傳質(zhì)機(jī)理與擴(kuò)散速率

關(guān)于傳質(zhì)機(jī)理與擴(kuò)散速率1§2.2傳質(zhì)機(jī)理與擴(kuò)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(shí)，若y>y*，則溶質(zhì)從氣相向液相傳遞，為吸收過(guò)程第2頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天雙膜理論模型要點(diǎn)：

(1)

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

(2)相界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即可認(rèn)為所需的傳質(zhì)推動(dòng)力為零，或氣液兩相在相界面處達(dá)到平衡。

(3)氣膜和液膜外湍流流動(dòng),無(wú)濃度梯度,即無(wú)擴(kuò)散阻力二、傳質(zhì)理論簡(jiǎn)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(yè),共24頁(yè)，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(guò)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(jiǎn)介單相內(nèi)傳遞方式：分子擴(kuò)散；湍流擴(kuò)散。第4頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、傳質(zhì)理論簡(jiǎn)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(jì)，這是一個(gè)尚有爭(zhēng)議的問(wèn)題第5頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天§2.2傳質(zhì)機(jī)理與擴(kuò)散速率一．傳質(zhì)方式與理論每cm3所具有的分子個(gè)數(shù)，氧氣：2.5×1019

水：3.3×1022銅：7.3×1022

第6頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天一．分子擴(kuò)散

§2.2.1分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律

A

B

擴(kuò)散現(xiàn)象

分子擴(kuò)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(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)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(kuò)散。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J表示，kmol/(m2·s)。第7頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天二．費(fèi)克定律

A

B

擴(kuò)散現(xiàn)象

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

第8頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天二．費(fèi)克定律

A

B

擴(kuò)散現(xiàn)象

§2.2.1分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律

混合物的總濃度在各處是相等的，即：第9頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天二．費(fèi)克定律

理想氣體：=費(fèi)克定律的其它表達(dá)形式：§2.2.1分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律

第10頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天說(shuō)明：（1）JA是相對(duì)擴(kuò)散通量（2）DA,B是物性之一二．費(fèi)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(kuò)散與費(fèi)克定律

第11頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1．等摩爾反向擴(kuò)散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112通過(guò)連通管內(nèi)任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等。

§2.2.1分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律

傳質(zhì)速率：在任一固定的空間位置上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天邊界條件或者

1．等摩爾反向擴(kuò)散第13頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）2）組分的濃度與擴(kuò)散距離z成直線關(guān)系。

3）等分子反方向擴(kuò)散發(fā)生在蒸餾過(guò)程中。

ppB1pA1pA2pB2擴(kuò)散距離z0zp結(jié)論：第14頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：在如圖所示的兩個(gè)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(zhǎng)0.61m，內(nèi)徑24.4m，系統(tǒng)的溫度為25℃，壓強(qiáng)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(kuò)散系數(shù)為2.3×10－5m2/s。試求：（1）單位時(shí)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(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2．單向擴(kuò)散總體流動(dòng)：因溶質(zhì)Ａ擴(kuò)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(dòng)§2.2.1分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律

第16頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2．單向擴(kuò)散——微分式第17頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2．單向擴(kuò)散在氣相擴(kuò)散——積分式第18頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天在氣相擴(kuò)散漂流因數(shù)（>1）代表總體流動(dòng)的影響第19頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天漂流因數(shù)（>1）代表總體流動(dòng)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(dòng)對(duì)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(dòng)使傳質(zhì)速率較單純分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。當(dāng)混合物中溶質(zhì)A的濃度較低時(shí)，P︽PBm，總體流動(dòng)可以忽略不計(jì)第20頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天結(jié)論：1）、——漂流因數(shù)，無(wú)因次

2）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在吸收過(guò)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(dòng)的影響大。低濃度時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動(dòng)的影響小。

第21頁(yè),共24頁(yè)，2024年2月25日，星期天若為單向擴(kuò)散，則第22頁(yè),共24頁(yè)，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(guò)，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過(guò)1mm厚的靜止空氣層擴(kuò)散到Na2CO3溶液中，混合氣體中CO2的摩爾分率為0.2，CO2到達(dá)Na2CO3