi)部分子間的吸引力，導(dǎo)致液體表面產(chǎn)生一種向內(nèi)收縮的力。這種力使得液體表面呈現(xiàn)出一種張緊的趨勢(shì)，并試圖減小液體的表面積。毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象是指液體在細(xì)管或多孔材料中上升或下降的現(xiàn)象。液體在毛細(xì)管中的上升高度與表面張力、接觸角和毛細(xì)管半徑有關(guān)。毛細(xì)現(xiàn)象是自然界中常見的現(xiàn)象，例如植物根部吸收水分、毛巾吸水、墨水在紙張上的擴(kuò)散等等。在化工生產(chǎn)中，毛細(xì)現(xiàn)象也起著重要的作用，例如過(guò)濾、干燥、吸附等等。浸潤(rùn)現(xiàn)象液體浸潤(rùn)液體在固體表面上的鋪展程度。接觸角液體與固體表面之間的夾角。影響因素液體表面張力、固體表面能和液體與固體之間的相互作用力。接觸角接觸角是衡量液體在固體表面上的潤(rùn)濕程度的重要指標(biāo)。液體與固體界面上的三種張力之間的平衡關(guān)系決定了接觸角的大小。接觸角描述θ<90°液體傾向于潤(rùn)濕固體表面θ>90°液體傾向于不潤(rùn)濕固體表面粉晶體行為粉末堆積粉晶體是由許多細(xì)小的晶體顆粒組成，顆粒之間存在間隙，這些顆粒的堆積方式會(huì)影響其流動(dòng)性。流動(dòng)特性粉晶體的流動(dòng)性取決于顆粒的大小、形狀、表面性質(zhì)和水分含量?；旌闲阅芊劬w的混合性能受顆粒大小、形狀、密度和表面性質(zhì)的影響，在混合過(guò)程中需要克服顆粒之間的吸引力，實(shí)現(xiàn)均勻分散。沉淀過(guò)濾固體分離沉淀過(guò)濾是一種從液體中分離固體的常見方法，利用固體顆粒在過(guò)濾介質(zhì)上的截留作用達(dá)到分離目的。過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)的選擇取決于固體顆粒的大小、形狀和性質(zhì)，以及液體性質(zhì)，例如濾紙、陶瓷膜或其他多孔材料。過(guò)濾過(guò)程過(guò)濾過(guò)程通常包括加壓或減壓，加速液體通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，使固體顆粒留在過(guò)濾介質(zhì)上。應(yīng)用沉淀過(guò)濾廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)，用于分離固體產(chǎn)品、凈化液體或去除雜質(zhì)。重力沉降重力沉降是一種利用重力作用將固體顆粒從流體中分離的技術(shù)。1顆粒沉降顆粒在流體中沉降2沉降速度顆粒沉降速度與顆粒尺寸和密度有關(guān)3分離效果沉降時(shí)間和分離效率受多種因素影響4應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用廣泛，如污水處理和礦物加工沉降過(guò)程中，顆粒沉降速度取決于顆粒尺寸、密度和流體粘度。沉降時(shí)間和分離效率受多種因素影響，例如顆粒尺寸分布、流體粘度、溫度和沉降容器的設(shè)計(jì)。離心分離1高密度沉到底部2低密度留在頂部3分離效率取決于速度和旋轉(zhuǎn)半徑利用離心力將固體顆?；虿煌芏鹊囊后w分離，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、食品等行業(yè)。離心分離設(shè)備包括離心機(jī)、超速離心機(jī)等，根據(jù)用途不同，可分為固液分離、液液分離和氣液分離等。膜分離技術(shù)1膜分離技術(shù)簡(jiǎn)介膜分離技術(shù)是一種利用半透膜選擇性分離物質(zhì)的方法。膜分離技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、污染少等優(yōu)點(diǎn)。2膜分離技術(shù)的應(yīng)用膜分離技術(shù)在化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如，海水淡化、廢水處理、氣體分離等。3膜分離技術(shù)的未來(lái)發(fā)展膜分離技術(shù)的發(fā)展方向包括提高膜的性能、開發(fā)新型膜材料以及探索新的膜分離技術(shù)。吸附分離1吸附固體表面吸附目標(biāo)物質(zhì)2解吸降低濃度，解吸目標(biāo)物質(zhì)3再生再生吸附劑，重復(fù)使用吸附分離技術(shù)利用固體表面吸附目標(biāo)物質(zhì)，達(dá)到分離目的。吸附過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)從混合物中分離出來(lái)，并富集到固體表面。在分離結(jié)束后，可以通過(guò)改變溫度、壓力或溶劑濃度等條件，使吸附的物質(zhì)解吸下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。萃取分離選擇性溶解利用兩種互不相溶的液體（萃取劑和溶劑）之間的溶解度差異，將目標(biāo)物質(zhì)從原溶液中轉(zhuǎn)移到萃取劑中。萃取操作將萃取劑與原溶液混合，使目標(biāo)物質(zhì)盡可能地溶解在萃取劑中。分離提純通過(guò)分液漏斗或其他分離方法，將富含目標(biāo)物質(zhì)的萃取劑與原溶液分離。蒸汽壓差分離1原理利用不同組分蒸汽壓差異2分離高蒸汽壓組分優(yōu)先汽化3應(yīng)用分離沸點(diǎn)差異大的混合物4例子石油精餾蒸汽壓差分離是利用混合物中不同組分的蒸汽壓差異進(jìn)行分離的一種方法。該方法適用于分離沸點(diǎn)差異較大的混合物，例如石油的精餾過(guò)程。相平衡原理化學(xué)勢(shì)在特定條件下，體系中各物質(zhì)的化學(xué)勢(shì)相等，達(dá)到相平衡。吉布斯自由能當(dāng)體系的吉布斯自由能達(dá)到最小值時(shí)，體系處于平衡狀態(tài)。