分离过程中的动力学课件.ppt

关于分离过程中的动力关于分离过程中的动力学学现在学习的是第1页，共13页3.1 分子迁移分子迁移费克第一扩散定律费克第一扩散定律3.2 流体的迁移与扩散流体的迁移与扩散3.3 带的迁移带的迁移费克第二扩散定律费克第二扩散定律3.4 有流存在下的溶质输运有流存在下的溶质输运现在学习的是第2页，共13页体系在平衡过程中：体系在平衡过程中：定向定向迁移迁移非定向非定向扩散扩散外场作用梯度外场作用梯度：压力梯度：压力梯度 浓度梯度浓度梯度 电位梯度电位梯度 温度梯度温度梯度内部分子间作用内部分子间作用化学势梯度化学势梯度溶质分子溶质分子随机随机运动运动使溶质从使溶质从高浓度高浓度区区域向四周域向四周低浓度低浓度区区域域扩散扩散混合混合分离分离现在学习的是第3页，共13页分离过程动力学分离过程动力学研究的内容研究的内容物质在输运过程中的规律，物质在输运过程中的规律，即分离体系中即分离体系中组分迁移组分迁移和和扩散扩散的基本性质和规律的基本性质和规律现在学习的是第4页，共13页3.1 分子迁移分子迁移费克第一扩散定律费克第一扩散定律l物质的输运过程（传质过程）：物质的输运过程（传质过程）：指在适当的介质中，在指在适当的介质中，在化学势化学势的驱动下，的驱动下，物质分子发生相对位移的过程。物质分子发生相对位移的过程。l物质的扩散运动：物质的扩散运动：在在浓度梯度浓度梯度驱动驱动下，物质分子自发输运的过程。下，物质分子自发输运的过程。均是物质的均是物质的分子迁移分子迁移所以，所以，分子迁移的表征分子迁移的表征是研究分离过程动力学的基础是研究分离过程动力学的基础研究方法研究方法：通过物质的：通过物质的机械运动机械运动和和分子统计学分子统计学间的相互间的相互 关系了解关系了解迁移过程迁移过程规律。规律。现在学习的是第5页，共13页l分子运动规律：分子运动规律：费克第一扩散定律费克第一扩散定律机械运动规律可用机械运动规律可用牛顿定律牛顿定律描述描述J(x)表示沿表示沿x轴方向的轴方向的流流(密度密度):单位时间通过单位面积的物质量单位时间通过单位面积的物质量(mol)A比例系数比例系数dy/dx指指x轴方向上的梯度轴方向上的梯度(浓度、温度等浓度、温度等)物理含义物理含义：（如：（如y代表浓度时）代表浓度时）扩散系数一定时，单位时间扩散通过单位截面积的物质的量扩散系数一定时，单位时间扩散通过单位截面积的物质的量（mol）与浓度梯度成正比，负号表示扩散方向与浓度方向相反。）与浓度梯度成正比，负号表示扩散方向与浓度方向相反。现在学习的是第6页，共13页3.2 流体的迁移与扩散流体的迁移与扩散 溶质在溶质在流体流体（液体、气体或超临界流体）中迁（液体、气体或超临界流体）中迁移和扩散：移和扩散：1.流体本身流体本身不流动不流动时，溶质在流体中因浓度梯度而迁移时，溶质在流体中因浓度梯度而迁移 （或扩散）或因其他场的作用而（或扩散）或因其他场的作用而定向迁移定向迁移。2.流体本身流体本身流动流动时（如色谱分离），流体黏度决定流动时（如色谱分离），流体黏度决定流动 流体速度。流体速度。现在学习的是第7页，共13页由剪切作用产生由剪切作用产生的流体速度梯度的流体速度梯度流动相流动相固定相固定相yxdy非均匀线非均匀线速度速度v每层流速不同，上层移动较快每层流速不同，上层移动较快黏度的作用，使黏度的作用，使上层趋缓，下层趋快上层趋缓，下层趋快，为保持各层流速不变，需加一个力为保持各层流速不变，需加一个力F。单位面积上感受到的力单位面积上感受到的力F称为称为剪切剪切应力应力Fs，其大小与，其大小与y轴方向上的流体轴方向上的流体流速梯度流速梯度dv/dy成正比。成正比。A为流层面积，为流层面积，cm2，为流体黏度系数：单位面积上使相距为流体黏度系数：单位面积上使相距1cm的另的另 一平行流层产生一平行流层产生1cm/s流速差的剪切应力，流速差的剪切应力，g/（cms）现在学习的是第8页，共13页rr起始状态起始状态经过一段时间后经过一段时间后毛细管内流体迁移状态毛细管内流体迁移状态管中央流速最快管中央流速最快离管壁越近，阻力越大，流速越慢离管壁越近，阻力越大，流速越慢流经毛细管流经毛细管L的流体总流量的流体总流量Q：一定压力梯度一定压力梯度p，流体流量随毛细管，流体流量随毛细管半径半径r增大而呈四次方倍增加，即增大而呈四次方倍增加，即内内径越大，越利于流体流动径越大，越利于流体流动。现在学习的是第9页，共13页3.3 带的迁移带的迁移费克第二扩散定律费克第二扩散定律l费克第一扩散定律是费克第一扩散定律是假设溶质浓度假设溶质浓度c在扩散方向上不随时间在扩散方向上不随时间变化变化。l实际上，却是变化的，实际上，却是变化的，可以由可以由费克第二扩散定律费克第二扩散定律计算：计算：一维扩散：一维扩散：多维扩散：略多维扩散：略组分浓度在流方向上随组分浓度在流方向上随时间变化的输运方程时间变化的输运方程现在学习的是第10页，共13页3.4 有流存在下的溶质输运有流存在下的溶质输运l前面讨论中，只考虑溶质的迁移，没有考虑前面讨论中，只考虑溶质的迁移，没有考虑介质介质（气体或溶（气体或溶剂）的流动。剂）的流动。l实际上，很多分离体系（如色谱），实际上，很多分离体系（如色谱），载带溶质的介质处流载带溶质的介质处流动状态动状态。有流有流：指溶质迁移过程中介质也在流动（迁移）。指溶质迁移过程中介质也在流动（迁移）。有流存在时的溶质流密度：在无流的公式中加入介质流速有流存在时的溶质流密度：在无流的公式中加入介质流速现在学习的是第11页，共13页思思 考考 题题 简单讨论分子运动与宏观物体机械运动的简单讨论分子运动与宏观物体机械运动的差别和共同点。差别和共同点。现在学习的是第12页，共13页感感谢谢大大家家观观看看31.03.2023现在学习的是第13页，共13页