分子扩散 百科内容来自于: 百度百科

由于物质分子的热运动而产生的扩散称为分子扩散

分子扩散定义

简称扩散,在浓度差或其他推动力的作用下,由于
分子扩散

分子扩散

分子、原子等的热运动所引起的物质在空间的迁移现象,是质量传递的一种基本方式。以浓度差为推动力的扩散,即物质组分从高浓度区向低浓度区的迁移,是自然界和工程上最普遍的扩散现象;以温度差为推动力的扩散称为热扩散;在电场、磁场等外力作用下发生的扩散,则称为强制扩散。
化工生产中,物质在浓度差的推动下在足够大的空间中进行的扩散最为常见,一般分子扩散就指这种扩散,它是传质分离过程的物理基础,在化学反应工程中也占有重要地位。此外,还经常遇到流体在多孔介质中的扩散现象,它的扩散速率有时控制了整个过程的速率,如有些气固相反应过程的速率。至于热扩散只在稳定同位素和特殊物料的分离中有所应用,强制扩散则应用甚少。
扩散与温度有关。

费克定律

1855年德国人A.E.斐克提出描述分子扩散规律的基本定律
分子扩散

分子扩散

。在组分A和B的混合物中,组分A的扩散速率(也称扩散通量),即单位时间内组分A通过垂直于浓度梯度方向的单位截面扩散的物质量为:JA=-DABΔCA
式中负号表示物质A向浓度减小的方向传递;DAB为组分A在组分B中的分子扩散系数;ΔCA为浓度CA的梯度。如果CA仅沿x方向变化,则简化为:
分子扩散

分子扩散

此式类似于热量传递中的傅里叶定律(见热传导)和动量传递中的牛顿粘性定律(见粘性流体流动)。

多孔介质中的扩散

物质在多孔介质中的扩散,根据孔道的大小、形状以及流体的压强不同分为三类情况(见图)。①容积扩散。当毛细管孔道直径远大于分子平均自由程憳,即(憳/2r)≤(1/100)(r为毛细孔道的平均半径)时,在分子的运动中主要发生分子与分子间的碰撞,分子与管壁的碰撞所占比例很小。其扩散机理与分子扩散相同,故也称分子扩散。孔内所含流体的分子扩散,仍可用斐克定律来计算;只需考虑多孔介质的空隙率ε和曲折因数τ(表示因毛细孔道曲折而增加的扩散距离),对一般的分子扩散系数加以修正。此时有效扩散系数为:
分子扩散

分子扩散

②克努森扩散。如气体压强很低或毛细管孔径很小,气体分子平均自由程远大于毛细孔道直径,即(憳/2r)≥10,这就使分子与壁面之间的碰撞机会大于分子间的碰撞机会。此时,物质沿孔扩散的阻力主要取决于分子与壁面的碰撞。根据气体分子运动论,可以推导出克努森扩散系数:
分子扩散

分子扩散

式中 r为毛细孔道的平均半径; T为绝对温度;mA为组分A的分子量。③过渡区扩散。物质在毛细管中的运动情况介于上述分子扩散与克努森扩散之间,扩散系数为:
分子扩散

分子扩散

此式中如果1/Dkp项可以忽略,则扩散为分子扩散;如果1/DABp项可以忽略,则扩散为克努森扩散。

热扩散

温度梯度加于静止的气体或液体混合物时,一种分子趋向高
分子扩散

分子扩散

温区,另一种趋向低温区,从而在混合物内产生浓度梯度,这种现象又称为沙莱特效应。在两组分混合物中,给定组分A的热扩散通量用下式表示:
分子扩散

分子扩散

式中DT为热扩散系数T为绝对温度;ρ为流体密度。热扩散系数取决于分子的尺度和化学本质,其值常常比分子扩散系数小得多,很少大于分子扩散系数的30%。因此,除非在温度差很大且流体严格保持层流时,热扩散在大多数的传质操作中并不重要。
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- 来自原声例句
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