分離過程中的動力學(xué)

關(guān)于分離過程中的動力學(xué)第一頁，共十三頁，2022年，8月28日3.1分子遷移——費(fèi)克第一擴(kuò)散定律3.2流體的遷移與擴(kuò)散3.3帶的遷移——費(fèi)克第二擴(kuò)散定律3.4有流存在下的溶質(zhì)輸運(yùn)第二頁，共十三頁，2022年，8月28日體系在平衡過程中：定向遷移非定向擴(kuò)散外場作用梯度：壓力梯度濃度梯度電位梯度溫度梯度內(nèi)部分子間作用化學(xué)勢梯度溶質(zhì)分子隨機(jī)運(yùn)動使溶質(zhì)從高濃度區(qū)域向四周低濃度區(qū)域擴(kuò)散混合分離第三頁，共十三頁，2022年，8月28日分離過程動力學(xué)研究的內(nèi)容物質(zhì)在輸運(yùn)過程中的規(guī)律，即分離體系中組分遷移和擴(kuò)散的基本性質(zhì)和規(guī)律第四頁，共十三頁，2022年，8月28日3.1分子遷移——費(fèi)克第一擴(kuò)散定律物質(zhì)的輸運(yùn)過程（傳質(zhì)過程）：指在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，在化學(xué)勢的驅(qū)動下，物質(zhì)分子發(fā)生相對位移的過程。物質(zhì)的擴(kuò)散運(yùn)動：在濃度梯度驅(qū)動下，物質(zhì)分子自發(fā)輸運(yùn)的過程。均是物質(zhì)的分子遷移所以，分子遷移的表征是研究分離過程動力學(xué)的基礎(chǔ)研究方法：通過物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動和分子統(tǒng)計(jì)學(xué)間的相互關(guān)系了解遷移過程規(guī)律。第五頁，共十三頁，2022年，8月28日分子運(yùn)動規(guī)律：費(fèi)克第一擴(kuò)散定律機(jī)械運(yùn)動規(guī)律可用牛頓定律描述J(x)——表示沿x軸方向的流(密度):

單位時(shí)間通過單位面積的物質(zhì)量(mol)A——比例系數(shù)dy/dx——指x軸方向上的梯度(濃度、溫度等)物理含義：（如y代表濃度時(shí)）擴(kuò)散系數(shù)一定時(shí)，單位時(shí)間擴(kuò)散通過單位截面積的物質(zhì)的量（mol）與濃度梯度成正比，負(fù)號表示擴(kuò)散方向與濃度方向相反。第六頁，共十三頁，2022年，8月28日3.2流體的遷移與擴(kuò)散

溶質(zhì)在流體（液體、氣體或超臨界流體）中遷移和擴(kuò)散：1.流體本身不流動時(shí)，溶質(zhì)在流體中因濃度梯度而遷移（或擴(kuò)散）或因其他場的作用而定向遷移。2.流體本身流動時(shí)（如色譜分離），流體黏度決定流動流體速度。第七頁，共十三頁，2022年，8月28日由剪切作用產(chǎn)生的流體速度梯度流動相固定相yxdy非均勻線速度v每層流速不同，上層移動較快黏度的作用，使上層趨緩，下層趨快，為保持各層流速不變，需加一個(gè)力F。單位面積上感受到的力F稱為剪切應(yīng)力Fs，其大小與y軸方向上的流體流速梯度dv/dy成正比。A為流層面積，cm2，η為流體黏度系數(shù)：單位面積上使相距1cm的另一平行流層產(chǎn)生1cm/s流速差的剪切應(yīng)力，g/（cm·s）第八頁，共十三頁，2022年，8月28日rr′起始狀態(tài)經(jīng)過一段時(shí)間后毛細(xì)管內(nèi)流體遷移狀態(tài)管中央流速最快離管壁越近，阻力越大，流速越慢流經(jīng)毛細(xì)管L的流體總流量Q：一定壓力梯度Δp，流體流量隨毛細(xì)管半徑r增大而呈四次方倍增加，即內(nèi)徑越大，越利于流體流動。第九頁，共十三頁，2022年，8月28日3.3帶的遷移——費(fèi)克第二擴(kuò)散定律費(fèi)克第一擴(kuò)散定律是假設(shè)溶質(zhì)濃度c在擴(kuò)散方向上不隨時(shí)間變化。實(shí)際上，卻是變化的，可以由費(fèi)克第二擴(kuò)散定律計(jì)算：一維擴(kuò)散：多維擴(kuò)散：略組分濃度在流方向上隨時(shí)間變化的輸運(yùn)方程第十頁，共十三頁，2022年，8月28日3.4有流存在下的溶質(zhì)輸運(yùn)前面討論中，只考慮溶質(zhì)的遷移，沒有考慮介質(zhì)（氣體或溶劑）的流動。實(shí)際上，很多分離體系（如色譜），載帶溶質(zhì)的介質(zhì)處流動狀態(tài)。有流：指溶質(zhì)遷移過程中介質(zhì)也在流動（遷移）。有流存在時(shí)的溶質(zhì)流密度：在無流的公式中加入介質(zhì)流速第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日思考題