3.1分子扩散基本定律

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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2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组分A的物质的量浓度与混合物

2、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153．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64．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/(m2·s)或摩尔通量mol/(m2·s)等。7（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同理，设二元混合物的总物

3、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（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（3）以主体速度表示的质量通量113.1.2FICK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若在扩散的同时伴随有混合物的主体流动，则物质

4、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ν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

5、，B在正常沸点时液态克摩尔容积μA、μB15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,ABμB1D1,AB，μB2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172.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d≥100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

6、散仍遵循斐克定律，称FICK型扩散18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>100d，扩散物质A通过孔道的扩散阻力将主要取决于分子与壁面的碰撞阻力，此种扩散现象称为克努森扩散。克努森扩散的通量可采用下式描述:19