冶金传输原理-第11章 扩散传质.pptVIP

第10章 扩散传质 * * 11.1 一维稳态分子扩散 11.2 非稳定态分子扩散 11.1.1 等摩尔逆向扩散 11.1.2 通过静止气膜的单相扩散 11.1.3 气体通过金属膜的扩散 11.2.1 忽略表面阻力的半无限大介质中的非稳定态分子扩散 11..3 影响扩散的因素 11.3.1 气相扩散系数 11.3.2 液相扩散系数 11.3.1 固体扩散系数 第11章 扩散传质概念 研究目的:找出内部浓度分布规律，以及通过分子扩散方式所传递的质量通量。 研究内容:在不流动或停滞介质以及固体中以分子扩散方式进行的质量传递过程。 11.1.1 等摩尔逆向扩散 等摩尔逆向扩散——由组分A和 B组成的没有化学反应的两组分混合 物，且一种组分的摩尔通量密度与 另一种组分的摩尔通量密度大小相 等，方向相反，即 11.1一维稳态分子扩散 对于没有化学反应的一维稳态传质，式（10.16）简化为 11.1一维稳态分子扩散 没有总体流动、没有化学反应的不可压缩流体一维稳态传质时 边界条件 其解为 由此可见，组分A的量浓度分布为直线. 同理可得，组分B的量浓度分布为直线. 等摩尔逆向扩散浓度分布 11.1一维稳态分子扩散 由表9.1及费克定律，对于双组分系统，其摩尔通量的表达式为 对于常温常压下的双组分系统，c可视为常数，故上式可改写为 将（11.3）式对z求导并代入上式，可得 见表9.1 11.1一维稳态分子扩散 对于满足理想气体状态方程的完全气体混合物而言 式中，pA1和PA2分别是组分A在z=0和z=L处的分压力。 等摩尔逆向扩散的质量传递与一维稳态导热相类似(见表11.1）。 等摩尔逆向扩散多发生在蒸发潜热基本相等的两种物质的蒸 馏操作中。 11.1一维稳态分子扩散 11.1.2 通过静止气膜的单相扩散 A-B二组元系中,若A通过停滞物进行扩散,即NB=0,则为单向扩散。例如水膜表面的绝热蒸发即为典型例子之一。易挥发金属液体表面蒸发也属此列。 液体表面的蒸发 11.1一维稳态分子扩散 对没有化学反应的一维稳态传质，式（10.16）可简化为 因为在Z1平面处，NBZ=0，由式（11.9）可知，在整个扩散方向 上NBZ=0，即组分B为滞止气体。 即沿z方向，A、B的摩尔通量为常数。 此时组分A的摩尔通量仍可表示为 当NB＝0时，上式简化为 11.1一维稳态分子扩散 见表9.1 将式（a）代入式（11.9），有 边界条件 z = z1： xA = xA1 z = z2： xA = xA2 将方程式（11.2a）积分两次可得 ln(1-xA)=C1z+C2 (11.3) 11.1一维稳态分子扩散 其中积分常数Cl和C2由边界条件确定为 代回式（11.3）中，最后可得浓度分布方程为 根据定义有，xB=1-xA，故： 11.1一维稳态分子扩散 可以看出，通过静止气膜单向扩散时，组分物质的摩尔浓度是按指数规律变化，如下图所示。 单向扩散浓度分布 11.1一维稳态分子扩散 质量通量NAZ： 对式（a)分离变量后在边界条件下积分，得 对于气体，上式可改写为 11.1一维稳态分子扩散 11.1.3 气体通过金属膜的扩散 气体氢通过一金属膜的扩散 气体氢通过一金属膜扩散，为一维稳态传质过程,其扩散通量为： 由于xA很小，则xA·（NAz+NBz）可以略去，有： 11.1一维稳态分子扩散 问题： 膜太薄，CA1、CA2无法精确测定。 在每一个气-膜界面上均存在下列平衡关系： 式中 s1、s2——气体（氢）与金属（膜）平衡时的溶解度S； pl、p2 ——氢在薄膜两边的分压。 Kp ——反应H2＝ 2H液的平衡常数； 将气－膜界面上的浓度cA看成是的溶解度S,即cA →S，这样浓度梯度以压力表示出来： 11.1一维稳态分子扩散 所以（11.20）式可以写成 p，与温度的关系为： ——查相关表格确定Qp和A,将其代入式（b)求得p,, 再将p’代入式（a)即可求出 。 求解 11.1一维稳态分子扩散 57.976 66.976×78.278 35.162 128.929 99.627 94.394 1.2×10-3 (1.5～2.3)×10-4 2.9×10-3 (3.8～4.2)×10-4 4.5×10-3 2.9×10-3 Ni Cu δ-Fe Al Fe Ag H2 H2 H2 H2 H2 O2 金属 气体 表X 某些气体-金属体系的渗透率 11.2.1 忽略表面阻力的半无