传质基础 第二章 传质基础 内容:分子传质—菲克定律。 传质：一组分由高浓度区向低浓度区迁移。 前提：两组分以上、具有浓度差。 § 2.1分子传质 1． 本质：T>0K时，分子热运动。 2． 定义：在静止介质或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体中，由于浓度梯度而产生的传质，称分子扩散。 3． 浓度：c ρ ω c—体积摩尔浓度 ρ—单位体积质量 —摩尔分数 ω—质量分数 4． 平均速度： 1）质量平均速度 2）摩尔平均速度 3）扩散速度 某一组分相对于体积平均速度的相对速度 5． 通量（扩散量或传质量） 定义：在垂直速度方向的单位面积上，单位时间内通过的物质量（浓度×速度） 1） 扩散量： 针对相对速度 质量通量 单位： 摩尔通量 2） 相对于静止坐标： 质量通量 摩尔通量 § 2.2 菲克第一定律 描述：浓度与扩散量之间的关系 假定：T、P恒定，A组分在z方向仅产生扩散流。 ，z方向。 1． 定义： （针对于相对扩散） （相对于平均速度） —A在z方向上相对于摩尔平均速度的莫尔通量 —A在z方向上相对于质量平均速度的质量通量 DAB—比例常数，A经过组分B的扩散系数 2． 相对于静止坐标 菲克定律的另一种
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达形式 上式中，第一部分表示因浓度梯度而产生的扩散流。 第二部分表示由于流体的非等量扩散所产生的流动而传递的A量， 。 推导： 故有， 一般化 3 应用 1） 二元系（A、B） 证明如下： a. （菲克第一定律） 两式相等，故 同理 两式相加 故， b.∵ 而 故 。 思考： 1． 根据组分运动的平均速度概念，由菲克第一定律JA,Z(或jA,Z)的表达形式导出另一种表达形式NA,Z(或nA,Z) 2． 由传质微分方程，讨论菲克第一、第二定律的物理意义和应用条件 3． 证明二元系扩散时，DAB=DBA (JA,Z+JB,Z=0)。 4． 导出等摩尔逆向扩散时混合物的平均摩尔速度NAy=-NBy 5． 物质A的液滴（球形）悬浮于B气流中，液滴半径为r1，假设液滴外气膜半径为r2，在r=r1时，A的浓度为XA1，r=r2时XA=XA2，试导出A挥发时的扩散通量 解：1） 故 故 2）气体通过金属膜的扩散 假定H2通过金属膜的扩散，符合Fick第一定律 把气体–金属界面上的浓度 看成是金属与金属平衡时的溶解度，故 EMBED Equation.3 是 的平衡常数。 当时间足够长，单位时间进入膜的物质通量等于其流出的通量，扩散层内没有物质的积累，形成稳定态的扩散，扩散层内各处物质的浓度不随距离和时间变化而变化。 则， 3）对二元溶液体系， （2-40） 证明：用化学位（势）差取代浓度差 化学位 对z求导， 设VA为A的淌度 故 根据菲克第一定律 两式相等 故 ( ) 时，DAB=0,无扩散 时，物质由低浓度向高浓度扩散 时，物质由低浓度向高浓度扩散 时，(理想溶液中，活度不随浓度变化)， 4）影响传质的因素 离子活度，温度，电场，磁场，声场（超声波） 5）应用范围 等T、P，无流体流动（传质方向上），适用于分子运动平均自由径小的体系，不适用于微孔 §2.3 扩散系数 1． 气体扩散系数 计算、实测、查阅 2． 液体扩散系数 计算、实测、查阅 1） 比气体小几个数量级 2） 随浓度变化 3． 固体扩散系数 1） 表面扩散 气体或液体通过多孔介质扩散（例焙烧时控制气氛及介质表面疏松多孔(球团矿)）。 2） 固体组分扩散（发生在合金中的扩散，人为地制造缺陷，用于材料制备） ①原子互换位置（能耗大，因为原子在晶格中是密排的，这种迁移引起晶格瞬时畸变） ②循环机理（几率小，因为要求所有参加的原子能量高） ③空位扩散（掺杂少量大分子使层间距变大） ④间隙扩散（储氢合金，如金属锂，间隙原子很小） ⑤间隙顶替（间隙原子大小相当） ⑥排列原理（相当大的外力作用，如预应力钢筋）
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