3-1液相传质基本方程式及电极过程液相传质动力学.ppt

5-1 液相传质的三种方式及基本方程式; b. 原因：对流传质又分为： 自然对流：由于液体密度差引起的流动。 强制对流：外力引起的流动。 c.特点：对流传质不会引起净电流的产生，其流量一 般比其它两种传质形式大得多。 ;2.扩散传质： 由于浓度差的存在，反应粒子由高浓度向低浓 度迁移的传质形式。 a.流量： ;b.产生原因： 浓度梯度的存在使i粒子存在化学位梯 度，化学位梯度是产生扩散传质的动力。 c. 特点： 可产生净电流;3.电迁移传质： 带电粒子在电场力作用下产生定向迁移。 a.流量： Ex：x方向电场浓度 ui：i粒子淌度 Ci：i粒子浓度 b.原因： 库仑引力;c.特点：产生净电流，阳离子取正号，阴离子取负号。 i粒子的电迁移流量又可表示为： ti：i粒子的迁移系数， Ii/I总：与i粒子的粒子浓度和电 解质溶液离子的总浓度有关。百分比越小，则迁移 数越小。Ix：x方向通过的电流量。 由上述特点可以看出，当i粒子浓度在整个电解质 溶液总浓度中占的份额较小时，其电迁移流量可以忽 略不计。;二. 液相传质基本方程式： 液相传质的三种方式一般均同时存在，因此 反应粒子i的液相传质流量可表达为：;三.造成电极过程液相传质缓慢的原因分析 由于从电极表面到液相本体区域，液相对流的速 度变化很大，使得液相传质的主要形式发生较大变化。 1.远离电极表面液相区（x0.01cm） 对流为主要传质形式 ;2.电极表面附近液相区（x≤0.01cm）由于电极表面的滞留作用，液体对流速度很小，扩散与电迁移的速度凸现出来变为主要传质形式： 又由于粒子的Π电与是否存在其它电解质有关。当 存在大量其它非目标电解质时（惰性电解质），i粒子 电迁移流量可以忽略。则此时：; 电极系统中，反应粒子自溶液本体迁移至电极表面 发生反应是一个连续过程，但其主要传质形式却发生 了转换，先由较快的传质形式由液相内部送到表面附 近的液相中，再由较慢的传质形式送到电极表面。由 此可见要加快反应粒子的液相传质速度，必须是加快 电极表面附近液相中的扩散传质速度。 即：造成液相传质的根本原因是电极表面附近液相 中的传质速度很慢，这一液相区域的传质动力学规律 是本章的研究重点。;5-2.平面电极的稳态扩散过程 ;二.理想条件下平面电极的稳态扩散 a.理想扩散条件：扩散层内只有扩散传质而无对流 和电迁移传质。 b.实现理想稳态扩散的实验装置：; 电解质内存在大量惰性电解质，搅拌动量 不能传至毛细管内。由此可见：毛细管内液体温度处处相等，则其间只有扩散传质。此时达到稳态扩散时，毛细管内的反应粒子浓度变化如下图;根据扩散传质流量 Fick第一定律有： ; 由于电极过程由各分步骤串联组成。因此， 极限电流密度也是整个电极过程可达到的最大反应速度（瓶颈效应）。;二.实际条件下的稳态扩散过程 实际液相传质过程，除x=0点对流速度为零外，其 余各处的液流速度均不为零。因此尽管在稳态扩散条 件下，扩散层内的传质流量均是以对流速度和扩散传 质共同承担。只是越靠近电极表面，扩散传质承担的 份额越大；在表面，则完全由扩散传质承担。;稳态扩散时，实际扩散层中的浓度分布图：;1.列维奇对流扩散条件下的平面电极稳态扩 散传质 a.列维奇对流条件：液流方向与电极表面平行， 层流不出现湍流。 b.由列维奇对流条件引起电极表面对流速度的分布 ; 对流速度发生变化的液层称之为边界层，用 δB表示。在列维奇对流条件下，可以得到如下 关系式：;c.列维奇条件下，边界层与扩散层有效厚度的关系 虽然边界层中对流速度小于溶液本体内的速度，但在远离电极表面区域，对流速度仍然很大。故扩散层的有效厚度要远小于δB ，根据流体力学知识可求得： d.根据列维奇条件下扩散层有效厚度的数学表达式;e.列维奇对流条件下扩散传质方程 ;2.旋转圆盘电极 旋转圆盘电极是继滴汞电极之后所研制发