传质机理与扩散速率

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1、2.2传质机理与扩散速率传质机理与扩散速率浙江大学本科生课程化工原理1第七章 质量传递基础2.2传质机理与扩散速率传质机理与扩散速率一传质方式与理论一传质方式与理论当不平衡的气液两相接触时，若当不平衡的气液两相接触时，若yy*，则溶质从气相向，则溶质从气相向液相传递，为吸收过程液相传递，为吸收过程浙江大学本科生课程化工原理2第七章 质量传递基础双膜理论模型双膜理论模型要点：要点：(1)相相界界面面两两侧侧流流体体的的对对流流传传质质阻阻力力全全部部集集中中在在界界面面两两侧侧的的两两个个停停滞滞膜膜内内，膜膜内内传质方式为分子扩散。传质方式为分子扩散。(2)相相界界面面上上没没有有传传质质阻阻

2、力力，即即可可认认为为所所需需的的传传质质推推动动力力为为零零，或或气气液液两两相相在在相相界界面面处达到平衡。处达到平衡。(3)气膜和液膜外湍流流动气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度无浓度梯度,即无扩散阻力即无扩散阻力二、传质理论简介二、传质理论简介气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci气相主体气相主体 液相主体液相主体 CLd dGd dLz距离距离双膜模型双膜模型组成组成浙江大学本科生课程化工原理3第七章 质量传递基础双膜理论模型双膜理论模型（1）A由气相主体到相界面，由气相主体到相界面，气相内传递气相内传递；（2）A在相界面上溶解，溶在相界面上溶解，溶解过程；解过程；（3

3、）A自相界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。二、传质理论简介二、传质理论简介单相内传递方式：单相内传递方式：分子扩散；湍流扩散分子扩散；湍流扩散 。浙江大学本科生课程化工原理4第七章 质量传递基础二、传质理论简介二、传质理论简介双膜模型缺陷：双膜模型缺陷：只适用与有固定相界面的情形；只适用与有固定相界面的情形；界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题浙江大学本科生课程化工原理5第七章 质量传递基础2.2传质机理与扩散速率传质机理与扩散速率一传质方式与理论一传质方式与理论每每cm3所具有的分子个数，所具有的分子个数，氧气：氧气：2.51019

4、水：水：3.31022铜：铜：7.31022浙江大学本科生课程化工原理6第七章 质量传递基础一分子扩散一分子扩散 2.2.1分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 A B 扩散现象扩散现象 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一分子扩散：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，这种现象处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。称为分子扩散。扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向扩散通量：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，的单位截面积扩散的物质量，J表表示，示

5、，kmol/(m2s)。浙江大学本科生课程化工原理7第七章 质量传递基础二费克定律二费克定律 A B 扩散现象扩散现象 温度、总压一定，组分温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。2.2.1分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 浙江大学本科生课程化工原理8第七章 质量传递基础二费克定律二费克定律 A B 扩散现象扩散现象 2.2.1分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 混合物的总浓度在各处是相等的，即：浙江大学本科生课程化工原理9第七章 质量传递基础二费克定律二费克定律 理想气体：理想气体：=费克定律的

6、其它表达形式：费克定律的其它表达形式：2.2.1分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 浙江大学本科生课程化工原理10第七章 质量传递基础说明：说明：（1）JA是相对扩散通量是相对扩散通量（2）DA,B是物性之一是物性之一二费克定律二费克定律 DA,B（气）气） 10-5m2/sDA,B（液）液） 10-9m2/sDA,B（固）固） 1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响浙江大学本科生课程化工原理19第七章 质量传递基础漂流因数漂流因数（1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响思考：思考：混合气中混合气中A A组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？漂流因子

7、的大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，溶质的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。当混合物中溶质增大的倍数。当混合物中溶质A的浓度较低时，的浓度较低时，PPBm，总体流动可，总体流动可以忽略不计以忽略不计浙江大学本科生课程化工原理20第七章 质量传递基础结论：结论：1）、漂流因数，漂流因数，无因次无因次 2）单向扩散体现在吸收过程中。）单向扩散体现在吸收过程中。漂流因数的影响因素：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。浓度

8、高，漂流因数大，总体流动的影响大。低浓度时，漂流因数近似等于低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。，总体流动的影响小。 浙江大学本科生课程化工原理21第七章 质量传递基础若为单向扩散，则若为单向扩散，则浙江大学本科生课程化工原理22第七章 质量传递基础例例：在在温温度度为为20、总总压压为为101.3kPa的的条条件件下下，CO2与与空空气气混混合合气气缓缓慢慢地地沿沿着着Na2CO3溶溶液液液液面面流流过过，空空气气不不溶溶于于Na2CO3溶溶液液。CO2透透过过1mm厚厚的的静静止止空空气气层层扩扩散散到到Na2CO3溶溶液液中中，混混合合气气体体中中CO2的的摩摩尔尔分分率率为为0.2，CO2到到达达Na2CO3溶溶液液液液面面上上立立即即被被吸吸收收，故故相相界界面面上上CO2的的浓浓度度可可忽忽略略不不计计。已已知知温温度度20时时，CO2在在空空气气中中的的扩扩散散系数为系数为0.18cm2/s。试求。试求CO2的传质速率为多少？的传质速率为多少？浙江大学本科生课程化工原理23第七章 质量传递基础