傳質機理與擴散速率

關于傳質機理與擴散速率1第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日§2.2傳質機理與擴散速率一．傳質方式與理論當不平衡的氣液兩相接觸時，若y>y*，則溶質從氣相向液相傳遞，為吸收過程第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日雙膜理論模型要點：

(1)

相界面兩側流體的對流傳質阻力全部集中在界面兩側的兩個停滯膜內，膜內傳質方式為分子擴散。

(2)相界面上沒有傳質阻力，即可認為所需的傳質推動力為零，或氣液兩相在相界面處達到平衡。

(3)氣膜和液膜外湍流流動,無濃度梯度,即無擴散阻力二、傳質理論簡介氣膜液膜

pG

pi

傳質方向

Ci

氣相主體

液相主體

CL

dG

dL

z

距離

雙膜模型

組成

第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日雙膜理論模型（1）A由氣相主體到相界面，氣相內傳遞；（2）A在相界面上溶解，溶解過程；（3）A自相界面到液相主體，液相內傳遞。二、傳質理論簡介單相內傳遞方式：分子擴散；湍流擴散。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日二、傳質理論簡介雙膜模型缺陷：①只適用與有固定相界面的情形；③界面阻力不計，這是一個尚有爭議的問題第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日§2.2傳質機理與擴散速率一．傳質方式與理論每cm3所具有的分子個數(shù)，氧氣：2.5×1019

水：3.3×1022銅：7.3×1022

第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日一．分子擴散

§2.2.1分子擴散與費克定律

A

B

擴散現(xiàn)象

分子擴散：在靜止或滯流流體內部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運動使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。擴散通量：單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積擴散的物質量，J表示，kmol/(m2·s)。第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日二．費克定律

A

B

擴散現(xiàn)象

溫度、總壓一定，組分A在擴散方向上任一點處的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比?！?.2.1分子擴散與費克定律

第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日二．費克定律

A

B

擴散現(xiàn)象

§2.2.1分子擴散與費克定律

混合物的總濃度在各處是相等的，即：第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日二．費克定律

理想氣體：=費克定律的其它表達形式：§2.2.1分子擴散與費克定律

第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日說明：（1）JA是相對擴散通量（2）DA,B是物性之一二．費克定律

DA,B（氣）10-5m2/sDA,B（液）10-9m2/sDA,B（固）<10-10m2/s§2.2.1分子擴散與費克定律

第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日

1．等摩爾反向擴散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112通過連通管內任一截面處兩個組分的擴散速率大小相等。

§2.2.1分子擴散與費克定律

傳質速率：在任一固定的空間位置上，單位時間內通過垂直于傳遞方向的單位面積傳遞的物質量，記作N。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日邊界條件或者

1．等摩爾反向擴散第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日1）2）組分的濃度與擴散距離z成直線關系。

3）等分子反方向擴散發(fā)生在蒸餾過程中。

ppB1pA1pA2pB2擴散距離z0zp結論：第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日例：在如圖所示的兩個大容器內，分別裝有組成不同的NH3和N2兩種氣體的混合物。連通管長0.61m，內徑24.4m，系統(tǒng)的溫度為25℃，壓強為101.3kPa。左側容器內NH3的分壓為20kPa，右側容器內NH3的分壓為6.67kPa。已知在25℃、101.3kPa的條件下，NH3－N2的擴散系數(shù)為2.3×10－5m2/s。試求：（1）單位時間內自容器1向容器2傳遞的NH3的量；（2）連通管中與截面1相距0.305m處NH3的分壓（kPa）第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日

2．單向擴散總體流動：因溶質Ａ擴散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動§2.2.1分子擴散與費克定律

第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日

2．單向擴散——微分式第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日

2．單向擴散在氣相擴散——積分式第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日在氣相擴散漂流因數(shù)（>1）代表總體流動的影響第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日漂流因數(shù)（>1）代表總體流動的影響思考：混合氣中A組分的濃度愈高，漂流因數(shù)則愈如何變化？漂流因子的大小反映了總體流動對傳質速率的影響程度，溶質的濃度愈大，其影響愈大。其值為總體流動使傳質速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。當混合物中溶質A的濃度較低時，P︽PBm，總體流動可以忽略不計第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日結論：1）、——漂流因數(shù)，無因次

2）單向擴散體現(xiàn)在吸收過程中。漂流因數(shù)的影響因素：濃度高，漂流因數(shù)大，總體流動的影響大。低濃度時，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動的影響小。

第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日若為單向擴散，則第二十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日例：在溫度為20℃、總壓為101.3kPa的條件下，CO2與空氣混合氣緩慢地沿著Na2CO3溶液液面流過，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過1mm厚的靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液中，混合氣體中CO2的摩爾分率為0.2，CO2到達