分子擴散
以濃度差為推動力的擴散,即物質組分從高濃度區向低濃度區的遷移,是自然界和工程上最普遍的擴散現象;以溫度差為推動力的擴散稱為熱擴散;在電場、磁場等外力作用下發生的擴散,則稱為強制擴散。在化工生產中,物質在濃度差的推動下在足夠大的空間中進行的擴散最為常見,一般分子擴散就指這種擴散,它是傳質分離過程的物理基礎,在化學反應工程中也占有重要地位。此外,還經常遇到流體在多孔介質中的擴散現象,它的擴散速率有時控制了整個過程的速率,如有些氣固相反應過程的速率。至於熱擴散只在穩定同位素和特殊物料的分離中有所套用,強制擴散則套用甚少。
斐克定律 1855年德國人A.E.斐克提出描述分子擴散規律的基本定律。在組分A和B的混合物中,組分A的擴散速率(也稱擴散通量),即單位時間內組分A通過垂直於濃度梯度方向的單位截面擴散的物質量為:
JA=-DABΔCA
式中負號表示物質A向濃度減小的方向傳遞;DAB為組分A在組分B中的分子擴散係數;ΔCA為濃度CA的梯度。如果CA僅沿x方向變化,則簡化為:多孔介質中的擴散 物質在多孔介質中的擴散,根據孔道的大小、形狀以及流體的壓強不同分為三類情況(見圖)。
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熱擴散 溫度梯度加於靜止的氣體或液體混合物時,一種分子趨向高溫區,另一種趨向低溫區,從而在混合物內產生濃度梯度,這種現象又稱為沙萊特效應。在兩組分混合物中,給定組分A的熱擴散通量用下式表示: