2020相平衡
factsage在冶金和材料研究中的应用 2020
factsage在冶金和材料研究中的应用 2020文章标题：深度解读：2020年factsage在冶金和材料研究中的应用1. 引言factsage在冶金和材料研究领域中扮演着重要的角色。
2020年，随着科技的不断发展，其在这一领域的应用也日益广泛。
本文将深入探讨2020年factsage在冶金和材料研究中的最新应用，为您呈现一个全面的了解。
2. factsage的基本原理2.1 factsage的概念2.2 factsage在冶金和材料研究中的基本应用2.3 2020年factsage的技术更新和发展3. factsage在冶金研究中的应用3.1 金属熔炼过程的模拟3.2 金属合金的相平衡计算3.3 2020年factsage在冶金研究中的新突破4. factsage在材料研究中的应用4.1 材料热处理过程的模拟4.2 添加元素对材料性能的影响预测4.3 2020年factsage在材料研究中的新应用案例5. 个人观点与总结5.1 我对factsage在冶金和材料研究中应用的看法5.2 反思与展望：2020年factsage的应用意义及未来发展趋势在撰写过程中，我将对factsage在冶金和材料研究中的应用进行深入的研究，并结合2020年的最新应用案例进行分析和总结，以便您能够全面、深刻地理解这一主题。
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Factsage 在冶金和材料研究领域中的应用日益广泛，对于促进材料科学的发展具有重要意义。
在2020年，随着科技的不断发展，factsage在冶金和材料研究中的应用也迎来了一系列新的突破和发展。
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让我们来了解一下factsage的基本原理。
factsage是一个用于热力学和相平衡计算的软件套件，可以用于模拟各种材料热力学和相平衡相关的过程。
相图∶表示平衡条件下材料系统中相的状态与温度及成分之
及 配制一系列成分
相 图 制
的合金－测冷 却曲线－确定
作 转变温度－填
入坐标－绘出
曲线。
Cu 30 50 70 Ni
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4
§4.1 相、相平衡及相图制作
(6)
第 4.1.3 相图的表示与测定
一 节
由凝固开始温度连
相 接起来的相界线称为液 、 相线，由凝固终结温度
相 连接起来的相界线称为
温度下合金由哪些相组成。
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4
§4.2.1 相图分析
(7)
第 二
相图的基本类型:
二
匀晶相图
节 二
元 相
共晶相图
元
图 包晶相图
匀
晶
相
图
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4
§4.2.1 相图分析
(8)
• 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。
第 二 节
• 匀晶相图：完全具有匀 晶转变的相图。 • 相图分析（以Cu-Ni相图
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4 §4.2.3 固溶体的非平衡凝固与微观偏析 (12)
第 • 不平衡原因：冷速快， 二 固相不能均匀化 节
二
先结晶的部分含高熔
元 点的组分多，后结晶的部
匀 晶 相
分含低熔点的组分多，熔 液只能在固态表层建立平
图 衡。
• 不平衡结晶特点： (1)相成分按平均成分线变化 (2)结晶温度范围增大 (3)成分偏析： 晶内偏析（枝晶偏析）
二 节
固溶体结晶特点： •结晶出的固相与原液相成分
二 元 匀
不同。 在形核时不但要求溶液中有能
化工热力学课件第4章相平衡和化学平衡
气液平衡关系和溶解度的计算
情况②：溶解度大的气体一般不遵循亨利定律 如:氨、氯、SO2 等在水中的吸收,计算通常用经验公式，或用或度系数法：
溶质：
fˆ1
py1ˆ1g
H
1
* 1
x1
非对称活度系数
溶 剂：
fˆ2 py2ˆ2g p2s2s 2 x2
ln
' 1
ln 1
ln
1
用 van Laar 方程：
我们必须在失败中寻找胜利，在绝望中寻求希望
•
9、
。下 午8时31 分24秒 下午8 时31分2 0:31:24 20.10.2 7
