化工原理授课提纲 7.传质与分离过程概述 PRTZdZ pRT(Z2-Zi 248×105m2/s MP In 2dt MP 822 三.扩散系数 D~是物系特性与物系中的组分的特性有关与组分之间的结合方式有关,以及P、T等 数据不全有时需估算 1.气体中的扩散系 半经验式:Ful公式(P13页)7-41式 D~分子扩散体积υ1、分子量M、P、T有关。由于气体分子之间的距离较大故忽略分子之 间的相互作用。 2.液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液有半经验式:(P14页7-43式) D~溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T有关。由于液体压缩性小,故 忽略P的影响 3.固体中的扩散系数 ●正常扩散(或体积扩散):单相扩散 ●努森扩散:分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 ●结构扩散:分子在孔道中的碰撞扩散 ●表面扩散:分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略) 四.湍流流体中的扩散 浓度边界层与扩散通量: 相界面 如图相界面附近的流体边界层,层流底层厚度By 为δ。湍流主体中也存在着浓度分布,同时存在着分 子扩散和涡流扩散,两者与层流底层内的分子扩散 CAL 共同组成了对流传质。假设涡流扩散的扩散通量也 符合费克定律 那么湍流主体中总的扩散通量为 图7-9:浓度边界层与涡流扩散 湍流主体中具有浓度梯度的流体层与层流底层组成浓度边界层,厚度为∂(也称为当量膜 厚),假设其扩散通量符合费克定律 化学工程与工艺专业本科用化工原理授课提纲 7. 传质与分离过程概述 化学工程与工艺专业本科用 7-7 D= ρ ( ) τ ρ τ RTZdZ MP d RT Z Z MP P P P P B B B B ln ln 2 1 2 1 2 2 1 2 2 = − =2.48×10-5 m2 /s 三. 扩散系数 D～是物系特性,与物系中的组分的特性有关,与组分之间的结合方式有关,以及 P、T 等…。 数据不全有时需估算。 1. 气体中的扩散系数 半经验式：Fuller 公式(P13 页) 7-41 式 D～分子扩散体积υi、分子量 Mi、P、T 有关。由于气体分子之间的距离较大故忽略分子之 间的相互作用。 2. 液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。 3. 固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略) 四. 湍流流体中的扩散 1. 浓度边界层与扩散通量： 如图相界面附近的流体边界层, 层流底层厚度 为δ。湍流主体中也存在着浓度分布, 同时存在着分 子扩散和涡流扩散, 两者与层流底层内的分子扩散 共同组成了对流传质。假设涡流扩散的扩散通量也 符合费克定律： dZ dC J D A AE = − E 那么,湍流主体中总的扩散通量为： ( ) dZ dC J D D A At = − + E 湍流主体中具有浓度梯度的流体层与层流底层组成浓度边界层, 厚度为δe(也称为当量膜 厚) , 假设其扩散通量符合费克定律： pA1 u pA2 NA δ δe CA1 CA2 相界面 图7-9：浓度边界层与涡流扩散