化工原理 63.ppt

1、2.3.分子扩散与单相传质 2.3.1. 分子扩散 2.3.2. 单相分子扩散 2.3.3. 单相对流传质 2.3.4. 界面上的浓度,2.3. 分子扩散与单相传质,吸收过程：,（1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。,单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。,1分子扩散与菲克定律,2.3.1. 分子扩散,分子扩散现象：,分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。,扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散

2、的物质量，J表示， kmol/(m2s)。,菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。,JA组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/m2s）；,组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；,DAB组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。,负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行,理想气体：,=,2.3.2. 单相分子扩散,分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。,1等分子反向扩散及速率方程,(1)等分子反向扩散,等分子反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。,总压一定,=,JA=JB,DA

3、B=DBA=D,（2）等分子反向扩散传质速率方程,传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间 内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2 s) 。,气相：,NA=,液相：,（3）讨论,1）,2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。,2单向扩散及速率方程,（1）总体流动：因溶质扩散 到界面溶解于溶剂中，造 成界面与主体的微小压差， 使得混合物向界面处的流 动。,（2）总体流动的特点：,1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。,（3）单向扩散传质速率方程,微分式,在气相扩散,积分式,积分式,积分式,液相：,（4）讨论,1）组分A的浓度

4、与扩散距离z为指数关系,漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影 响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩 散增大的倍数。,漂流因数的影响因素： 浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。,3）单向扩散体现在吸收过程中。,3扩散系数,扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映 某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常 数之一；D，m2/s。,D的影响因素：A、B、T、P、浓度,D的来源：查手册；半经验公式；测定,（1）气相中的D,范围：10-510-4m2/s,经验公式,（2）液相中的D,范围：10-1010-9m2/s,【例2-

5、1】有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空气通过，5小时后，管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度保持293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。,单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率：,=,解,2.3.3. 单相对流传质,1涡流扩散,涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部 存在浓度梯度，流体质点便会靠 质点的无规则运动，相互碰撞和 混合，组分从高浓度向低浓度方 向传递，这种现象称为涡流扩散。,注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性 常数，其值与流体流动状态及所处的位置有 关 。,总扩

6、散通量：,2有效膜模型,（1）单相内对流传质过程,1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分 子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随z的 变化较陡。,2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散， 溶质浓度均一化，pA随z的变化近似为水 平线。,3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随z的 变化逐渐平缓。,（2）有效膜模型,单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散 。,3单相对流传质速率方程,（1）气相对流传质速率方程,有效膜厚G由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E，则厚度G为E到相界面的垂直距离。,以分压差表示推动力的气相传质分系数， kmol/（m2skPa）。,=传质系数吸收的推动力,气相对流传质速率方程有以下几种形式：,以气相摩尔分率表示推动力的气相传 质分系数，kmol/（m2s）；,各气相传质分系数之间的关系：,液相传质速率方程有以下几种形式：,（2）液相对流传质速率方程,kL以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相 对流传质分系数，kmol/（m2skmol/m3）；,以液相组成摩尔分率表示推动力的液相 对流传质分系数，kmol/（m2s）；,各液相传质分系数