• 10、一个人的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值 钱。10/27/2020 8:31:24 PM20:31:242020/10/27
• 11、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由 信心跨出第一步。10/27/2020 8:31 PM10/27/2020 8:31
气液平衡关系和溶解度的计算
气液相平衡关系式： fiG fiL
情况①：低压下，稀溶液
Hi 的数值与溶质、溶剂的性质和 体系的温度有关，可查： 《Perry化学工程手册》
P yi pi Hi xi
亨利定律
当气体总压超过5atm，被吸收组分的分压大于1atm时，即使是 难溶气体，也不符合亨利定律。
ln 1A21
x2
2
对称活度系数
及
ln
1
A12
ln
' 1
A12
A12
A21 x1
x2 A21
x2
2
1
气液平衡关系和溶解度的计算
情况③：有机蒸汽在水中的溶解 利用恒温下实测的双组分系统气液平衡数据求取。但是低
理论塔板数求取
全回流时的回流比为：
斜率
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2.最少理论板层数
Nmin也可以从芬斯克（Fenske）方程式计算得到：
对双组分溶液 略去下标 A. B
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全回流的理论塔板数
14
(二)最小回流比 Rmin
对于一定的分离任务（即F. xF. q. xW. xD一定）而言, 应选 择适宜的回流比。
浮阀塔,板上开有若干大孔（标准孔 径为39 mm），每孔装有一个可以上、 下浮动的阀片。由孔上升的气流，经过 阀片与塔板的间隙而与板上横流的液体 接触，进行传质和传热过程。
（二）全塔效率（总效率）
为完成一定分离任务所需的理论塔板数与实际所需的实际塔板数之比。
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E NT
NP
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十、回流比的影响及其选择
从上块塔板流到下一块塔板的液体，塔顶第一块板上的回流液是由塔 顶上升蒸汽经冷凝后回流至塔内的液体称为回流液。
（一）全回流及最少理论板层数
1、全回流
若塔顶上升蒸气经冷凝后，全部回流至塔内，这种方式称为全回流。 此时，塔顶产品为零，通常F 及W 也均为零--既不向塔内进料，亦不从 塔内取出产品。全塔也就无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二 为一。
（二）恒沸剂（或挟带剂）（溶剂）
第三组分与原溶液中的一个组分形成恒沸物，原有组分间的相对 挥发度增大，使该溶液能用一般精馏方法分离。第三组分称为恒沸剂 或挟带剂。
（三）恒沸精馏中合适挟带剂的选用：
（1）恒沸物恒沸点与溶液中纯组分沸点有相当差值，一般不小于10℃ （2）恒沸物易分离，以便回收挟带剂，挟带剂含量越少操作费用越省 （3）热稳定性、腐蚀性、毒性、价格等因素
循环糠醛 苯
高分子溶液的相平衡
的大小有关, 当x一定时:
当c1 < c1C 或 T > TC时 当c1 = c1C 或 T = TC时 当c1 > c1C 或 T < TC时
DGM/RT
0
j’ ja j2 jb j” 1.0
DGM/RT
当c1 > c1C 或 T < TC时
曲率半径大于0
体系为均相
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
Discussion 1
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
(1) 从纵轴的截距可求聚合 物的相对分子质量
(2) 从直线的斜率可计算第 二维利系数
c
Discussion 2
The second Virial coefficient
A2与c1相似，也是高分子与溶剂分子间相互作用
的反映，但A2可以直接从实验中得到。它们都与 高分子在溶液中的形态有密切关系。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
良溶剂
溶剂
劣溶剂
c
A2 > 0 A2 = 0 A2 < 0
线团扩张 无扰线团 线团紧缩
温度与A2的关系 A2
0
