西北大学化工原理 第三节扩散和单相传质 吸收过程涉及到两相间的物质传递。其物质传递的步骤： ①可溶组分由气相主体传递到两相界面，即气相 内的物质传递； ②溶质在相界面上的溶解，由气相传入液相，即 界面上的溶解； ③溶质自界面被传递至液相主体，即物质在液相 内的传递 般来说，溶质的界面溶解速度比其相内传递速 度快得多。总的过程速率决定于溶质在气液两个 单相内的传质速率
西北大学化工原理 第三节 扩散和单相传质 吸收过程涉及到两相间的物质传递。其物质传递的步骤： ①可溶组分由气相主体传递到两相界面，即气相 内的物质传递； ②溶质在相界面上的溶解，由气相传入液相，即 界面上的溶解； ③溶质自界面被传递至液相主体，即物质在液相 内的传递。 一般来说，溶质的界面溶解速度比其相内传递速 度快得多。总的过程速率决定于溶质在气液两个 单相内的传质速率
西北大学化工原理 传质的方式： (1)、分子扩散一在静止或滞流流体内部，若某一组分 存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较 高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。 (2)、对流传质一气（液）相流体的宏观流动造成的溶 质分子的相内传递。（对流传质）
西北大学化工原理 传质的方式： （1）、分子扩散—在静止或滞流流体内部，若某一组分 存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较 高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。 （2）、对流传质—气（液）相流体的宏观流动造成的溶 质分子的相内传递。（对流传质）
西北大学化工原理 分子扩散现象：
西北大学化工原理 制 作 人: 赵 彬 侠( 西 北 大 学) 分子扩散现象： 制 作 人: 赵 彬 侠( 西 北 大 学)
西北大学化工原理 双组分混合物中的分子扩散 双组分 A(被吸收)+B(惰性组分)也称单组分吸收 1、费克定律 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，表示kmol/(m2·s)。 费克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上 任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 J=-DAB dz
西北大学化工原理 一、双组分混合物中的分子扩散 双组分 A(被吸收)+B（惰性组分）也称单组分吸收 1、费克定律 费克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上 任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 面积扩散的物质量，J表示kmol/(m2·s)
西北大学化工原理 式中CA一A组分的浓度kmol/m3 JA 组分A的扩散通量。亦叫扩散速率kmol/s·m2 组分A在组分B中的扩散系数m?/s 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反；扩散沿着浓度降 低的方向进行 理想气体 PA C RT dz RT dz JA DAB RT dz
西北大学化工原理 式中 CA——A组分的浓度kmol/m3 JA——组分A的扩散通量。亦叫扩散速率kmol/s·m2 DAB——组分A在组分B中的扩散系数m2/s 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反；扩散沿着浓度降 低的方向进行 理想气体 RTp c A A = z c d d A z p RT d 1 d A = z p RT D J d AB d A A −=
西北大学化工原理 动量传递：T=-4…4 物性参数， 热量传递：…q=-见%见 D4B也是物性参数，D4B要有实验测定。 讨论问题的前提：①双组分、②定态、③总压或总浓 度定值，温度一定。 CM=C4+CB=常数（但并不意味CACB为定值） dCB=0 dC dz 对双组分混合物 D AB =D BA J4=-J
西北大学化工原理 也是物性参数， 要有实验测定。 物性参数， 热量传递： 动量传递： AB AB dn dT dy du D D q ⎪⎭ ⎪⎬⎫ −= −= λλ μμτ ........ ........ ........ 讨论问题的前提：①双组分、②定态、③总压或总浓 度定值，温度一定。 常数(但并不意味 、 为定值) = + CCC BAM = CC BA =+ 0 Z B Z A d dC d dC 对双组分混合物 AB = DD BA A B = −JJ
西北大学化工原理 2、分子扩散与主体流动 ① 等分子反向扩散 T P JA P 2 PA2 JB PB2
西北大学化工原理 2、分子扩散与主体流动 ① 等分子反向扩散 T P pA2 pB2 T P pA1 pB1 1 2 JA JB
西北大学化工原理 气相内各处总压相等，即， CM=C4+CB=常数 因为，气相主体与界面间存在浓度差，，所以组分A将 以 的速率由气相主体向界面扩散。由于是定态过 程，界面处没有总物质的积累，也就是说组分A必在 界面上以同样的速率溶解并传递到液相中去，所以液 相A组分浓度升高，而C不变，所以C必下降。组分B 将以同样的速率J由界面向气相主体扩散，则通过气 层任一截面PQ仅存在着两个扩散流J和Jg,即JA-J或 JA+Jp-O. 结论：扩散方向上没有流体的宏观流动，通过断面PQ 的净物质量为零，这种现象称为等分子反向扩散→下 章的精馏
西北大学化工原理 气相内各处总压相等，即， 因为气相主体与界面间存在浓度差，，所以组分A将 以 的速率由气相主体向界面扩散。由于是定态过 程，界面处没有总物质的积累，也就是说组分A必在 界面上以同样的速率溶解并传递到液相中去，所以液 相A组分浓度升高，而C M不变，所以C B必下降。组分B 将以同样的速率J B由界面向气相主体扩散，则通过气 层任一截面PQ仅存在着两个扩散流J A和J B，即J A=-J B 或 J A+J B=0. 结论：扩散方向上没有流体的宏观流动，通过断面PQ 的净物质量为零，这种现象称为等分子反向扩散→下 章的精馏。 = +CCC BAM = 常数 A J
西北大学化工原理 ②单向扩散 实际过程严格的等分子反向扩散是不多见的，比如在 气体吸收中，液相中不存在组分B,不可能向界面提 供组分B,因此吸收过程所发生的是组分A的单向扩散 ,而不是等分子反向扩散。 对吸收过程：C扩散到相界面上被溶解吸收到液相中 去，组分B被滞留在相界面上，则B的浓度C>CA。 ∴.B反向扩散，在界面上A溶解，B扩散。∴.Cm下降， 即界面上气体总压降低，由于P生-PM=AP 的存在，必定使混合气体向界面流动，这种流动为主 体流动
西北大学化工原理 ②单向扩散 实际过程严格的等分子反向扩散是不多见的，比如在 气体吸收中，液相中不存在组分B，不可能向界面提 供组分B，因此吸收过程所发生的是组分A的单向扩散 ，而不是等分子反向扩散。 对吸收过程：CA扩散到相界面上被溶解吸收到液相中 去，组分B被滞留在相界面上，则B的浓度CBi>CA。 ∴B反向扩散，在界面上A溶解，B扩散。∴Cmi下降， 即界面上气体总压降低，由于 的存在，必定使混合气体向界面流动，这种流动为主 体流动。 主 − Mi = ΔPPP
西北大学化工原理 P 气夜界面 主体流 动 N(净物流) !e 扩散方向z 图8-10主体流动与扩散流
西北大学化工原理 主体流 动 气夜界面 N(净物流） 扩散方向Z 图 8-10 主体流动与扩散流 J A N M J B Q P