分子扩散基本定律

1、分子扩散基本定律1第1页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一组分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第2页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一物质的量浓度 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第3页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一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第4页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一组

2、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第5页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一3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第6页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一4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第7页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一（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

3、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第8页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一 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第9页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一（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第10页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一（3）以主体速度表示的质量通量11第11页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一3.1.2 FICK定

4、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第12页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一 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第13页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一 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

5、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量系数a具有相同的单位（m2/s）或（cm2/s），3.1.3 分子扩散系数14第14页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一气体 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、B15第15页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一 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、

6、T状态下的扩散系数可用下式换算 16第16页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一液体若已知温度为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,ABB1D1,AB，B2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第17页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一 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第18页，共19页，2022年，5月20日，9点54分，星期一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小于气体分子运动的平均自由程时，一般10