对于同一高分子-溶剂体系, 改变体系的温度, 则有:
T
A2 > 0 A2 = 0 A2 < 0
良溶剂 线团扩张
溶剂 无扰线团
劣溶剂 线团紧缩
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
3.3.2 相分离
高分子溶液作为由聚合物和溶剂组成的二元体系 , 在一定条件下可分为两相, 其为一相为含聚合物 较少的“稀相”, 另一相为含聚合物较多的“浓相”, 这种现象称之为相分离
对于聚合物和溶剂都确定的体系, 相分离发生与 否同温度有关
广西大学2020年《材料科学基础(822)》考试大纲与参考书目
广西大学2020年《材料科学基础(822)》考试大纲与参考书目考试性质考试方式和考试时间试卷结构考试内容一、金属材料（一）原子结构和键合了解的内容：1. 原子结构。
2.高分子链。
重点：原子间的键合。
（二）晶体学基础了解的内容：1. 晶体的对称性。
2.极射投影3.倒易点阵理解的内容：1.中间相特性。
掌握的内容：1. 空间点阵与晶胞。
2.晶向指数和晶面指数。
3.晶带定律。
4.晶面间距。
5. 三种典型的金属晶体结构。
6.晶体的原子堆垛方式和间隙。
7.固溶体的性质。
重点：典型的金属晶体结构、空间点阵、密勒指数。
（三）晶体缺陷了解的内容：1.点缺陷的运动。
2.外表面。
3.相界理解的内容：1. 点缺陷的形成。
2.点缺陷的平衡浓度。
3.位错的应力场。
4.位错的应变能与线张力。
5.作用在位错线上的力。
6.位错间的交互作用力。
7.实际晶体结构中的伯氏矢量。
8.不全位错掌握的内容：1.刃型位错、螺型位错、混合位错的特征。
2.伯氏矢量的确定、特性与表示方法。
3.位错的滑移、攀移与交割。
4.位错的密度。
5.位错的生成与增值。
6.位错反应。
7.晶界和亚晶界。
8.堆垛层错9.孪晶界。
重点：位错类型及其特点、位错理论。
（四）固体中原子及分子的运动了解的内容：1.交换机制。
2.扩散系数D与浓度相关时的求解。
3.原子跳跃。
4.无规则行走与扩散距离。
理解的内容：1.扩散的热力学分析。
2.扩散激活能。
3.反应扩散。
掌握的内容：1.菲克第一定律、第二定律。
2.扩散方程的解（一端成分不受扩散影响的扩散体）。
3.柯肯达尔效应。
4.间隙机制。
5.空位机制。
6.扩散系数。
7.影响扩散的因素。
重点：扩散机制、扩散系数的影响因素。
（五）材料的形变和再结晶了解的内容：1.弹性变形的本质。
2.弹性变形的特征和弹性模量。
3.弹性的不完整性。
4.粘弹性。
理解的内容：1.多晶体的塑性变形:晶粒取向的影响。
2. 再结晶后的晶粒长大的影响因素。
3.再结晶退火后的组织。
相平衡基础知识练习题
•解：（1）用克-克方 程
•将p1=101325Pa， p2=8825Pa， T1=429.15K， T2=353.15K，代入上式，解得溴苯的摩尔蒸发焓 为40.465kJ.mol-1。 •由水的摩尔蒸发焓为40.638kJ.mol-1，再根 据克-克方程，可近似得到：
•[1] •由已知pA+ pB=101325Pa •[2] •联合[1]，[2]解得pA=15922Pa， pB=85403Pa
•1
•30
•S(B), •2 L(A+B)
•1
•50 •1 •L(A+B)
•nL(A+B)=10mo
•2
l
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
••Leabharlann ••••
•（2）
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• H< 0 则V< 0
•即V(金刚石)<V(石墨)， 则 (金刚石) •> (石墨)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•3-4-2 80℃时溴苯(A)和水(B)的蒸汽压分别为8.825kPa和 47.335kPa，溴苯的正常沸点为156 ℃，计算： •(1)溴苯水蒸汽蒸馏的温度，已知实验室的大气压力为 101.325kPa；(2)在这种水蒸汽蒸馏的温度中，溴苯的质 量分数为多少？已知溴苯的摩尔质量为156.9g.mol-1；(3) 蒸出10kg溴苯需要消耗多少千克水蒸汽？
第五章多相平衡
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-- 5 --
2 物种数(number of substance)
系统中所含的的化学物质数成为“物种数”, 用 S 表示.
