化工原理 北京化工大学53.pdf

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1、北京化工大学化工原理电子课件5.3.分子扩散与单相传质5.3.1.分子扩散5.3.2.单相分子扩散5.3.3.单相对流传质5.3.4.界面上的浓度返回北京化工大学化工原理电子课件5.3.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。5.3.1.分子扩散1．分子扩散与菲克定律返回北京化工大学化工原理电子课件分子扩散现象：返回北京化工大学化工原理电子课件分子扩散：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

2、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的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。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。返回北京化工大学化工原理电子课件dcAJ=−DAABdzJ——组分A扩散速率（扩散通量），kmol/Ad（cmA2·s）；—组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；dzD——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。AB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返回北京化工大学化工原理电子课件pA理想气体：cA=RTdc1dpAA=dzRTdzDdp

3、ABAJ=−ARTdz返回北京化工大学化工原理电子课件5.3.2.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TPTPpA1JApA2ppB112B2JB返回北京化工大学化工原理电子课件等分子反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。DdpABAJ=−ARTdzDdpBABJ=−BRTdz总压一定p=p+pABdpdpAB=−dzdz返回北京化工大学化工原理电子课件J=－JABD=D=DABBA（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/(

4、m2·s)。DdpN=A气相：J=−AARTdz返回北京化工大学化工原理电子课件DN=(p−p)AA1A2RTzdcN=AJ=−D液相：AAABdzDN=(c−c)AA1A2z（3）讨论1）NA∝pA1−pA2返回北京化工大学化工原理电子课件2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。pppB2pB1pA1pA20扩散距离zz3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。2．单向扩散及速率方程返回北京化工大学化工原理电子课件（1）总体流动：因溶质Ａ扩散JA到界面溶解于溶剂中，造NMcA/cNA成界面与主体的微小压差，总体流动NMNMcB/c使得混合物向界面处的流JB动。（2）总体流动的特点：121）因

5、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。返回北京化工大学化工原理电子课件cAcBNMA=NMNMB=NMcc（3）单向扩散传质速率方程cAN=J+NAAMccBN=J+NBBMccB0=J+NBMccBJ=−NBMc返回北京化工大学化工原理电子课件cBJ=NAMcccc+cBAABN=N+N=N=NAMMMMcccN=NAMdccAAN=−D+NAAdzcDcdcAN=−——微分式Ac−cdzA返回北京化工大学化工原理电子课件ppA在气相扩散cA=c=RTRTDpdpAN=−ART(p−p)dzAzpA2DpdpANdz=−∫0A∫pA1RT(

6、p-pA)Dpp−pA2N=lnARTzp−pA1DppB2N=ln——积分式ARTzpB1返回北京化工大学化工原理电子课件p=p+p=p+pA1B1A2B2Dpp⎛p−p⎞B2⎜B2B1⎟N=ln×A⎜⎟RTzpp−pB1⎝B2B1⎠Dpp−pA1A2=RTzpB2−pB1ln(pp)B2B1p−pB2B1p=BmpB2lnpB1返回北京化工大学化工原理电子课件DpN=(p−p)——积分式AA1A2RTzpBmDc液相：NA=(cA1−cA2)——积分式zcSmc−cS2S1c=SmcS2lncS1（4）讨论1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系pc2）、——漂流因数，无因次pcBmS

7、m返回北京化工大学化工原理电子课件漂流因数意义：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。pc>1>1pBmcSm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。返回北京化工大学化工原理电子课件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