分子扩散和菲克定律PPT讲稿

对于双组分物系：
cT
cA
cB
常数
P RT
dcA dcB
dz
dz
JA JB
根据菲克定律：
JA
DAB
dc A dz
DBA
dcB dz
DAB DBA
由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的扩散系数相等。
二、气相中的稳定分子扩散
1．等摩尔反向扩散 1）等摩尔反向扩散
例如精馏过程
p pi kL
c ci
kG
当已知两相组成的平衡关系，如
p* f (c) 和上式联立便可
求出 pi , ci
A p
pi I
c
ci
4、总吸收系数及相应的吸收速率方程式
1）以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式 a）以△p为推动力的吸收速率方程
p A1 )
传质速率为：
NA
D zRT
( pA2
p A1 )
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
1）一组分通过另一停滞组分的扩散
例如吸收
2）传递速率 设总体流动通量为N，其中物质A的通量为：
Ny A
N
cA C
总体流动中物质B向右传递的通量为
NyB
N
cB C
NA
J
A
N
cA C
NB
JB
N
cB C
而
NB
0
当液相的组成以摩尔分率表示时
N A kx (xi x)
k x —以
x
为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
当液相组成以摩尔比浓度表示时
NA kX (Xi X)
X k X —以
为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
3、界面浓度
N A kG ( p pi ) kL (ci c)
pBm
影响。
因P＞pBm，所以漂流因数
P 1 p Bm
三、扩散系数
分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的特性常数之一。同一物质的扩 散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。物质在不同条件下的 扩散系数一般需要通过实验测定。
1、物质在气体中的扩散系数
气体A在气体B中（或B在A中）的扩散系数，可按马克斯韦尔—吉利兰（ Maxwell-Gilliland）公式进行估算
N A 0zdz
来自百度文库
DP RT
pB2
pB1
dpB pB
NA
DP zRT
ln
pB2 pB1
pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
NA
DP zRT
ln
pB2 pB1
(
pA1 pA2 ) pB2 pB1
D RTz
P pBm
(
p A1
pA2 )
P ——漂流因数，无因次。反映总体流动对传质速率的
2）传递速率 在任一固定的空间位置上，单位时间通过单位面积的A物质量，称为A的传
递速率，以NA表示。
NA
JA
D
dc A dz
D dpA RT dz
分离变量并进行积分，积分限为：
z1 0 z2 z
pA pA1 pA pA2
N
A
0z dz
D RT
PA 2
pA1
dp A
NAz
D RT
(
pA2
J
(D
DE
)
dc A dz
2、对流传质
流动流体与两相界面之间的传质 1）固定界面
气固两相或液固两相间的界面
2）流动界面 气液两相和液液两相间的界面
对于等摩尔反方向扩散
NA
DAB ZG RT
(PA1
PA2 )
对于单向扩散
NA
DAB ZG RT
P PBm
(PA1 PA2 )
五、吸收机理——双膜理论
六、吸收速率方程式
吸收速率： 单位面积，单位时间内吸收的溶质A的摩尔数， 用NA表示，单位通常用kmol/m2.s。
吸收传质速率方程： 吸收速率与吸收推动力之间关系的数学式 吸收速率=传质系数×推动力
1、气膜吸收速率方程式
NA
DAB ZG RT
P PBm
(p
pi )
令
DAB P ZG RTPBm
3
4.36 105T 2 (
1
1
1
)2
D
MA MB
P(v
A
1 3
v
B
1 3
)
2
2、物质在液体中的扩散系数
物质在液体中的散系数与组分的性质、温度、粘度以及浓度有关。 对于很稀的非电解溶液，物质在液体中的扩散系数
DAB
7.4 1012
(aM )1/ 2 T
0.6
m2
/s
四、对流传质
1、涡流扩散
凭籍流体质点的流动和旋涡来传递物质的现象。 扩散通量 ：
分子扩散和菲克定律课件
吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤： •溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递； •溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程； •溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。
单相内物质传递的机理
分子扩散 对流传质
一、分子扩散与菲克定律
kG
N A kG ( p pi )
—— 气膜吸收速率方程式
k ——气膜吸收系数， kmol/(m2.s.kPa)。
G
也可写成：
NA
p pi 1
kG
当气相的组成以摩尔分率表示时
N A k y ( y yi )
k —以 y
y 表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。
当气相组成以摩尔比浓度表示时
1、双膜理论 •相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界面上没有传质阻力，气液两相 处于平衡状态。 •界面两侧分别存在着两层膜，气膜和液膜。气相一侧叫气膜，液相一侧叫液 膜 ，这两层膜均很薄，膜内的流体是滞流流动，溶质以分子扩散的方式进行 传质。 •膜外的气液相主体中，流体流动的非常剧烈，溶质的浓度很均匀，传质的阻 力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内。
N A kY (Y Yi )
k —以 Y
Y 表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2、液膜吸收速率方程式
NA
DC z L c sm
(ci
c)
令
DC Z Lcsm
kL
N A kL (ci c)
或
NA
ci
1
c
——液膜吸收速率方程
kL
c kL —以
为推动力的液膜吸收系数，m/s；
1、分子扩散：一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的无规则热运动
而造成的物质传递现象。
A
B
2．菲克定律
1）扩散通量 ：
单位面积上单位时间内扩散传递的物质量 ，单位： kmol/(m2.s) 。
2）菲克定律
JA
DAB
dC A dz
试分析与傅立叶定律以及牛顿粘性定律的区别及 联系。
3）分子扩散系数间的关系
JB
N
cB C
即
JA
N
cB C
NA
N
cB C
N
cA C
N NA
将
JA
DAB
dc A dz
和
N N A 代入
NA
JA
N
cA C
NA
DC C cA
dc A dz
若扩散在气相中进行，则：
cA
pA RT
C P RT
NA
D RT
P P pA
dpA dz
即
NA
DP RT
dp A pB dz
分离变量后积分