第四章扩散与物质迁移.ppt

多相反应中的传质过程 带入 得： 假设：1）界面反应速度远大于扩散，即扩散是控速环节； 2）整个反应是在稳态下进行， 那么： 多相反应中的传质过程 则总扩散通量： 定义 为总传质系数为 再根据反应特点，便可得到总扩散通量的表达式。 多相反应中的传质过程 总的来说： 1）如果反应有多个路径，那么应沿着最快的路径进行； 2）如果反应过程中有多个步骤，那么整个反应速度应由最慢的步骤（即控速环节）来控制。 §4.15 、控速环节 若某个反应有N个步骤组成，则这些步骤中哪一个速度比较慢，哪一个就控制了总反应的速度，称此步为“控速环节”。 假设：气态的A 扩散到固态的C表面，与C反应生成气态的B。 即存在三个步骤 ： 1）A 扩散到C 表面； 2）A反应生成B； 3）B离开C 表面扩散到气相中； 分别表示A，B，C物质从本体中扩散到界面的扩散通量， A和B都不会在界面上堆积。 §4.16 多相间的对流传质模型 双膜模型 1923年惠特曼(Whiteman)提出，最早的传质模型。 要点： 两流体相接触时，两相间存在稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的相对停滞膜，溶质以分子扩散的方式通过此膜层。 在两相相界面处，两相处于平衡状态。 在两个停滞膜以外的两相主体中，由于流体的强烈流动，各处浓度均匀一致。 双膜理论将复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过程，依此模型，在相界面处及两相主体中均无传质阻力存在。整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个停滞膜层内。因此，双膜模型又称双阻力模型。 溶质渗透模型 1935年希格比(Higbie)提出。 其要点为：宏观流动将本体中的微体积元带到界面处,微体积元在界面停留的时间?内,溶质开始从界面发生非稳态扩散,直至被流体带离界面。 表面更新理论 1951年丹克沃茨(Danckwerts)提出. 其要点为：在两相接触过程中，不断有微体积元从主体到达界面，置换原来界面上的液体，停留一段时间后又为新的液体单元所置换，如此不断地进行，其接触表面也在不断更新，传质过程为不稳定状态，其速率与置换的频率有关。 * §4.11.3 互扩散系数 其中，XA、XB分别为A，B的摩尔分数。 这里:XAu与XNi分别为 Au和Ni的摩尔分数 §4.11.3 互扩散系数 根据Gibbs-Duhem方程， 假如认为： ，因为 则 §4.9 物质流——菲克第一定律 稳态扩散：介质中的扩散物质的浓度梯度不随 时间、空间变化的扩散，称为稳态扩散。 一维扩散： A在X方向上的质量流通量，单位为g/cm2s； 式中， 扩散介质中单位体积中A的质量，单位为g/cm3； A的扩散系数，单位为cm2/s。 §4.9物质流——菲克第一定律 式中， A在X方向上的摩尔通量，单位为mol/cm2 s； 扩散介质中单位体积中A的质量，单位为g/cm3； A的扩散系数，单位为cm2/s。CA 为浓度mol/cm3 若 表示A物质在体系中的质量分数， 为体系总密度，则有： §4.9 物质流——菲克第一定律 如果XA表示A的摩尔分数，C表示单位体积的总摩尔数，则有： 三维扩散 §4.10 非稳态扩散——菲克第二定律 非稳态扩散：在扩散体系中，扩散物质的浓度分布随时间和空间而改变的扩散，称为非稳态扩散。 A t=1 t=2 t=3 t=4 §4.10 非稳态扩散——菲克第二定律 在一般情况下，体系通常总体流动，并伴随有化学反应。接下来 考虑流动介质中的扩散问题。 （1） （2） （3） （4） §4.10 非稳态扩散——菲克第二定律 对于流动体系A+B： 扩散系数 分别表示A和B的通量 JAx JAy JAz x y z 微体积元 A的质量密度 体系总密度 §4.10非稳态扩散——菲克第二定律 对于二元体系A+B： 扩散系数 分别表示A和B的通量 nAy nAz nAx x y z 微体积元 A的质量密度 体系总密度 （7） （5） 两边同除以ΔxΔyΔz，得： （6） 对于（1）式两边加 算子点积， RA为化学反应速度 A §4.10 非稳态扩散——菲克第二定律 对于二元体系A、B： 扩散系数 分别表示A和B的通量 A的质量密度 体系总密度 （10） （8） （9） 对于连续介质，应用Laplas方程： （10）代入（6）式，得： （11） §4.10 非稳态扩散——菲克第二定律 对于二元体系A、B： 体系中