第二章 傳質(zhì)基礎(chǔ)

第二章傳質(zhì)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四§2.1分子傳質(zhì)1本質(zhì)：T>0K時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)。

2定義：在①靜止介質(zhì)或②垂直于濃度梯度方向作層流運(yùn)動(dòng)的流體中，由于濃度梯度而產(chǎn)生的傳質(zhì)，稱(chēng)分子擴(kuò)散。

3濃度：CρωC—體積摩爾濃度

ρ—單位體積質(zhì)量

—摩爾分?jǐn)?shù)

ω—質(zhì)量分?jǐn)?shù)第二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四3

4平均速度：根據(jù)通過(guò)單位面積（與速度方向成垂直的面積）的物質(zhì)量應(yīng)等于構(gòu)成該混合物的各組分通過(guò)該面積的質(zhì)量和）。

1）質(zhì)量平均速度

2）摩爾平均速度

3）擴(kuò)散速度

某一組分相對(duì)于體積平均速度的相對(duì)速度

5通量（擴(kuò)散量或傳質(zhì)量）定義：在垂直速度方向的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的物質(zhì)量（濃度×速度）第三頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四4

擴(kuò)散量：

1）針對(duì)相對(duì)速度質(zhì)量通量單位：摩爾通量

2）相對(duì)于靜止坐標(biāo)：質(zhì)量通量摩爾通量

相對(duì)于固定坐標(biāo)，常用于工程計(jì)算。相對(duì)于平均速度，常用于描述擴(kuò)散過(guò)程。

第四頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四5§2.2菲克第一定律描述：濃度與擴(kuò)散量之間的關(guān)系假定：T、P恒定，A組分在z方向僅產(chǎn)生擴(kuò)散流。，z方向。定義：

（針對(duì)于相對(duì)擴(kuò)散）（相對(duì)于平均速度）

—A在z方向上相對(duì)于摩爾平均速度的莫爾通量

—A在z方向上相對(duì)于質(zhì)量平均速度的質(zhì)量通量

DAB—比例常數(shù)，A經(jīng)過(guò)組分B的擴(kuò)散系數(shù)，因次：長(zhǎng)度2/時(shí)間第五頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四6

2相對(duì)于靜止坐標(biāo)菲克定律的另一種表達(dá)形式上式中，第一部分表示因濃度梯度而產(chǎn)生的擴(kuò)散流。第二部分表示由于流體的非等量擴(kuò)散所產(chǎn)生的流動(dòng)而傳遞的A量，

。

推導(dǎo)：

故有，一般化

第六頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四73應(yīng)用

1）二元系（A、B）證明如下：a.

（菲克第一定律）兩式相等，故同理兩式相加故，b.∵

而故

第七頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四82）氣體通過(guò)金屬膜的擴(kuò)散假定H2通過(guò)金屬膜的擴(kuò)散，符合Fick第一定律把氣體–金屬界面上的濃度看成是金屬與金屬平衡時(shí)的溶解度，故是的平衡常數(shù)。當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)，單位時(shí)間進(jìn)入膜的物質(zhì)通量等于其流出的通量，擴(kuò)散層內(nèi)沒(méi)有物質(zhì)的積累，形成穩(wěn)定態(tài)的擴(kuò)散，擴(kuò)散層內(nèi)各處物質(zhì)的濃度不隨距離和時(shí)間變化而變化。

則第八頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四9第九頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四10第十頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四114）影響傳質(zhì)的因素離子活度，溫度，電場(chǎng)，磁場(chǎng)，聲場(chǎng)（超聲波）5）應(yīng)用范圍等T、P，無(wú)流體流動(dòng)（傳質(zhì)方向上），適用于分子運(yùn)動(dòng)平均自由徑小的體系，不適用于微孔。第十一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四12§2.3擴(kuò)散系數(shù)

1氣體擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算、實(shí)測(cè)、查閱

2液體擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算、實(shí)測(cè)、查閱

1）比氣體小幾個(gè)數(shù)量級(jí)

2）隨濃度變化

3固體擴(kuò)散系數(shù)

1）表面擴(kuò)散氣體或液體通過(guò)多孔介質(zhì)擴(kuò)散（例焙燒時(shí)控制氣氛及介質(zhì)表面疏松多孔(球團(tuán)礦)）。

2）固體組分?jǐn)U散（發(fā)生在合金中的擴(kuò)散，人為地制造缺陷，用于材料制備）

第十二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期四13①原子互換位置（能耗大，因?yàn)樵釉诰Ц裰惺敲芘诺模@種遷移引起晶格瞬時(shí)畸變）②循環(huán)機(jī)理（幾率小，因?yàn)橐笏袇⒓拥脑幽芰扛撸劭瘴粩U(kuò)散（摻雜少量