共沸合金真空蒸馏的气液平衡测定及分离机理

There are often some strong polarity non-ideal alloy systems of non-ferrous metal in vacuum distillation process. Since azeotropic phenomenon, it leads to can't to separating and purifying effectively for crude metals. It directly affects the application of technological research and development in vacuum distillation which involve azeotropic systems. The thermodynamics research and the experimental data of vapor liquid equilibrium of azeotropic alloys in vacuum distillation have not yet been reported. Therefore, this project is mainly measure the vapor liquid equilibria data of Pb-Sb, Pb-Bi, Sn-Cu, Pb-Bi-Sb and Pb-Cu-Sn azeotropic systems under vacuum condition. Based on molecular thermodynamics theory, we will research the correlation between thermodynamic properties of components and the influence of azeotropic alloy separation mechanism at vapor liquid equilibrium. We will describe quantitatively the vapor liquid equilibria for these systems using thermodynamic model, reveal the relation between alloy azeotropic point and the pressure, composition, physical and chemical properties of components. This project will presents accurately the calculation of vapor-liquid phase diagram of azeotropic alloy systems. To achieve separation of binary azeotropic alloy vacuum distillation. it would need to improving vacuum furnace, adjusting the temperature and vacuum degree so as to change the azeotropic composition point. This project will clarify the influence of pressure and temperature on the azeotropic composition points. For separation of binary and multicomponent azeotropic alloys in vacuum distillation, it will provides theoretical foundation and experimental new ideas.

有色金属真空蒸馏常遇到一些强极性非理想合金体系，产生共沸现象，无法有效分离提纯，直接影响真空蒸馏技术在含共沸体系合金中的应用，相关研究工作国内外未见报道。本项目主要开展Pb-Sb、Pb-Bi、Sn-Cu、Pb-Bi-Sb及Pb-Cu-Sn的真空蒸馏分离实验，测定气液平衡数据，研究含共沸体系二元及三元合金的真空蒸馏相平衡过程，以分子热力学为基础，建立合金共沸点与压力、组成和组分物理化学性质的定量关系式，提出描述该类体系气液相平衡的理论模型，计算合金的共沸成分点。依据气液相平衡图，分析热力学性质及气液相平衡对共沸合金形成的影响规律，改进真空设备及测量方法，调整温度及真空度，改变共沸成分点，实现二元及多元共沸合金真空蒸馏的有效分离。本项目将建立共沸合金组元热力学参量与相平衡的关系表达式，阐明组元物性参数及组元间相互作用对共沸的影响机理，为二元及多元共沸合金真空蒸馏的分离提供理论基础及实验新思路。

粗金属真空蒸馏常遇到形成共沸物现象，无法有效分离提纯，致使含共沸物的合金真空分离及工艺过程的有效控制难以实现，制约了有色金属真空蒸馏分离提纯的应用。本项目针对含共沸物合金体系真空蒸馏分离提纯过程中存在组成复杂、热力学数据缺乏、杂质元素相平衡计算等问题，基于分子热力学和气液相平衡理论，开展了真空蒸馏条件下含共沸物体系的二元、三元合金气液相平衡理论及实验研究，结果如下：.基于Soave-Redlich-Kwong及Peng-Robinson方程，建立了方程与压缩因子、第二维里系数的关联式，计算了碱金属气体的波义耳温度。研究结果对立方型方程计算非理想条件下金属气体热力学性质的实验与计算提供理论方法及研究思路。.推导了Wilson方程计算合金组元偏摩尔焓和二元及多元体系混合焓的表达式，用非线性最小二乘法和二元体系混合焓数据拟合得到热力学模型参数，计算了三元体系的等焓值图，探讨了组元间的相互作用对混合焓的影响。提出了通过组元的摩尔体积和无限稀偏摩尔过量焓获得Wilson方程的相互作用参数的方法，预测了二元及三元合金体系真空条件下的气液相图。.完成铜基、锡基二元及三元合金的真空分离与提纯实验研究，获得气液相平衡数据，进行了热力学一致性验证；关联了热力学模型参数、饱和蒸气压方程和纯金属的蒸发焓，提出一种有别于气液相图预测二元合金共沸的方法，用欧拉-牛顿同伦法计算了含共沸物二元、三元合金体系真空蒸馏共沸的组成，绘制了气液相图，对三元体系真空蒸馏过程产生共沸现象的情况进行分析讨论。.项目通过理论模型预测共沸合金真空蒸馏相平衡，研究合金组元的相互作用对相分布特性和规律的影响，探讨了共沸合金真空蒸馏有效分离的机理，研究结果对低压下金属气体性质的计算及热力学模型在粗金属真空蒸馏中的应用提供理论基础，对含共沸物粗金属真空蒸馏过程的研究提供了基础数据和方法，对有色金属真空蒸馏的分离与提纯有重要理论意义及实际应用价值。