第三章界面传质..

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c 当溶液搅拌剧烈时，不存在浓度梯度，即 i 0 的稳态对流扩散问题 t 2 则 （15）
ci 2 Di ci ci t
（14）
Di ci ci 0
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在溶液无对流扩散时，即
0 的暂态扩散问题
（16）
ci Di 2 ci t
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理想稳态过程电流 理想状况下：扩散传质区和对流传质区可以截然划分； 存在大量的惰性电解质而忽略电迁移传质作用。 故设计如3-3图的实验，长为l毛细管段为扩散传质区，而带有搅拌 的容器A为对流区，不存在浓度极化。 由3-4图可得： ci ( x l ) ci (i 0) cio cis dci 扩散区的浓度梯度： （17） dx l l
（12）
由连续方程得，对于 定常状态不可压缩流 体的形变速率为零， 该项为零
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当三种传质过程联合作用时得： ci 2 o o Di ci ui ci E ui Eci ci t
• 若溶液中有大量惰性电解质时，电迁移作用忽略
（13）
o i i
（10）
（11）
对流传质： c x y z ci ci ci i ci x y y x x y z y y t 对
ci c c ci x y i y i ci x y y t 对
ti
z ?
i
zi
ti为粒子迁移数
（7）
正电流：自溶液流向电极的还原电流为正电流； I I x 在电解池中，上述三种传质过程总是同时发生。在一定条件下或是不同区域，起决定作用的 往往只有其中的某一种或两种。 例：在电极表面较远处流速较大，扩散和电迁移作用可忽略，而在无限接近电极表面的液层 流速为零，起主要作用的是扩散和电迁移过程；若有溶液中存在大量的“惰性电解质”，则 电迁移速度将大大减小，则表面液层中仅存在扩散传质过程。 另：电荷从主体溶液向电极传递过程，可视为远离电极表面的对流传质和电极表面的扩散传 质的串联过程；在有大量的惰性电解质存在的时候，传质速度主要取决于扩散传质。
D
化学工程 黄志诚
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目录
传质过程的基本概念 理想情况下的稳态过程 实际情况中的稳态对流扩散 极化曲线的形式及其应用 电场对稳态电流的影响 线性电势扫描法
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概念
物质流量：单位时间内研究物质通过单位截面积的量，用 π 表示
dn Adt
（1）
对流传质：物质的粒子随着流动液体而移动的传质。
电迁移：由于液相中存在电场引起的电迁移传质过程
电,i Euioci ( Ex Ey Ez )uioci
· · · · · · · · · · · · ±表示粒子所带电荷正
负
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我们所关心的是电极之间的传质过程，故考虑研究目标平面正交方向x的流量 则各个传质过程可简化为： 1. 对流传质 （2） c
则在dx内由物料衡算得： （8） 该式表示厚度dx的液体在单位时间、单位面积上粒子的物质的量的变化 故单位时间内粒子的浓度变化为： 2c （9） 2 1 c
1 2
《电化学基础教程》 高鹏，朱永明编； 或量纲分析
Fick第二定律
i t 扩
dx
Hale Waihona Puke Dxi 22018/10/5
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则将Fick第二定律运用到三个传质过程中： 扩散传质： ci 2ci 2ci 2ci 2 2 2 D Di 2ci i y z t 扩 x 电迁移：
ci E y ci Ez ci o ci E x ui x t y z 电 Ex E y Ez ci ci ci o u c u E E E i x y z x y z x y z
I x F zi Di dci FE x zi uio ci x F zi ci dx
（6）
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由电中性原理得，该项 为零
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其每种粒子贡献的电流密度表达式：
I xi ti I x Fz i Di dci FE x zi uio ci dx
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传质引起的浓度变化 取任意相距dx两界面，如左图 由Fick第一定律得两截面的扩散流量分别为：
c 1 Di i x x x
c c c 2 Di i Di i i dx x x x dx x x x x x
对， i x i
电极表面指向溶 液方向为正方向
2. 扩散传质
（费克第一定律）
c 扩,i Di i x
（3） （4）
3. 电迁移
电,i Exuioci
则x方向上的总流量： i 对,i 扩,i 电,i （5） 若将粒子所带电荷乘以流量，即可得到流经该平面的净电流密度：
对， ci ( x y z )ci i
扩散传质：在溶液中由于浓度梯度，使得该组分由高浓度向低浓度 转移的传质现象
c 扩,i Di i x ci i y ci j z k Di ci · · · · · · · i,j,k是方向单位向量