现代分离方法与技术第3章 分离过程的动力学课件.ppt

---费克(Fick)------费克第一定律在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量Diffusionflux,用J表示)与该截面处的浓度梯度(Concentrationgradient)成正比,也就是说,浓度梯度越大,扩散通量越大。这就是费克第一定律。负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。J:流量密度,mol/cm2;U:分子运动的平均速度,cm/s;c:溶质的浓度,mol/cm3;D:扩散系数。f---分子阻力常数---每摩尔运动着的分子的阻力常数,即摩尔摩擦系数r----球形溶质分子的半径h---介质黏度系数NA---阿伏加德罗常数费克第一定律的通式:J(x)—沿x轴方向的流;A—比例系数;dy/dx—指在x轴方向的梯度;:定向迁移和非定向扩散,即分离与混合。定向迁移:在外场如压力梯度、浓度梯度、电位梯度、温度梯度,或内部化学势的作用下趋于平衡方向的移动。非定向扩散:溶质分子的随机运动趋势使溶质从高浓度区域向低浓度区域扩散,使分离开的溶质又重新混合。分离是设法强化定向迁移和减小非定向扩散。1)流体的迁移剪切应力:一种流体以非均匀线速度u在x轴方向移动,对于相距dy的两个层面而言,上层的移动要比下层要快,为使这两层流体保持不变的流速,就需要施加一个F,单位面积上感受到的这种力称为剪切应力。由剪切作用产生的流体作用梯度h---流体的黏度系数,为单位面积上能使相距1cm的另一平行流层上产生1cm/s流速差的剪切应力,g/(cm·s)。:泊箫叶(Poiseuille)公式►气体粘度系数与T的关系:η=A’T1/21)流体的迁移►液体粘度系数与温度T的关系:η=AeE/RT毛细管中流体迁移状态V---时间t内流过该管截面积处的体积;p1---入口处压力;p2---出口处压力;L---毛细管长度;r---毛细管半径;h---黏度系数E---流的活化能,取决于流物质通过能垒的特性;A---常数压力梯度下的毛细管中的流体的流量公式:2)在毛细管中的迁移在毛细管中进行的分离:毛细管电泳、毛细管液相色谱、纸色层、薄色层等。---达平衡时单位时间内流体的总流量Dp---进出口压差L---毛细管长度h---黏度系数r---毛细管半径◆一种气体在另一种气体中的扩散取决于分子本身的迁移性质。◆气体分子的迁移仍然遵守费克第一扩散定律。式中的扩散系数对不同的气体来说是不一样的,且它的数值只能由实验获得。)流体的扩散超临界流体又叫致密液体,由于其溶解能力对压力的变化非常敏感,而且可以在较宽的压力范围内变化,因此,可通过降低体系压力进而降低组分的溶解度,使溶解其中的组分进行分离。相对于普通液体而言具有较好的输送性能,广泛应用于溶剂萃取和色谱中。4)