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1、7.1 概述 第七章 传质与分离过程概论 7.2.1 分子传质（扩散） 7.2 质量传递的方式与描述 一、分子扩散现象与费克定律 1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象分子传质。 v 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散 v分子传质在气相、液相和固相中均能发生 播放动画31：分子扩散现象 描述分子扩散过程的基本定律费克第一定律 。 kmol/(m2 s ) 费克第 一定律 DAB 组分A在组分B中的扩散系数，m2/s 一、分子扩散现象与费克定律 2.费克(Fick)定律 及 DBA 组分B在组分A中的扩散系数，m2/s 对于两组分扩散系统 一、分子扩散现象与费克定律 微分
2、得 故此得 3.总体流动现象 示例：用水吸收空气中的氨 一、分子扩散现象与费克定律 设由A、B组成的二元气体混合物，其中 A为溶 质，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这 样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分 B不能进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入 液相，在相界面的气相一侧会留下“空穴”。根据 流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补， 这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的 运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动。 相界面 气相（AB）液相 S 主体 流动 一、分子扩散现象与费克定律 二、气体中的稳态分子扩散 设由A、B两组分组成的二元混合物中，组 分A、B
3、进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。 1.等分子反方向扩散 气相 相界面 液相 易挥发组分 N A NB 难挥发组分 蒸馏操作 对于等分子反方向扩散 NA=NB 二、气体中的稳态分子扩散 因此得 N=NA+NB=0 故此得 等分子反方向扩散 (1) z = z1 边界条件 cA = cA1 ( pA = pA1 ） (2) z = z2 cA = cA2 ( pA = pA2 ） 二、气体中的稳态分子扩散 求解得 当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混 合物处理，则 二、气体中的稳态分子扩散 据此得 设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A 为扩散组分，组分B为
4、不扩散组分（称为停滞组分 ），组分A通过停滞组分B进行扩散。 吸收操作 液相 相界面 气相 溶质 N A NB0 惰性组分B 2.一组分通过另一停滞组分的扩散 二、气体中的稳态分子扩散 对于组分A通过停滞组B的扩散NB= 0 整理得 二、气体中的稳态分子扩散 N=NA+NB=NA (1) z = z1 边界条件 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2c A= cA2 ( pA= pA2 ） 二、气体中的稳态分子扩散 一组分通过另一 停滞组分的扩散 二、气体中的稳态分子扩散 求解可得 或 由于扩散过程中总压不变 二、气体中的稳态分子扩散 令 据此得 组分 B 的对 数平均
5、分压 二、气体中的稳态分子扩散 比较 反映了总体流动对传质速率的影响 相差 飘流因 数 二、气体中的稳态分子扩散 因为 故 总体流动影响 无总体流动 二、气体中的稳态分子扩散 三、液体中的稳态分子扩散 1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出 组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s 三、液体中的稳态分子扩散 参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散 过程，可写出 2.一组分通过另一停滞组分的扩散 或 三、液体中的稳态分子扩散 其中 停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度 停滞组分 B 对数平均摩 尔分数 四、扩散系数 1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓
6、度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 m2/s 范 围内。 四、扩散系数 估算气体扩散系数经验公式 福勒公式 组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； 组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol 。 四、扩散系数 简单分子的扩散体积 物 质 v /（cm3/mol） 物 质 v /（cm3/mol） H27.07CO 18.90 D26.70CO2 26.90 He2.88N2O 35.90 N217.90NH3 14.9
7、0 O216.60H2O 12.70 air20.10（CCl2F2）114.80 Ar16.10(SF6) 69.70 四、扩散系数 原子的扩散体积 元 素 /（cm3/mol） 元 素 /（cm3/mol） C 16.50(Cl) 19.5 H 1.98(S) 17.0 O 5.48芳香环20.2 (N) 5.69杂 环20.2 四、扩散系数 由福勒公式可知，气体扩散系数与 成正 比、与 成反比。根据该关系，可得 、 下的扩散系数，m2/s； 、 下的扩散系数，m2/s。 四、扩散系数 2.液体中的扩散系数 液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温 度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩
8、散系 数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液 体混合物的扩散系数列于附录一中。液体中的扩散 系数，其值一般在 m2/s 范围内。 四、扩散系数 估算液体扩散系数经验公式 威尔基公式 溶剂 B 的摩尔质量，kg/kmol； 溶质在正常沸点下的分子体积，cm3/mol。 溶剂 B 的黏度，Pa s； 溶剂 B 的缔合因子； 四、扩散系数 常见溶剂的缔合因子 溶剂名称水甲 醇乙 醇苯非缔合溶剂 缔合因子2.61.91.51.01.0 四、扩散系数 某些物质在正常沸点下的分子体积 物 质分 子 体 积 /（cm3/mol） 物 质 分 子 体 积 /（cm3/mol） 空气29.9 H2O18.9 H214.3H2S32.9 O225.6NH325.8 N231.2NO 23.6 Br253.2N2O 36.4 Cl248.4SO2 44.8 CO30.7I271.5 CO234.0 练 习 题 目 思考题 作业题: 3、4、5 1.求解分子传质问题的基本方法是什么？ 2.“漂流因子”与总体流动有何关系？ 3.气体扩散系数与哪些因素有关？ 4.如何获得气体扩散系数与液体扩散系数？
