分子扩散基本定律.ppt

1、1,3.1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,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,1,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,1,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；,1,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

2、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1,1,3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,1,4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。,1,（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,1,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

3、量为,1,（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,1,（3）以主体速度表示的质量通量,1,3.1.2 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),1,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,1,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

4、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,1,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,1,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,1,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,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,1,2.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,1,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