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單組分體系
鎖定
單組分體系onecomponent system,體系僅有單一組分。將相律應用於單組分體系,這時相律的一般表達式為:ƒ=1-Φ+2=3-Φ。由上式可見ƒ=0時Φ=3,單組分體系最多隻能有三個相平衡共存;當Φ=1時,ƒ=2;最多有兩個獨立變量,即温度和壓力;所以單組分體系可以用P-T平面圖來全面描述體系的相平衡關係。
- 中文名
- 單組分體系
- 外文名
- onecomponent system
- 特 點
- 體系僅有單一組分
- 注 意
- 温度和壓力都不能任意改變
目錄
- 1 相律
- 2 水的相圖
- 3 兩相平衡線上的相變過程
- 4 三相點與冰點的區別
- 5 二氧化碳超臨界萃取技術
單組分體系相律
將相律應用於單組分體系,這時相律的一般表達式為:ƒ=1-Φ+2=3-Φ。由上式可見ƒ=0時Φ=3,單組分體系最多隻能有三個相平衡共存;當Φ=1時,ƒ=2;最多有兩個獨立變量,即温度和壓力;所以單組分體系可以用P-T平面圖來全面描述體系的相平衡關係。
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單組分體系水的相圖
現選用常見的水為例結合相律來討論水的狀態圖。水在一般温度和壓力下有三種聚集狀態:水蒸氣(氣態)、水(液態)、冰(固態)。圖1是根據實驗數據繪製的水的相圖(示意圖)。
AB是氣-液兩相平衡線,即水的蒸氣壓曲線。它不能任意延長,終止於臨界點B。臨界點p=2.2X107Pa,T=647K,這時氣-液界面消失。高於臨界温度,為超臨界流體,不能用加壓的方法使氣體液化。
AD是氣-固兩相平衡線,即冰的昇華曲線,理論上可延長至0K附近。
AE是液-固兩相平衡線,斜率為負,要使冰降低熔點,必須增加壓力。
當AE延長至壓力大於p=2.0265 X108Pa時,相圖變得複雜,有6種不同結構的冰生成。
AC是BA的延長線,是過冷水和水蒸氣的介穩平衡線。因為在相同温度下,過冷水的蒸氣壓大於冰的蒸氣壓,所以AC線在AD線之上,化學勢大,過冷水處於不穩定狀態,一旦有凝聚中心出現(加少許冰),就立即全部變成冰。
A點是三相點(triple point),氣-液-固三相共存,Φ=3,f=0。三相點的温度和壓力皆由系統自定。氣-液-固化學勢相等。
單組分體系兩相平衡線上的相變過程
在兩相平衡線上的任何一點都可能有三種情況。
如AB線上的P點:
(1)處於P點的純水,保持温度不變,逐步減小壓力,在無限接近於P點之前,氣相尚未形成,系統自由度為2。用升壓或降温的辦法保持液相不變。
(2)到達P點時,氣相出現,在氣-液兩相平衡時,f=1。壓力與温度只有一個可變。
單組分體系三相點與冰點的區別
三相點是物質自身的特性,不能加以改變,如H2O的三相點T=273.16K,p=610.62Pa。
冰點是在大氣壓力下,水、冰、氣三相共存。當大氣壓力為100kPa時,冰點温度為273.15K,改變外壓,冰點也隨之改變。
冰點温度比三相點温度低0.01k是由兩種因素造成的:
(1)因外壓增加,使凝固點下降0.00748k;
單組分體系二氧化碳超臨界萃取技術
優點與弊端:
1 利用超臨界CO2萃取技術提取中草藥有效成分,沒有殘留的有機溶劑,故產品為純天然的,可節能大量溶劑。 2.可以在低温下提取,特別適合於那些含有對濕熱不穩定易氧化物質的中草藥的萃取。
3.超臨界CO2萃取速度快,可以縮短生產週期。
4.超臨界CO2萃取,可提高收率,降低成本。
侷限性:
1.對於極性大,分子量超過500的物質的萃取,需加夾帶劑或在很高的壓力下進行,這就需選擇合適的夾帶劑或增加高壓設備。