Особенности исследований фазовых равновесий в многокомпонентных водных системах

Abstract

Фазовые диаграммы и данные по фазовым равновесиям в многокомпонентных системах лежат в основе технологических схем переработки рассолов природного и техногенного происхождения, проектирования процессов получения, разделения и очистки неорганических веществ. Поэтому разработку новых технологий, усовершенствование технологических процессов необходимо начинать с изученя соответствующих систем и построения фазовых диаграмм. Эффективность изучения фазовых равновесий в многокомпонентных водно-солевых системах оптимизированным методом сечений показана на примере пятикомпонентной системы CO(NH2)2 – NH4Cl – (NH4)2SO4 – NH4H2PO4 – H2O при 25 °C. Оптимизированный метод сечений позволяет определять составы равновесных фаз без выделения их из раствора и последующего физико-химического анализа. В результате образования между карбамидом и хлоридом аммония химического соединения NH4Cl·CO(NH2)2 в системе появляются две нонвариантные области – эвтоническая и перитоническая. В работе описаны особенности прогнозирования составов двух нонвариантных точек, экспериментального определения составов на гиперплоскостях нонвариантных областей для расчета по ним составов равновесных жидких и твердых фаз. Показана эффективность алгоритма прогнозирования нонвариантных составов в системе. Описана методология планирования исследования линий моновариантного равновесия и поверхности кристаллизации индивидуальных солей. По экспериментальным данным построена проекция фазовой диаграммы на солевое основание системы

The data of phase equilibria and phase diagrams have an important significance to guide the development and utilization of brine-mineral resources, design process of obtain, separation and purification of inorganic salts, and provide a theoretical basis for understanding the recovery of rare earth elements, whether from the environment or the economy. Therefore, the phase diagram determination of the corresponding systems is essential for establishment of the optimal temperature-concentration conditions of the process of crystallization. The efficiency of the investigation of the solid-liquid equilibria in quinary system CO(NH2)2 – NH4Cl – (NH4)2SO4 – NH4H2PO4 – H2O at 25 °C by the optimized sections method was shown. The method is allowed to determine the compositions of equilibrium solid phases without isolating them from liquid in the systems differently complexity. As a result of the formation of one complex salt NH4Cl·CO(NH2)2 between urea and ammonium chloride the quinary system has two invariant regions – eutonic and peritonic. In this study, the specifics of predicting the compositions of two invariant points, experimental determination of the compositions on the hyperplanes of invariant regions for computation of the compositions of equilibrium liquid and solid phases were considered. The efficiency of the algorithm for predicting the compositions of invariant points in the system was proved. The methodology of experimental design in studies of univariant curves and salt crystallization surfaces was described. According to the experimental data the phase diagram projection on the salt base of the system was constructed