3 组分数(number of components)
能够表示系统中各相组成所需要的最少独立物 种数, 用C 表示.
即 C SR R '
R — 表示独立的化学平衡数目.
R’— 表示化学平衡中同一相浓度限制条件的个 数.
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-- 6 --
• 例: 由O2,C,CO,CO2组成体系,求体系的独立化学反应数R?
• 解: 对于由O2,C,CO,CO2组成体系,存在如下化学反应:
• 单组分的相变温度与压力之间存在一定的关系, 此 关系即为克劳修斯—克拉贝龙方程.
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在 T、p 一定条件下, 纯物质两相平衡时有
当温度和压力微变T +dT、p +dp,则该物质在
两相的化学势分别微变至 d,d, 在达
到新的平衡时,由于
dd
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-- 21 --
•
NaCl = Na+ + Cl-
•
H2O = H+ + OH－
•
H2O+H2O = (H2O)2
•
• 物种: •
NaCl, Na+, Cl-, H2O, H+, OH-, (H2O)2… S=7
•
R= 3
(食盐,水的电离和水的缔合);
•
R’=2
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7.2 互溶体系VLE相图
⑷最大负偏差体系（氯仿-丙酮体系）
有最小压力（最高温度）共沸点，
x y , ri 1
同最大压力共沸点体系一样，最小压力 共沸点体系也不能用一般分离法将其分 离，也要采用特殊的分离方法。
7.2 互溶体系VLE相图
对于互溶体系VLE相图大致有两种情 况，
具有正偏差体系， 具有负偏差体系。
当偏差较大时，就会形成共沸物， 共沸体系的分离需要特殊的分离方 法。
7.2 互溶体系VLE相图
低压下相图
第七章 相平衡
7.1 平衡的判据与相律
7.2 互溶体系VLE相图
7.3 VLE的计算 7.4 汽液平衡数据的热力学一致性检验
7.3 VLE的计算
在前边的章节中，我们已经讨论了相平衡计算 中所应用到的一些基本热力学关联式，在这一 部分我们着重要讨论工程技术人员在实际当中 经常涉及到的汽液相平衡计算问题。在工程上， 要用到汽液相平衡的单元操作很多，例如：精 馏、吸收、蒸发等等，都涉及到汽液平衡，因 此对汽液平衡的实验测定和计算方法的研究， 都比对其它类型的相平衡得到更多的重视，所 以我们也重要讨论汽液平衡的问题。
第七章 相平衡
7.1 平衡的判据与相律
7.2 互溶体系VLE相图
7.3 VLE的计算 7.4 汽液平衡数据的热力学一致性检验
7.2 互溶体系VLE相图
二元体系图 相数=1 自由度=3 可用立体图表示
T、P、X
7.2 互溶体系VLE相图
1）二元体系的P-T图 对于纯组分， 我们已经知道 其P-T图可以 用两维坐标 表示出来
1） 物系达到平衡的条件
由平衡的概念我们可以知道，当物系达 到平衡时，物系就处于动态平衡，这时 质量传递速度的变化量等于0，而物系各 个热力学性质的变化量在对应的物系条 件下也等于0，即
平衡时
dU S,V 0 , dAT ,V 0 , dH P,S 0 , dGT ,P 0
7.1 平衡的判据与相律
值中最小的那个状态。这种方法对相平
衡来说还不是很方便。
7.1 平衡的判据与相律
⑵ i i i
（7-4）
式（7-4）表明，N个组分的系统内，若π 个相在均一的温度、压力下达到平衡时， 物系内的每一组分在所有各相中的化学 位必定相同。从这一平衡关系式可得到 相平衡计算中常用的表达式。
