3第3章分離過程中的動(dòng)力學(xué)

3第3章分離過程中的動(dòng)力學(xué)一個(gè)體系在達(dá)到平衡之前，體系內(nèi)存在各種梯度，有外場(chǎng)作用下的梯度，如壓力梯度、濃度梯度、電位梯度和溫度梯度，也有體系內(nèi)部的分子間相互作用引起的化學(xué)勢(shì)梯度；在分離過程中，溶質(zhì)分子在外場(chǎng)或內(nèi)部化學(xué)勢(shì)作用下趨于平衡的方向定向遷移，在空間上重新分配；與此同時(shí)，溶質(zhì)分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)又會(huì)使溶質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向四周低濃度區(qū)域擴(kuò)散，使分離開的溶質(zhì)又趨向重新混合；定向遷移與非定向擴(kuò)散，即分離與混合，是兩種相伴而生的趨勢(shì)；分離過程中動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容就是物質(zhì)在輸運(yùn)過程中運(yùn)動(dòng)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。3.1分子遷移-費(fèi)克第一擴(kuò)散定律所有溶質(zhì)的遷移都是朝著趨向平衡的方向進(jìn)行的，平衡控制著組分的遷移方向。但僅用平衡的觀點(diǎn)無法準(zhǔn)確回答組分的遷移速度和遷移性質(zhì)的問題，而遷移速度與整個(gè)分離速度是密切相關(guān)的；物質(zhì)的輸運(yùn)過程是指在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，在化學(xué)勢(shì)梯度的驅(qū)動(dòng)下物質(zhì)分子發(fā)生相對(duì)位移的過程；物質(zhì)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)也是在梯度(濃度梯度)驅(qū)動(dòng)下，物質(zhì)分子自發(fā)輸運(yùn)的過程；擴(kuò)散速度的差異可使某些組分達(dá)到分離，但也會(huì)使組分的譜帶展寬；無論是定向遷移還是非定向擴(kuò)散，涉及的都是物質(zhì)分子的遷移，因此分子遷移的表征是研究分離過程的基礎(chǔ)3.2流體的遷移與擴(kuò)散在多數(shù)情況下，溶質(zhì)是在流體(液體、氣體、超臨界流體)中遷移或擴(kuò)散的。如果流體本身不流動(dòng)的話，溶質(zhì)在流體中就會(huì)因?yàn)闈舛忍荻榷w移(或擴(kuò)散)或者因?yàn)槠渌麍?chǎng)的作用定向遷移；在分離技術(shù)中，流體本身也遷移的情況常常碰到(如色譜分離)，而且流體多數(shù)情況下是沿管路流動(dòng)的；流體的流動(dòng)性能與其黏度密切相關(guān)。流體的黏度是流體的一部分阻止另一部分移動(dòng)的阻力，當(dāng)流體處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在相同外界條件下，黏度就決定了流體流動(dòng)的速度。3.3帶的遷移-費(fèi)克第二擴(kuò)散定律費(fèi)克第一定律是假設(shè)溶質(zhì)濃度c在擴(kuò)散方向上不隨時(shí)間變化，但實(shí)際上溶質(zhì)濃度c在擴(kuò)散方向上是隨時(shí)間變化的3.4有流存在下的溶質(zhì)輸運(yùn)在前面的討論中，只考慮了溶質(zhì)本身的遷移，即假設(shè)介質(zhì)(氣體或溶劑)是不流動(dòng)的。然而在很多分離體系(如色譜)