流體相平衡相圖分類
流體相圖表述的是壓力、溫度、組成之間的關(guān)系,由于流體性質(zhì)的差別,它們在不同條件下顯現(xiàn)出的相行為也截然不同,總體上可將相圖分為六大類(其中I至V類可以通過van der Waals方程定性描述,第VI類不能由其描述,此主要是具有較強氫鍵相互作用的系統(tǒng)),在大類下面還有小類,分類的原則主要是根據(jù)混合流體在高壓下所形成的臨界性質(zhì)和相態(tài)進行的,六大類的基本壓力-溫度圖如圖(1)所示,純物質(zhì)的P-T曲線終止與各自臨界點。圖中各符號意義如下:
綠色圓點——純物質(zhì)臨界點;
藍色實心上三角——高溫高壓下液液共混上混溶點(UCEP);
藍色實心下三角——低溫低壓下液液共混下混溶點(LCEP);
黑色線條——流體溫度和壓力的關(guān)系圖;
紅色虛線——混合物臨界點組合;
單相區(qū)——僅單相流體存在,有且僅有一相;
VL——汽液兩相區(qū);
VLL——汽液液三相。

圖(1) 相圖的分類
I類相圖:該相圖在能夠涉及的溫度和壓力范圍內(nèi),不存在液液平衡(即液相完全互溶),且臨界曲線連續(xù);在紅色臨界線上方為單相流體,下方為汽液兩相平衡區(qū);該類混合物主要由化學性質(zhì)相似、分子大小差別不大的非極性物質(zhì)或弱極性物質(zhì)所組成,如甲烷-丁烷、氫氣-甲烷等等體系。
II類相圖:該相圖與I類相圖相似,不同的是在較低壓力和溫度條件下存在液相互溶區(qū),隨著壓力和溫度的升高,液相又完全互溶,如二氧化碳-碳氫體系、水-氯化氫體系等等。
III類相圖:該相圖與I類和II類不同的是,臨界線有兩個分支,一是從易揮發(fā)組份開始到上部混溶點結(jié)束,另一個是從難揮發(fā)臨界點出發(fā),但不與易揮發(fā)組份臨界點相連接,而是產(chǎn)生了分裂。這種體系有水-苯、氨-氮等等。
IV類型圖:在中間溫度范圍出現(xiàn)液液部分互溶,易揮發(fā)組份臨界點與上部混溶點相連,難揮發(fā)組份臨界點與下臨界混溶點相連,如乙烷-醇混合物、二氧化碳-硝基苯體系等等。
V類相圖:與IV類相似,只是在低溫區(qū)有出現(xiàn)液液相分裂區(qū),如甲烷-己烯、苯-聚異丁烯等等。
VI類相圖:該類型相圖是獨立于高溫汽液臨界現(xiàn)象之外的低溫液液平衡,而且溫度更低時有完全互溶了。產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因是不同組份間生成氫鍵,低溫時氫鍵加強反而促進互溶,由于這種弱化學鍵的作用,范德華方程無法給出正確的描述。