第十二章 稳态分子扩散.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第十二章 稳态分子扩散,第十二章 稳态分子扩散,本专业需要解决：,A,组分,通过呆滞组分,B,的,扩散,等摩尔逆向扩散,12-1,无化学反应的一维稳态分子扩散,一、通量积分公式,分子扩散通量,净通量,净通量的一般积分式：,A,是,A,组分的分子扩散通量和净通量之比。,A,的值可大于,1,，可小于,1,，或等,于,1,，这取决于具体问题的性质。,二、,A,组分通过呆滞组分,B,扩散,呆滞组分,(,亦称组元,),指的是,净通量等于零,(N,B,=0),的组分。,例如水在大气中蒸发，空气不溶于水，即为呆滞组分，水的蒸发就是水蒸汽通过呆滞空气的扩散过程。,这种,相对静坐,标而言,是单方向进行的扩散，所以也叫做,单向扩散,。,当,N,B,=0,时：,N,Ar,=N,A,/(N,A,+N,B,)=1,代入净通量的一般积分式,可以得到：,此即,A,组分通过呆滞组分,B,扩散的净通量公式,。,上式说明：在单向扩散条件下，扩散组分的分子扩散通量与净通量之比等于扩散路径上呆滞,组分摩尔分数的对数平均值。,1,通过静止空气膜的扩散,c=n/V=p/RT y,A,=p,A,/p浓度分布：,在单向扩散的条件下，,A,组分和,B,组,分沿坐标,z,的浓度分布呈,指数,关系。,例题,12-1,地面上的水层温度为,30,，厚度为,1mm,，,该处的摩尔分数,y,A1,0.0295,，,水蒸发面到周围空气之间膜厚度为,5mm,，,该处的摩尔分数,y,A2,0.0032,，,空气的温,度为,30,，压力为,1atm,，,试计算这些水蒸发到周围静止的空气中需要多少时间。,例题,12-2,在直径为,30mm,，,长为,200mm,的圆管底部，注入少许温度为,16,的水，则水蒸气由液面蒸发，并在管口由流动的空气带走。如果空气温度亦为,16,，相对湿度为,30%,，试计算水的蒸发率。已知水蒸气,(A)-,空气,(B),的扩散系数,D,AB,2.610,5,m,2,s,。,设系统总压力为,1atm,。,解 设系统总压力为,1atm,。,由饱和水蒸气表查得，,16,时水蒸气的饱和压力,(,即水面上水蒸气的分压力,),，,p,A1,0.018210,5,a,，,故,p,B1,p,p,A1,1.013210,5,0.018210,5,0.99510,5,a,由相对湿度定义，管口湿空气中水蒸气的分压力为,p,A2,0.3p,A1,0.30.018210,5,0.0054610,5,a,故,p,B2,p,p,A2,（,1.0132,0.00546,）,10,5,1.007710,5,a,由式,(12-8),及理想气体,c,p/RT,，而,y,A,p,A,/p,2,通过不流动气膜的准稳态扩散,3,、球对称稳态扩散,根据质量守恒原则，,A,组分通过任意半径为,r,的球面的总通量，等,于整个圆球表面上的总通量，即：,上式表明：径向扩散通量与半径,r,的平方成,反比。这是球对称扩散的一个,特征,。,三、等摩尔逆向扩散,定义：在双组分扩散系中，当,A,组分的净摩尔通量和,B,组,分的净摩尔通量大小相等，方向相反时，称为等摩尔逆向扩散。,即,N,A,z,B,z,浓度分布：,摩尔浓度分布和位置呈线性关系,例题,12-3,气体,A,和,B,在容器中进行稳态的等摩尔反方向扩散，扩散的路径为,cm,，,如图,(12-4),所示。点,1,处的分压力分别为,p,A1,和,p,B1,，点,2,处的分压力分别为,p,A2,和,p,B2,，,且保持恒定，试推导浓度分布的关系式。,解对于,c,和,D,AB,为常数，又无化学反应,(,R,A,),，,作稳态的等摩尔反方向扩散，其连续性方程为：,作业,250,页：,12,1,（计算两种通量）,12,2,（容积百分数即容积比）,12,3,（分子扩散系数的测定方法）,