《分子扩散》PPT课件.ppt

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1、第十一章分子扩散分子传质包括分子扩散、热扩散、压力扩散和强迫扩散分子扩散现象最常见，其它型式扩散存在的同时必发生分子扩散分子扩散是在静止的系统中由于存在浓度梯度而发生的质量传递现象一、简介：CA=f(x，y，z，τ)（1）一维、二维和三维分子扩散；（2）稳态的分子扩散和非稳态的分子扩散；（3）无化学反应的分子扩散和有化学反应的分子扩散；特殊的是：无化学反应一维稳态的分子扩散CA=f(z)二、分子扩散分类：§11-1分子扩散系数1.定义：2.物理意义:物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，反映分子扩散过程的动力学特性。3.主要影响因素:分子扩散系数取

2、决于压力、温度和系统的组分。4.物质三态分子扩散系数大小比较：与导热系数相反：气体最大，固体最小，液体在两者之间。一、一般物质的扩散系数1.气相扩散系数2.液相扩散系数3.固相扩散系数二、多孔介质中的扩散三、其它型式的扩散本节的主要研究内容：1.气相扩散系数（双组分混合气体）模型：1.弹性刚球模型2.麦克斯韦尔模型3.萨瑟兰模型4.勒奈特-琼斯模型一、一般物质的扩散系数（1）弹性刚球模型（2）勒奈特-琼斯（Lennard-Joner)模型DＡＢ——扩散系数，cm２／s；T——绝对温度，K；p——压力，atm；MＡ，MＢ——组分A和组分B的分子量

3、,kg/kmol；σAB——平均碰撞直径，埃(勒奈特-琼斯势参数)；ΩD——基于勒奈特-琼斯势函数的分子碰撞积分[f(kT/εAB）］，见表11－2εAB——分子间作用的能量，erg(勒奈特-琼斯势参数)分子碰撞积分ΩD是为了考虑分子之间的相互作用力而引入的一个参数，当不考虑分子之间的相互作用力时ΩD=1。势参数εAB和σAB可按下列两式根据相应的纯物质的值计算:某些纯物质的ε和σ值可从表(11-3)中查得。ε和σ值也可以按下面的方法近似计算：Vb——扩散质(溶质)的摩尔体积，摩尔体积指常压下沸点时每克摩尔液态物质所占的体积cm3/gmol。简单

4、分子的摩尔体积示于表11-4中；Tb——常压下沸点温度；Vc——临界摩尔体积；Tc——临界温度；pc——临界压力。若组分一定，则组分A、B的分子量确定，σAB一定，扩散系数DＡＢ是T、p、分子碰撞积分ΩD的函数：例题11-1某一混合气体的各组分的摩尔分数为yN2=0.7；yCO=0.3，温度为303K，总压力为2bar。试确定扩散系数。解:从表11-1中查得在温度为288K和压力为1×105Ｎ/m2时的Dco-N2=1.945×10-5m2／s。ＤAB,2＝ＤAB,1×(Ｔ2/Ｔ1)3/2(p1/p2)当温度为303K和压力为2

5、×105N/m2时:ＤAB,2＝1.945×10-5(303/288)(3/2)(1/2)＝1.05×10-5m2/s2.液相扩散系数液相扩散不仅与物系的种类、温度有关，并且随溶质的浓度而变化。只有稀溶液的扩散系数才可视为常数。斯托克斯-爱因斯坦方程爱因斯坦假设扩散粒子是半径为rＡ的刚球质点，以恒定速度uＡ在一个粘度为μＢ的连续介质中移动。按照斯托克斯定律层流中一个以稳态速度运动的球，其所受的力是:FA＝6πrAμBuA(11-8)在稀溶液中可导得:DAB=kTuA/FA(11-9)式中:uA/FA——在单位力作用下，溶质A的分子运动速

6、度k——玻尔兹曼常数；DAB——溶质A在溶剂B中的扩散系数；T——绝对温度。将式(11-8)代入式(11-9)得DAB=kT/(6πrAμB)(11-10)这即是斯托克斯-爱因斯坦方程式。液体结构的最古老的理论乃是空穴理论。这个理论假定整个液体内存在许多杂乱分布的空穴和空位，这些空穴或空位为原子或离子的扩散提供了扩散的途径。液体内的扩散速率远高于恰处在熔点的固体内的扩散速率。空穴理论MＢ——溶剂的分子量；μＢ——溶液的动力粘度，cp(厘泊)；Vb——溶质的摩尔体积，示于表(11-4)中ΦＢ——溶剂的缔合系数。溶剂水甲醇乙醇苯、醚、烷

7、烃及不缔合性溶剂Φ2.61.91.51.0威尔克方程（稀溶液）例题11-2已知10℃水的μB＝1.45cP；25℃水的μB＝0.8937cP，试计算醋酸在10℃及25℃水中扩散系数。解：查表11-4，醋酸(CH3COOH)的分子体积为VA=2×(14.8)+4×(3.7)+12+7.4=63.8水的ΦB＝2.6，MB＝18.02，Tk＝283K；298K。3.固相扩散系数研究气体或液体进入固态物质孔隙的扩散研究借粒子的运动在固体之间进行的扩散温度对固体的扩散系数有很大的影响。两者的关系可用下式表示式中Q---扩散激活能；D0---扩散常数，或称

8、为频率因子；R---气体常数。在简单立方晶格内，自扩散系数可用下式表示:DAA=a2ν/6(11-13)式中ＤAA——自扩散系数，所谓