分子扩散基本定律.ppt

硅酸盐工业热工基础 3.1分子扩散基本定律 3.1.1基本概念 1、质量浓度与质量分数 质量浓度 在单位容积中所含某组分的质量，即质量浓度。 组分A,B在容积V中具有的质量 1 硅酸盐工业热工基础 组分A的质量分数定义为其质量浓度与总质量浓度之比 ，即 由定义得知，质量分数的总和必为1，即 2 硅酸盐工业热工基础 物质的量浓度 在单位容积中所含某组分的物质的量，即物质的量浓度。 组分A,B在容积V中具有的物质的量 2物质的量浓度与摩尔分数 3 硅酸盐工业热工基础 对于理想气体混合物中的组成A，物质的量浓度为 式中 PA混合物中组分A的分压力； nA组分A的物质的量； V 气体体积； 4 硅酸盐工业热工基础 组分A的物质的量浓度与混合物总物质的量浓度之 比，称为摩尔分数，用y(或x)表示 运用理想气体状态方程到上式，有 由定义可知，摩尔分数的总和为1 5 硅酸盐工业热工基础 3扩散速度 多元混合物的质量平均速度 绝对速度= 主体流动速度+扩散速度 6 硅酸盐工业热工基础 4扩散通量 传质通量（又称传质速率）是指在垂直于速度方向上 ，单位面积单位时间内所通过的物质的数量，如质量 通量kg/(m2s)或摩尔通量mol/(m2s)等。 7 硅酸盐工业热工基础 （1）以绝对速度表示的质量通量 设二元混合物的总质量浓度为，组分A、B的质量浓度分别 为 A、 B，则以绝对速度表示的质量通量为 混合物的总质量通量为 因此得 8 硅酸盐工业热工基础 同理，设二元混合物的总物质的量为C，组分A、 B的物质的量浓度分别为CA、CB ，则以绝对速度表示 的摩尔通量为 二元混合物的总物质的量为 9 硅酸盐工业热工基础 （2）以扩散速度表示的质量通量 摩尔通量 对于两组分系统，有 10 硅酸盐工业热工基础 （3）以主体速度表示的质量通量 11 硅酸盐工业热工基础 3.1.2 FICK定律 在稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物的组分 A和B发生互扩散。 组分A向组分B的扩散通量（质量通量j或摩尔 通量J）与组分A的浓度梯度成正比 扩散基本定律斐克定律： (Kg/m2.s) (Kg/m2.s) (Kmol/m2.s) (Kmol/m2.s) 12 硅酸盐工业热工基础 若在扩散的同时伴随有混合物的主体流动，则物质实际传递 的通量除分子扩散通量外，还应考虑由于主体流动而形成的通 量。 整理，得 同理 13 硅酸盐工业热工基础 物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物 理性质之一。根据斐克定律，扩散系数是沿扩散方向， 在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积 所扩散某物质的质量或摩尔数，即 可以看出，质量扩散系数D和动量扩散系数及热热量系 数a具有相同的单单位（m2/s）或（cm2/s）， 3.1.3 分子扩散系数 14 硅酸盐工业热工基础 l气体 两种气体A与B之间的分子扩散系数可用 (Gilliland)提出的半 经验公式估算： 热力学温度； 总压强； 气体A，B的分子量； 气体A，B在正常沸点时液态克摩尔容 积 A、B 15 硅酸盐工业热工基础 表3-3列举了在压强、温度T0=273K时各种气体在空 气中的扩散系数D0，在其它p、T状态下的扩散系数可用 下式换算 16 硅酸盐工业热工基础 l液体 若已知温度为T1、溶剂粘度为 条件下的液体扩散系数 则可根据下式推算T2与 条件下的D2,AB B1 D1,AB， B2 l固体 1.与固体结构无关 由于固体扩散中，组分A的浓度一般都很低，CA/C很小可 忽略，则由斐克定律 17 硅酸盐工业热工基础 2.与固体结构有关 当固体内部孔道的直径d远大于流体分子运动自 由程入时，一般d100 时，则扩散时扩散分子之间 的碰撞机会远大于与壁面之间的碰撞，扩散仍遵循 斐克定律，称FICK型扩散 18 硅酸盐工业热工基础 根据分子动理论 代入得 为克努森扩散通量方程 当固体内部的孔道直径d小于气体分