物质传输精品课件

1、关于物质的传输第一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部分的现象，简称传质。传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁移，不是物质的宏观移动，着眼点是浓度场的变化。第二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月研究方法研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小，传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定解条件也类似，从传热中

2、得到的许多结果可以通过类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足，传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再适用。第三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月第十一章 基本概念和扩散系数一、传质方式、浓度、物质流 1. 传质方式 （1）扩散传质由体系中浓度差（化学势差）引起的质量传输。 （传导传质） （2）对流传质由流体宏观运动引起。 （3）相间传质通过不同的相界面进行。第四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月2. 浓度（1）质量浓度 （单位体积中的组分质量） 总质量密度（2）质量分数第五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月（3）摩尔浓度总摩尔浓度分子量 （g）（4）摩尔分数

3、（5）分压气体 质量分数与摩尔分数的关系？书(11-10), (11-11)第六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月3.传质通量 （1）速度A 相对于静止坐标： i 组分运动速度vi (m/s)多组元混合物，质量平均流速 摩尔平均流速 B 相对于质量平均速度 v： i 组分运动速度vi -v (m/s)C 相对于摩尔平均速度 vm： i 组分运动速度vi -vm (m/s)第七张，PPT共二十五页，创作于2022年6月（2）传质通量单位时间内通过单位截面的 i 组分的 质量 质量传质通量 摩尔数摩尔传质通量A 相对于静止坐标： i 组分运动速度vi (m/s)质量传质通量摩尔传质通量B

4、相对于质量平均速度 v： i 组分运动速度vi -v (m/s)C 相对于摩尔平均速度 vm： i 组分运动速度vi -vm (m/s)质量传质通量摩尔传质通量第八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月二、Fick第一定律对于双组分A,B溶液使用相对于质量平均速度：使用相对于摩尔平均速度：（质量传质通量）（摩尔传质通量）若使用相对于静止坐标的速度：第九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月相对于静止坐标的组分A的传质通量，由两部分组成，一部分是由浓度梯度引起，一部分由流动引起。DAB称互扩散系数。定义由浓度梯度引起的单组元本征扩散：ci摩尔浓度， i 质量浓度 Di本征扩散系数（以自身

5、浓度梯度为动力进行的扩散系数以化学势为驱动力：第十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月三、菲克第二定律对于非稳定扩散：或三维：稳定：有化学反应且Diconst：第十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月四、固体中的扩散和扩散系数1. 扩散机理（对金属、非金属晶体） 空位扩散 间隙扩散 环圈扩散2. 固体扩散系数（P.254） 自扩散系数均质材料（无浓度梯度）时的扩散系数。 本征扩散系数以自身浓度梯度为动力的扩散系数。 互扩散系数各组分相互影响下的扩散系数。第十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月3. 柯肯达尔效应Au-Ni互相扩散。Au棒变短。表明Au向Ni中扩散比Ni向A

6、u中扩散得多，即组元的本征扩散系数不相等。互扩散系数不仅与组分浓度有关，并且与本征扩散系数有关达肯方程：AuNiAuNi900， 长时间保温第十三张，PPT共二十五页，创作于2022年6月推导： 设标记移动速度v，A-Au，B-NiA，B组元本征扩散：质量平衡：第十四张，PPT共二十五页，创作于2022年6月通过某截面的组元A的总扩散通量为：第十五张，PPT共二十五页，创作于2022年6月 达肯公式互扩散系数与本征扩散系数的关系第十六张，PPT共二十五页，创作于2022年6月4. 化学位驱动下的扩散系数扩散驱动力其实是化学势梯度每个分子所受的驱动力令A的扩散速度为BA：单位驱动力下A的扩散速度

7、淌度可导得本征扩散系数：第十七张，PPT共二十五页，创作于2022年6月对二元系，令cA=xA, cB=xB，由吉布斯杜亥姆方程：本征扩散系数之比等于淌度之比。 (11-52)第十八张，PPT共二十五页，创作于2022年6月5. 温度对扩散系数的影响Arrhenius 公式金属：（11-54）原子价第十九张，PPT共二十五页，创作于2022年6月五、流体和多孔介质中的扩散和扩散系数1、液体中的扩散系数大多 10-410-5cm2/s 。一般也符合2、气体中的扩散系数气体扩散性强，扩散系数主要取物质本性和温度、压力因素，受浓度影响小，无柯肯达尔效应。对双组分混合气体： 单原子气体查普曼恩斯科克公

8、式 (P.262, 11-57) 非金属气体组分富勒公式 (P.263, 11-58)第二十张，PPT共二十五页，创作于2022年6月3、气体通过多孔介质分子扩散克努森扩散表面扩散 (过表面吸收层)分子扩散 孔道直径 d 远大于气体分子平均自由程 ( d / 100 )n孔隙率。介质中传质方向上单位长度中的孔道长度。Di,eff 有效扩散系数。第二十一张，PPT共二十五页，创作于2022年6月（2）克努森扩散 ( /d 10，考虑气体与孔壁之间的扩散 )n孔隙率。介质中传质方向上单位长度中的孔道长度。第二十二张，PPT共二十五页，创作于2022年6月分子扩散+克努森扩散：1. 如果DABDK，则以分子扩散为主，反之以克努森扩散为主。2. 计算与 r 的大小，如