分子扩散与菲克定律.

1、一、分子扩散与菲克定律 二、气相中的稳定分子扩散四、对流传质第六章 吸收第三节传顾机翅与阪收斑.率z>吸收过程涉及两相间的物质传递，包扌舌三个步骤:溶质山气相主体传递到两相界面，即气和内的物质传递;溶质在相界而上的溶解，由气相转入液相，即界而上发卞的溶解过和溶质自界®被传递至液相主体，即液相内的物质传递。r分子扩散单相内物质传递的机理V、分子扩散与菲克定律1、分子扩散：一相内部有浓度差异的条件下，山于分子的无规则热运动而造成的物质传递现彖。2.菲克定律AB单位而积上单位时间内扩散传递的物质S ,2）菲克定律dC.ddz试分析与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及联系。3）分子扩散

2、系数间的关系対J：双组分物系：cy =c. +c.=常'数=仝RTdzdz根据菲克定律:乙=-D"Dab = Dqa由A、B两种气体所构成的混合物中，AijB的扩散系数相等。二、气相中的稳定分子扩散1. 等摩尔反向扩散1）等摩尔反向扩散亠Pai P現亠Pa2P理pl2 p例如粘憎过程P2)传递速率在任一固怎的空间位置上，单位时间通过单位面积的A 物质暈，称为人的传递速率，以九表示。Nj -宀 一2% d乙RT dz分离变量并进行积分，积分限为:Z = 0Pa = PaxPa = PaD（Pa2-Pai）传质速率为:2、一组分通过另一停滞组分的扩散1) 一组分通过另一停滞组分的

3、扩散例如吸收NaXnS2Pa2Pb2p2）传递速率设总体流动通S为N,其中物质A的通S为:C.N* = N 4A C总体流动中物质B向右传递的通S为Na=Ja+N 亡Nr=Jb +%哙即几5= N-C将儿一6加'cn = Na 代入 Na=Ja +n 亡Na =DCC-s d乙若扩散在气相屮进行,则:CaPaRTPc =RT NaDRT P-Pa dzNaDP叽RT分离变址后积分.N叫4zRT Pbx Pa + Pb = Pa2, + Pb2 Pa Pa2 = Pb2 Pn心=严10汕严S)zRT Ph Pb2 Pr漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的PBm影响。P因P >

4、Pm，所以漂流因数A1Plim三、扩散系数分了扩散系数简称扩散系数.它是物质的特性常数ZO同一物质的扩散系数随介质的种类.温度、压强及浓度的不同而变化。物质在不同条件下的扩散系数一般需要 通过实验测定。1、物质在气体中的扩散系数气体A在气体B'p (或B在A屮)的扩散系数，对按马克斯韦尔一吉利兰(MaxwelLGilliland)公式进行估算3I4.36X 10"丁 2（_!_+_!_）2 MrD =色+%）22、物质在液体中的扩散系数物质在液体屮的散系数与组分的性质、温度、粘度以及浓度有关。对于很稀的非电解溶液，物质在液体中的扩散系数Q “ =7.4x101、涡流扩散凭籍流

5、体质点的流动和旋涡来传递物质的现象。a先2、对流传质流动流体与两和界面么间的传质1）固定界面气固W相或液固站相间的界而2)流动界面气液两相和液液两相间的界面«相TMH!iH栢界£6:PjmI冷Is对于等摩尔反方向扩散Na 好Pa'一 2)对丁单向扩散"歳Qi五、吸收机理1、双膜理论双膜理论相互接触的气液两相间冇一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液対相处丁平衡状态。界面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液膜，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞 流流动，溶质以分了扩散的方式进行传质。膜外的气液相主体屮，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很

