分子扩散与单向传.ppt

以流体与固体壁面的对流传质为例讨论，对有固定相界面的相际传质，其机理类似。 将层流区、湍流主体区的直线延长，其 交点与壁面间形成的膜层称为停滞膜层。 2)此时，伴随着总体流动，分子对 称F-F’面朝相界面移动。 在这里,组分B不溶于溶剂，把它称之 为过程的惰性气体(惰性组分)。在吸 收过程中认为组分B是相对停滞的。 在F-F’与2-2’间作物料衡算： 组分A: 组分B: 等式左、右边：通过 2-2’与F-F’通量 讨论： 两式相加： (1)因： 故： (2)A组分:总体流动通量Nb与穿过 相界面的传质通量NA相等. B组分:穿过相界面扩散速率为零. 即B组分在任一截面处的总体流动通 量与分子扩散相等,大小相等,方向 相反,没有净传质,故B相对停滞。 3)求NA 分离变量积分： 已知： 令： 则： 所以： 而（p/pBm），其值大于1，它是由于在 单向扩散中存在总体流动而对传质通量 产生的增值效应，如同顺水行舟，水流 使船速增大。总体流动速度即相当于水 流速度，故（p/pBm）称为漂流因数。 无因次量。 对于单向扩散而言，前述的“分子 对称面”即为以总体流动速度移动的扩 散截面，即分子对称面是可以移动的。 对于液相中的单向扩散，同理可得 cSm—液相扩散时溶剂S的对数平均浓度 c/cSm—漂流因子 4)漂流因数意义：其大小反映了总体流动 对传质速率的影响程度，其值为总体流动 使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。 漂流因数的影响因素： 浓度高,漂流因数大,总体流动影响大. 浓度低,漂流因数近似等于1,总体流动影 响小。 小结： 单向扩散和双向扩散的四点区别： 1)单向扩散存在分子扩散和总体流动. 双向扩散仅有分子扩散. 2)单向扩散分压pA,pB 沿扩散路程成指 数关系. 双向扩散分压pA,pB 沿扩散路程成直 线关系. 见P9图8-5 3)单向扩散时分子对称面因总体流动朝 相界面移动。 双向扩散时分子对称面固定。 4)单向扩散针对吸收过程。 双向扩散针对精馏过程。 思考题： 在双组分吸收过程中，传质过程可 以理解为一组分通过另一 组分 的 。 8-5 扩散系数 一.气体扩散系数 1.其数值范围为10-5-10-4 m2/s 2.气体扩散系数的计算较成熟，常用 的为福勒Fuller等人提出的半经验式： 3.当知道某一温度和压力下的扩散系数时，可由下式求算另一温度和压力下的扩散系数：由 二.液体扩散系数 数值范围为10-9m2/s数量级。 2. 液体扩散系数的估算不如气体成熟可 靠，对于很稀的非电解质溶液，常用 下式估算： 由： 可得： 8-6 湍流流体中的扩散 在湍流流体中，流体质点或涡流在浓度梯度方向上的脉动所造成的物质扩散的速度比分子扩散大得多。由于涡流脉动现象的高度复杂性，目前对其研究还很不充分，无法作出理论分析，而主要靠实验方法进行研究归纳。 借用Fick定律的形式，对于一维稳定扩散，涡流扩散通量表达为： DE —涡流扩散系数，m2/s 一.扩散通量 DE与分子扩散系数D的差别: D为物性参数，为温度和压力的函数。 DE不是物性参数，除与温度和压力有 关外,还与流动状态及位置有关。 湍流流体在进行涡流扩散的同时，也 在进行分子扩散，总扩散通量为两者 之和: 流体质点所在位置不同，D和DE的相对大小不同。 湍 流 区： 层流底层： DE = 0 过 渡 区： D和DE数量级相当 二.对流传质的停滞膜模型 由于DE无法进行理论分析预测计算，对 流传质研究和传质速率计算采用与对流 传热计算相似的分析处理方法，首先建 立一个传质过程的物理模型。 模型要点: * 相界面处存在一层虚拟的停滞膜 * 膜外为流体流动的湍流区 * 停滞膜非常薄,膜内无物质累积,膜内 为稳态分子扩散 * 对流传质阻力全部集中于停滞膜内 如图8-6所示： 1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分子扩散，溶质A的浓度梯度较大，cA随z的变化较陡。 2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，cA随z的变化近似为水平线。 3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，cA随z的变化逐渐平缓。 第八章 传质导论 传质定义：物质以扩散的方式在一相内 或从一相转移到另一相地相界面的转移 过程，称为物质的转移过程，简称传质。