传质机理与扩散速率

关于传质机理与扩散速率1§2.2传质机理与扩散速率一．传质方式与理论当不平衡的气液两相接触时，若y>y*，则溶质从气相向液相传递，为吸收过程第2页,共24页，2024年2月25日，星期天双膜理论模型要点：

(1)

相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散。

(2)相界面上没有传质阻力，即可认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面处达到平衡。

(3)气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度,即无扩散阻力二、传质理论简介气膜液膜

pG

pi

传质方向

Ci

气相主体

液相主体

CL

dG

dL

z

距离

双膜模型

组成

第3页,共24页，2024年2月25日，星期天双膜理论模型（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。二、传质理论简介单相内传递方式：分子扩散；湍流扩散。第4页,共24页，2024年2月25日，星期天二、传质理论简介双膜模型缺陷：①只适用与有固定相界面的情形；③界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题第5页,共24页，2024年2月25日，星期天§2.2传质机理与扩散速率一．传质方式与理论每cm3所具有的分子个数，氧气：2.5×1019

水：3.3×1022铜：7.3×1022

第6页,共24页，2024年2月25日，星期天一．分子扩散

§2.2.1分子扩散与费克定律

A

B

扩散现象

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)。第7页,共24页，2024年2月25日，星期天二．费克定律

A

B

扩散现象

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。§2.2.1分子扩散与费克定律

第8页,共24页，2024年2月25日，星期天二．费克定律

A

B

扩散现象

§2.2.1分子扩散与费克定律

混合物的总浓度在各处是相等的，即：第9页,共24页，2024年2月25日，星期天二．费克定律

理想气体：=费克定律的其它表达形式：§2.2.1分子扩散与费克定律

第10页,共24页，2024年2月25日，星期天说明：（1）JA是相对扩散通量（2）DA,B是物性之一二．费克定律

DA,B（气）

10-5m2/sDA,B（液）

10-9m2/sDA,B（固）

<10-10m2/s§2.2.1分子扩散与费克定律

第11页,共24页，2024年2月25日，星期天

1．等摩尔反向扩散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112通过连通管内任一截面处两个组分的扩散速率大小相等。

§2.2.1分子扩散与费克定律

传质速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质量，记作N。第12页,共24页，2024年2月25日，星期天边界条件或者

1．等摩尔反向扩散第13页,共24页，2024年2月25日，星期天1）2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。

3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。

ppB1pA1pA2pB2扩散距离z0zp结论：第14页,共24页，2024年2月25日，星期天例：在如图所示的两个大容器内，分别装有组成不同的NH3和N2两种气体的混合物。连通管长0.61m，内径24.4m，系统的温度为25℃，压强为101.3kPa。左侧容器内NH3的分压为20kPa，右侧容器内NH3的分压为6.67kPa。已知在25℃、101.3kPa的条件下，NH3－N2的扩散系数为2.3×10－5m2/s。试求：（1）单位时间内自容器1向容器2传递的NH3的量；（2）连通管中与截面1相距0.305m处NH3的分压（kPa）第15页,共24页，2024年2月25日，星期天

2．单向扩散总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动§2.2.1分子扩散与费克定律

第16页,共24页，2024年2月25日，星期天

2．单向扩散——微分式第17页,共24页，2024年2月25日，星期天

2．单向扩散在气相扩散——积分式第18页,共24页，2024年2月25日，星期天在气相扩散漂流因数（>1）代表总体流动的影响第19页,共24页，2024年2月25日，星期天漂流因数（>1）代表总体流动的影响思考：混合气中A组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？漂流因子的大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，溶质的浓度愈大，其影响愈大。其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。当混合物中溶质A的浓度较低时，P︽PBm，总体流动可以忽略不计第20页,共24页，2024年2月25日，星期天结论：1）、——漂流因数，无因次

2）单向扩散体现在吸收过程中。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。

第21页,共24页，2024年2月25日，星期天若为单向扩散，则第22页,共24页，2024年2月25日，星期天例：在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，CO2与空气混合气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过1mm厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体中CO2的摩尔分率为0.2，CO2到达Na2CO3