《化工原理 下册 天津大学柴诚敬 03－04学时》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理 下册 天津大学柴诚敬 03－04学时（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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。,分子传质又称为分子扩散，简称为扩散,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,微分得,故此
2、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。,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。,
3、1.等分子反方向扩散,气相 相界面 液相,易挥发组分,NA,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
4、相 相界面 气相,溶质,NA,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 = z2,c 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
5、,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
6、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,四、扩散系数,原子的扩散体积,四、扩散系数, 、 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,四、扩散系数,某些物质在正常沸点下的分子体积,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？,
