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Ficks定律基本内容
制药单元操作
1、分子扩散定律——菲克定律
实验表明:
在单相物系内,当某物质在介质中发生分子扩散时,其分子扩散速率与扩散面积成正比,与浓度梯度成正比,物质的传递方向为沿浓度降低的方向,这称为菲克(Fick)定律。
数学表达式为:
式中: -----扩散组分的分子扩散速率kmol/s或kmol/h
n------扩散物质的量kmol或kmol
或:
-------时间 s或h
A------相间传质接触面积(即扩散面积)m2
Z------扩散距离 m
cA------扩散组分(即吸收质)的浓度kmol/m3
DAB------物质A在介质B中的分子扩散系数 m2/s cm2/s
------扩散层中的浓度梯度
负号表示分子扩散沿着扩散物质浓度降低的方向进行,
与浓度梯度方向相反。
-----物质A在z方向上的分子扩散通量,kmol/(m2.s)
假设点1与点2处吸收质的浓度分别为 、 ,点1与点2之间的距离(即扩散层厚度)为 m,
对菲克定律表达式积分得:
或
-----扩散通量(单位扩散面积的扩散速率)
若扩散组分为理想气体:
因此,菲克定律可以用扩散组分的分压表达式为:
积分得:
或
分子扩散系数D是物质的特性常数之一,代表物质在介质中的扩散能力。
即:沿扩散方向,当扩散组分的浓度差为1kmol/m3时,在1S的时间内通过1m厚的扩散层,在1m2扩散面积上所扩散传递的物质的量(kmol)。
D值一般与扩散组分及扩散介质的种类、系统的温度、压强等因素有关。
物理意义 :
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