冶金传输原理-第11章 扩散传质ppt课件.ppt

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1、第10章扩散传质11.1一维稳态分子扩散11.2非稳定态分子扩散11.1.1等摩尔逆向扩散11.1.2通过静止气膜的单相扩散11.1.3气体通过金属膜的扩散11.2.1忽略表面阻力的半无限大介质中的非稳定态分子扩散11..3影响扩散的因素11.3.1气相扩散系数11.3.2液相扩散系数11.3.1固体扩散系数第11章扩散传质概念研究目的:找出内部浓度分布规律，以及通过分子扩散方式所传递的质量通量。研究内容:在不流动或停滞介质以及固体中以分子扩散方式进行的质量传递过程。11.1.1等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散——由组分

2、A和B组成的没有化学反应的两组分混合物，且一种组分的摩尔通量密度与另一种组分的摩尔通量密度大小相等，方向相反，即11.1一维稳态分子扩散对于没有化学反应的一维稳态传质，式（10.16）简化为11.1一维稳态分子扩散没有总体流动、没有化学反应的不可压缩流体一维稳态传质时边界条件其解为由此可见，组分A的量浓度分布为直线.同理可得，组分B的量浓度分布为直线.等摩尔逆向扩散浓度分布11.1一维稳态分子扩散由表9.1及费克定律，对于双组分系统，其摩尔通量的表达式为对于常温常压下的双组分系统，c可视为常数，故上式可改写为将（11

3、.3）式对z求导并代入上式，可得见表9.111.1一维稳态分子扩散对于满足理想气体状态方程的完全气体混合物而言式中，pA1和PA2分别是组分A在z=0和z=L处的分压力。等摩尔逆向扩散的质量传递与一维稳态导热相类似(见表11.1）。等摩尔逆向扩散多发生在蒸发潜热基本相等的两种物质的蒸馏操作中。11.1一维稳态分子扩散11.1.2通过静止气膜的单相扩散A-B二组元系中,若A通过停滞物进行扩散,即NB=0,则为单向扩散。例如水膜表面的绝热蒸发即为典型例子之一。易挥发金属液体表面蒸发也属此列。液体表面的蒸发11.1一维稳态

4、分子扩散对没有化学反应的一维稳态传质，式（10.16）可简化为因为在Z1平面处，NBZ=0，由式（11.9）可知，在整个扩散方向上NBZ=0，即组分B为滞止气体。即沿z方向，A、B的摩尔通量为常数。此时组分A的摩尔通量仍可表示为当NB＝0时，上式简化为11.1一维稳态分子扩散见表9.1将式（a）代入式（11.9），有边界条件z=z1：xA=xA1z=z2：xA=xA2将方程式（11.2a）积分两次可得ln(1-xA)=C1z+C2(11.3)11.1一维稳态分子扩散其中积分常数Cl和C2由边界条件确定为代回式（11.

5、3）中，最后可得浓度分布方程为根据定义有，xB=1-xA，故：11.1一维稳态分子扩散可以看出，通过静止气膜单向扩散时，组分物质的摩尔浓度是按指数规律变化，如下图所示。单向扩散浓度分布11.1一维稳态分子扩散质量通量NAZ：对式（a)分离变量后在边界条件下积分，得对于气体，上式可改写为11.1一维稳态分子扩散11.1.3气体通过金属膜的扩散气体氢通过一金属膜的扩散气体氢通过一金属膜扩散，为一维稳态传质过程,其扩散通量为：由于xA很小，则xA·（NAz+NBz）可以略去，有：11.1一维稳态分子扩散问题：膜太薄，CA1

6、、CA2无法精确测定。在每一个气-膜界面上均存在下列平衡关系：式中s1、s2——气体（氢）与金属（膜）平衡时的溶解度S；pl、p2——氢在薄膜两边的分压。Kp——反应H2＝2H液的平衡常数；将气－膜界面上的浓度cA看成是的溶解度S,即cA→S，这样浓度梯度以压力表示出来：11.1一维稳态分子扩散所以（11.20）式可以写成p，与温度的关系为：——查相关表格确定Qp和A,将其代入式（b)求得p,,再将p’代入式（a)即可求出。求解11.1一维稳态分子扩散气体金属H2H2H2H2H2O2NiCuδ-FeAlFeAg1.2

7、×10-3(1.5～2.3)×10-42.9×10-3(3.8～4.2)×10-44.5×10-32.9×10-357.97666.976×78.27835.162128.92999.62794.394表X某些气体-金属体系的渗透率11.2.1忽略表面阻力的半无限大介质中的非稳定态分子扩散钢的表面渗碳非稳态扩散方程11.2非稳定态分子扩散初始浓度为cA0的半无限厚介质，若一侧表面浓度突然提高到cAw，并维持不变。描写这一现象的微分方程为:初始条件t=0，对所有z值：cA＝cA0边界条件t＞0，x=0：cA＝cAwx=

8、∞：cA＝cA0由于导热与扩散传质相似，所以将T→c,将a→DAB，则式（6.42）就可用于一维非稳态分子扩散过程。即半无限大介质的非稳态扩散11.2非稳定态分子扩散由式（11.26）可以计算任一时刻的浓度分布。任何时刻t时，在x=0处曲线的斜率为距离为渗透深度。11.2非稳定态分子扩散分子扩散系数表示物质的扩散能力。根据菲克定律：在1am时：