相律相律描述了相平衡體系中自由度與相數(shù)和組分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。應(yīng)用相平衡原理應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)、分離過(guò)程和材料合成等領(lǐng)域。相圖及其應(yīng)用相圖是用來(lái)表示物質(zhì)的相平衡關(guān)系的圖形，它可以幫助我們了解物質(zhì)在不同溫度和壓力下所處的相態(tài)。相圖可以用來(lái)預(yù)測(cè)物質(zhì)在特定條件下的相態(tài)，并可以用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化化學(xué)過(guò)程。相圖在化學(xué)工程、材料科學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。氣-液平衡氣-液平衡是指在一定溫度和壓力下，氣相和液相處于平衡狀態(tài)，即氣相中各組分的偏摩爾吉布斯自由能等于液相中各組分的偏摩爾吉布斯自由能。氣-液平衡是化工過(guò)程中的重要概念，它決定了物質(zhì)在氣相和液相之間的分配規(guī)律，對(duì)蒸餾、吸收、萃取等分離過(guò)程至關(guān)重要。1亨利定律描述了氣體在液體中的溶解度與氣體分壓的關(guān)系。2拉烏爾定律描述了理想液體混合物中各組分蒸汽壓與純組分蒸汽壓的關(guān)系。3氣液相圖用于描述氣液兩相平衡關(guān)系，可以預(yù)測(cè)不同條件下物質(zhì)的相態(tài)變化。液-液平衡液-液平衡是兩種互不相溶的液體在一定溫度和壓力下達(dá)到平衡狀態(tài)的一種現(xiàn)象，此時(shí)兩相的組成不再發(fā)生變化。溶解度是指在一定溫度和壓力下，某物質(zhì)在另一種物質(zhì)中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的濃度，溶解度曲線是描述溶解度隨溫度變化的關(guān)系曲線。固-液平衡固-液平衡是指固體溶質(zhì)在溶液中達(dá)到溶解平衡的狀態(tài)。溶解過(guò)程是固體溶質(zhì)從固相進(jìn)入液相的過(guò)程，而結(jié)晶過(guò)程是溶液中的溶質(zhì)從液相析出形成固相的過(guò)程。1溶解度是指在一定溫度下，某一溶質(zhì)在一定量的溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)的濃度。2溶解度積是指在一定溫度下，難溶鹽飽和溶液中，金屬陽(yáng)離子濃度與陰離子濃度的乘積，是一個(gè)常數(shù)。3過(guò)飽和溶液是指溶液中溶質(zhì)的濃度超過(guò)了飽和溶液的濃度，此時(shí)溶質(zhì)會(huì)析出結(jié)晶。溶解度及其應(yīng)用1溶解度定義在特定溫度和壓力下，某物質(zhì)在特定溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的濃度。2影響因素溫度、壓力、溶質(zhì)和溶劑性質(zhì)等因素會(huì)影響溶解度。3應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制藥、食品、材料科學(xué)等領(lǐng)域。4實(shí)際應(yīng)用如結(jié)晶、萃取、沉淀、重結(jié)晶等化學(xué)操作。非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表面反應(yīng)反應(yīng)物在固體表面發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)速率受表面積影響。催化劑可以加速表面反應(yīng)，提高反應(yīng)速率。擴(kuò)散控制反應(yīng)物在流體中擴(kuò)散到固體表面發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)速率受擴(kuò)散速率影響。攪拌或增加流速可以提高擴(kuò)散速率，加快反應(yīng)。非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型反應(yīng)速率理論描述非均相反應(yīng)中反應(yīng)物分子在固體表面吸附、擴(kuò)散和反應(yīng)的速率關(guān)系。表面反應(yīng)模型基于Langmuir吸附理論，分析反應(yīng)物在催化劑表面的吸附和反應(yīng)過(guò)程。擴(kuò)散控制模型考慮反應(yīng)物在流體和固體表面之間的擴(kuò)散過(guò)程對(duì)反應(yīng)速率的影響。傳質(zhì)模型研究反應(yīng)物從流體到固體表面，以及產(chǎn)物從表面到流體的傳質(zhì)過(guò)程。非均相反應(yīng)器攪拌釜式反應(yīng)器攪拌釜式反應(yīng)器是常用的非均相反應(yīng)器，適用于液-固相反應(yīng)或氣-液相反應(yīng)，如懸浮催化劑反應(yīng)器或攪拌釜式萃取器。固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器常用于氣-固相反應(yīng)，如催化劑固定在床層中，反應(yīng)物氣體流過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)。氣泡塔反應(yīng)器氣泡塔反應(yīng)器適用于氣-液相反應(yīng)，反應(yīng)物氣體通過(guò)氣泡形式分散到液體中，并在兩相界面進(jìn)行反應(yīng)。板式反應(yīng)器板式反應(yīng)器適用于液-液或氣-液相反應(yīng)，反應(yīng)物在多層薄板之間流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)和反應(yīng)。課件總結(jié)1非均相混合物非均相混合物是化工過(guò)程的重要組