传递过程原理07.ppt

第七章 扩散传质量 §7.1 一维稳定扩散传质 §7.2 非稳定扩散传质 §7.3伴有化学反应的扩散 §7.4 影响扩散的因素 7.1.一维稳定扩散传质 为了简单起见，首先讨论一维稳定态分子扩散，即假定物质中各点浓度均不随时间而变化，并且只沿空间一个坐标而变化。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 由 A 组分和 B 组分组成的无化学反应的双组分混合物，两组分相互扩散，且 A 组分的物质的量通量与 B 组分的物质的量通量大小相等，方向相反，即 。 这种扩散称为等摩尔逆向扩散，或双组分等摩尔逆向扩散。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 由于没有化学反应，RA =0；又是一维稳态 则 ： 就简化成： 这表明，此时 NA 沿传递途径 Z 方向是一个常量。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 在没有总体流动、没有化学反应的不可压缩一维稳态传质的情况下，质量传输微分方程 可以简化为： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 应用边界条件： 解为： 由此可见，A组分的物质的量浓度分布为直线分布，B组分也浓度分布为直线分布 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 对于常温常压下的双组分系统，其物质的量通量的表达式为： 由于由于NA= — NB，代入上式得： 因为常温常压下的双组分系统，C可作为常量，则上式为 ： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 将 代入上式得： 若满足理想气体方程的气体混合物 ，则上式改写为： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.1.等摩尔逆向扩散 上述的两个结果方程式，即为等物质的量逆向扩散方程。 由上述方程可以看出，等物质的量逆向扩散的质量传递方程与一维稳态导热方程相类似，故一维稳态导热方程的结果均可应用。 只要将质量浓度代替导热方程中的 T 即可。 等温边界条件，类比 溶解表面边界条件； 绝热边界条件，类比 不溶解表面边界条件。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 组分 A 通过静止的或不扩散的组分 B 的稳态扩散是经常遇到的。 设有纯液体A的表面暴露 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 假设系统是绝热的，总压保持不变。对于稳态一维无化学反应的分子扩散传质 RA=0 ，传质微分方程： 简化为： 即在 z 方向的整个气相范围内，A 组分与 B 组分的物质的量通量为常值。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 由于 B 组分在液相中是不溶解的（或者溶解度很小，可以忽略不计）。所以在 1-1 平面 NB=0 ，因此在整个扩散方向上 NB=0，所以 B 是滞止气体。这种扩散，称为单向扩散。 此时 A 组分的物质的量通量： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 因为： 则： 要满足条件： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 在等温等压条件下，且 C 与 DAB 均为常数，有： 边界条件： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 将方程积分，得： 代入边界条件，得： 将 C1、C2 代回方程，有： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.2.A组分通过静止B组分的单向扩散 根据定义： 故有： 可以看出，通过静止气膜单向扩散时， A组分的物质的量浓度不再是线性变化，而是按指数规律变化。 该现象，就是很经典的斯狄芬流。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.3. 气体通过金属膜的扩散 如同所系的系如图所示的系统：氢气在Z方向上 扩散。符合费克第一定律 ： 7.1.一维稳定扩散传质7.1.3. 气体通过金属膜的扩散 C 为常数，则 : 由于金属模很薄，很难测定 A 组分在膜内的分布情况，实验中只能测定 A 组分的稳态通量。压力降（P1-P2）及膜的厚度。 A组分气体在金属界面上的浓度，可以看成是气体与金属平衡时的溶解度S。 7.1.一维稳定扩散传质7.1.4.通过非等温球状膜的扩散 液滴的干燥、通过球形催化剂附近的气膜的扩散 A.等温情况下： 对球形壳体进行稳态质量衡算 7.1.一维稳定扩散传质7.1.4.通过非等温球状膜的扩散 7.1.一维稳定扩散传质7.1.4.通过非等温球状膜的扩散 B.非等温情况下： 假定扩散系数和温