傳質(zhì)機理與擴散速率

關(guān)于傳質(zhì)機理與擴散速率1§2.2傳質(zhì)機理與擴散速率一．傳質(zhì)方式與理論當(dāng)不平衡的氣液兩相接觸時，若y>y*，則溶質(zhì)從氣相向液相傳遞，為吸收過程第2頁,共24頁，2024年2月25日，星期天雙膜理論模型要點：

(1)

相界面兩側(cè)流體的對流傳質(zhì)阻力全部集中在界面兩側(cè)的兩個停滯膜內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)方式為分子擴散。

(2)相界面上沒有傳質(zhì)阻力，即可認(rèn)為所需的傳質(zhì)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(zhì)理論簡介氣膜液膜

pG

pi

傳質(zhì)方向

Ci

氣相主體

液相主體

CL

dG

dL

z

距離

雙膜模型

組成

第3頁,共24頁，2024年2月25日，星期天雙膜理論模型（1）A由氣相主體到相界面，氣相內(nèi)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(nèi)傳遞。二、傳質(zhì)理論簡介單相內(nèi)傳遞方式：分子擴散；湍流擴散。第4頁,共24頁，2024年2月25日，星期天二、傳質(zhì)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5頁,共24頁，2024年2月25日，星期天§2.2傳質(zhì)機理與擴散速率一．傳質(zhì)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6頁,共24頁，2024年2月25日，星期天一．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(nèi)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(nèi)通過垂直于擴散方向的單位截面積擴散的物質(zhì)量，J表示，kmol/(m2·s)。第7頁,共24頁，2024年2月25日，星期天二．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8頁,共24頁，2024年2月25日，星期天二．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9頁,共24頁，2024年2月25日，星期天二．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10頁,共24頁，2024年2月25日，星期天說明：（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11頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

1．等摩爾反向擴散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112通過連通管內(nèi)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(zhì)速率：在任一固定的空間位置上，單位時間內(nèi)通過垂直于傳遞方向的單位面積傳遞的物質(zhì)量，記作N。第12頁,共24頁，2024年2月25日，星期天邊界條件或者

1．等摩爾反向擴散第13頁,共24頁，2024年2月25日，星期天1）2）組分的濃度與擴散距離z成直線關(guān)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(jié)論：第14頁,共24頁，2024年2月25日，星期天例：在如圖所示的兩個大容器內(nèi)，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(nèi)徑24.4m，系統(tǒng)的溫度為25℃，壓強為101.3kPa。左側(cè)容器內(nèi)NH3的分壓為20kPa，右側(cè)容器內(nèi)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(nèi)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15頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

2．單向擴散總體流動：因溶質(zhì)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16頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

2．單向擴散——微分式第17頁,共24頁，2024年2月25日，星期天

2．單向擴散在氣相擴散——積分式第18頁,共24頁，2024年2月25日，星期天在氣相擴散漂流因數(shù)（>1）代表總體流動的影響第19頁,共24頁，2024年2月25日，星期天漂流因數(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(zhì)速率的影響程度，溶質(zhì)的濃度愈大，其影響愈大。其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。當(dāng)混合物中溶質(zhì)A的濃度較低時，P︽PBm，總體流動可以忽略不計第20頁,共24頁，2024年2月25日，星期天結(jié)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21頁,共24頁，2024年2月25日，星期天若為單向擴散，則第22頁,共24頁，2024年2月25日，星期天例：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Na2CO3