7.1 平衡的判据与相律
二元组分的P-T图表现出他的汽液平衡关系不 是用一条直线来描述的，而是用一个区域来描 述的。
7.2 互溶体系VLE相图
2） 低压下互溶体系的汽液平衡相图
在化工生产中，经常遇到低压下的蒸馏 分离，低压下的汽相一般接近于理想气 体的性质，而液相则由于分子大小的差 异及个组分间作用力的不同确定了液相 与理想溶液的偏差，对理想溶液（或拉 乌尔定律）产生偏差的情况有四种：
7.2 互溶体系VLE相图
纯组分的汽液平衡自由度为1，平衡时， 只要P一定，对应的T也一定，也就是说 对于纯物质具有固定的沸点。
7.2 互溶体系VLE相图
对于二元组分，它没有固定的沸点，沸点是对 纯物质来说的，混合物只有泡点。 所谓泡点就是当第一个气泡在一定压力下出现 时的温度。
与泡点相对应的还有露点， 所谓露点就是当最后一滴液体在一定压力下全 部汽化时的温度。
7.3 VLE的计算
1） 概述
⑴ VLE的分类
在实际当中，我们经常碰到的VLE的类型大致 有五种：
①完全理想体系：
V相是理想气体 Pi yi P L相是理想溶液 Pi xi Pis 高温、低压下，构成物系的组分分子结构相似，
7.2 互溶体系VLE相图
⑴一般正偏差体系（如甲醇-水体系）
当恒温时的P-x曲线高于拉乌尔定律P-x 直线，叫做正偏差，活度系数 r i 1
⑵一般负偏差体系（氯仿-苯体系）
当恒温时的P-x曲线低于拉乌尔定律P-x 直线，叫做负偏差，ri 1
7.2 互溶体系VLE相图
⑶最高正偏差体系（乙醇-苯体系）
⑶
fˆi fˆi fˆi
（7-5）
说明，各相在同样的温度、压力下达到 平衡时，每一个组分在各相中的逸度相 等。实际当中，这个式子最具有实用价 值。
7.1 平衡的判据与相律
3 ） 相律
自由度为
F N 2 （7-6）
当我们所研究的体系具有完备的相图时，平衡 关系充分在相图上体现出来，这就使问题显得 更直观和方便了。相图能形象化的描述物相性 质变化，是研究相平衡的重要工具。
第七章 相平衡
汽液平衡 气液平衡 液液平衡 液固平衡 固固平衡 汽固平衡
精馏 吸收 萃取 结晶、湿法冶金 晶型转变 升华、气相沉积
第七章 相平衡
如何得到平衡数据?一般通过实Fra bibliotek来测取 所研究体系的平衡数据，但同样存在需 要实验设备和时间的问题，因此计算方 法的研究同样具有重要意义。如今计算 机的发展使计算相平衡，特别是汽液相 平衡成为可能。本章着重与讨论汽液相 平衡的问题 。
第七章 相平衡
目的：学习汽液相平衡基本规律与计算 要求：
1、了解相平衡的基本概念和规律 2、掌握低压下汽液相平衡的计算 3、了解中压、高压下汽液相平衡的计算
第七章 相平衡
7.1 平衡的判据与相律
7.2 互溶体系VLE相图
7.3 VLE的计算 7.4 汽液平衡数据的热力学一致性检验
7.1 平衡的判据与相律
对于封闭体系，满足其中一个条件即为 平衡态。但以上判据较复杂，不方便， 一般不用。用于判断相平衡的依据常是 根据
dGT ,P 0
关系式引申出的化学位或逸度的定义来 判断
7.1 平衡的判据与相律
2） 相平衡的判据
相平衡的判据经常用到的有三个：
⑴ dGT ,P 0
(7-1)
它表明在给定的温度和压力条件下，平 衡态就是所有可能变化达到的自由焓数
在恒温时，当正偏差较小时，在整个温度范围
内不会出现总压高于轻组分处于同温下纯态时
的蒸汽压，但是当正偏差较大时，在P-x曲线
上就可能出现极大值，在这一点
x y
ri 1
称为共沸点。由于在这一点压力最大，温度最
低，所以称最大压力（最低温度）共沸点。对
于这种体系，用一般精馏法是不能将其分离开
的，必须采用特殊分离法。