6、均匀，传质的阻力町以忽略不计，传质阻力集屮在两层膜内。六、吸收速率方程式吸收速率单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数,川M表示，单位通常j|Jkmol/m-.So吸收传质速率力程：吸收速率与吸收推动力之间关系的数学戍吸收速率=传质系数X推动力1、气膜吸收速率方程式Na =-（P-几）ZN P叭Nr =kp- Pi气膜吸收速率方程式气膜吸收系数，kmol/(m.s. kPa)。也可写成：P Pi N 次当气相的组成以摩尔分率表示时Na心一以表示的气膜吸收系数，knoll/(ms).当气相组成以摩尔比浓度表示时 匕)ky一以zxy表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m.s)c2、液膜吸收速率

7、方程式DCNa =(Cj -c)D'CC- cN池=亠液膜吸收速率方程%Q以c为推动力的液膜吸收系数，m/s；当液相的组成以摩尔分率表示时Na = kx (勺一 X)k 一以Ar为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m-.s)o当液相组成以孵尔比浓度表示时NxgX、kx 以AX为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m-.s)o3、界面浓度 Na =Pi) = k/Cj -c)p- Pic qkG当已知两和组成的平衡关系，如p*=7*(c)和上式联立便可求出Pi，Ci4、1)a)总吸收系数及相应的吸收速率方程式以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式以4“为推动力的吸收速率方程Na=Kg5-K

8、 以a为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m-.s.Pa)P * 与液相主体浓度C成平衡的气相分压，Paoh）以dy为推动力的吸收速率方程Ky 以dy为推动力的气相总吸收系数，kmol/（m-.s）o2）以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式a）以Zk为推动力的吸收速率方程NaC)A7以为推动力的液相总吸收系数，m/sb）以dx为推动力的吸收速率方程*Na =K.2 一兀)K 一以为推动力的液相总吸收系数，kmol/（m-.s）3）用摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式适川条件：溶质浓度很低时 a）以（F -厂）表示总推动力的总吸收速率方程式据分压定律p = PyYYy *y = p = F

9、 P 一尸1丄V*1 + YI + Y1 + /*代入 Na =Kg（P-P*）YYNa =Kg（PP一Na =1 + r i + r *KqP 亠”、（l + y）（l + y*）KgP（i + y）（i + F*）Na =Ky（Y-Y）Ky 一以为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m-.s)b)以(x*-x)表示总推动力的吸收速率方程式N =&x（X*-X）K 一以AX为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m-.s)5、各种吸收系数之间的关系r NA = K（p- p）化 P - P* = Na1) 总系数与分系数的关系KgNNa =55-P - Pi =山亨利尬律:5 = Hp

10、ic = Hp *Na =紅(q c) = %H5 一 "*)N. N.一宀 3 p)+ s丹=+ G乙Kg HkL=1Kg Hg丁厂匚厂分别为总阻力、气膜阻力和液膜阻力Kq Kg hk I,即总阻力二气膜阻力+液膜阻力同理1 H 1K Lk.在溶质浓度很低时II m=h Ky ky kxKx1k Xmky2）总系数间的关系«）气相总吸收系数间的关系Ky = PKgKqPKy =（i + rxi + r）当浴质在气相叩的浓度很低时Ky Q KgPh）液相总传质系数间的关系Kx - K©、Kx = CKlC）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系KG=HgKx=mKy

11、3）各种分系数间的关系k、' = PJ 心=6、传质速率方程的分析1）溶解度很大时的易溶气休» Hk.=1 Kg Hk.Q Kg即Kg "g气膜控制例：水吸收氨或HC1气体液膜控制例：水吸收氧、CO.2）溶解度很小时的难溶气体1 H 1=1Kl 3 紅当H很小时，«.丄% Kl kL-液膜控制3）对于溶解度适中的气体吸收过程气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，要提高过程速率，必须兼顾气液两端阻力的降低。小结:用一相主体与界面的浓1=1度差表示推动力1I广与膜系数相对应的吸收速率式吸收速率方程与总系数对应的速率式用一相主体的浓度与其平衡Nr =kp-p.=kyy-y.=ky(Y-Y.NaNa= KP -八Na =心（门