1 các định luật và phương thức khuếch tán kho tài liệu học tiếng anh

QT & TB TRUYỀN KHỐI
MMH: 605067
BỘ MÔN: QT & TB CNHH
KHOA:
KỸ THUẬT HOÁ HỌC
TRƯỜNG: ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
NGƯỜI SOẠN: PGS.TS. Trịnh Văn Dũng

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

1


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
1.2 Khuếch tán đối lưu
1.3 Đònh luật Fick II
1.4 Cấp khối và hệ số cấp khối
1.5 Tính dòng một pha

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

2


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Hai phương thức khuếch tán: Khuếch tán phân tử
Khuếch tán đối lưu
Khuếch tán phân tử là gì?
Được đặc trưng bằng đại lượng nào?

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

3


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Mật độ dòng xác đònh bằng đònh luật Fick I:

dC A
 kmol  dGA

J MA  2  
  DAB
  DAB gradCA
d
 m .s  Fd
Mật độ dòng
Gradien nồng độ
Hệ số tỷ lệ: DAB – hệ số khuếch tán phân tử
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

4


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Hệ số khuếch tán là gì?
Xác đònh như thế nào?

 dG   dC   kmol   kmol / m   m 
D     :    
 
:



m
  s 
 Fd    d   m .s  
3

A

AB

22/9/2013

2

Â

2

Truywnf khối A

MSMH: 605067

5


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Hệ số khuếch tán là đại lượng vật lý, phụ thuộc vào:
-Bản chất A, B

-Điều kiện khuếch tán: T
P
-Được xác đònh bằng: thực nghiệm
tính gần đúng
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

6


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất khí:
Chấ t k.tá n
Dkhí - KK.106,
2

m /s
Chấ t k.tá n
Dkhí - H2O.109,
2

0

m /s - 20 C

22/9/2013

N2 NH3 C6H6 H2 Hơi nướ c SO2 CO2 Dietyl ete O2 CH3OH SO3 H2S HCl C2H5OH
13,2 17,0 7,7 61,1
N2 NH3
1,9

1,8

H2
5,3

21,9

10,3 13,8

7,8

17,8

O2 CO2, N2O Cl2 H2S HCl-120C
2,1

1,8

1,6

Truywnf khối A

2,3

13,3

9,4

Chấ t k.tá n

T

Dkhí - KK.106,
2

m /s

MSMH: 605067

8,9 13,0

10,2

M

B

AC

7,1 20,2 7,8

10,7

7


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất khí:

4 ,35 . 10
D AB 

v

3

1/ 3
A

1
1

M A M B T 1, 5
1/ 3 2
P
 vB



Trong đó: MA, MB, g/mol;
vA, vB, cm3/mol;
T, K;
P, atm;
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

8


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất khí:

P
D D
P

1

2

1

2

A = CxHyOnNm:

22/9/2013

T

T


2

1





1, 5

V A  xVC  yV H  nVO  mV N  Z

Truywnf khối A

MSMH: 605067

9


CHƯƠNG 1

CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất khí:
Nguyên tử

B

C

Cl

H

S

I

N1

N2 NII OII Oan OeP OeD OeC OA

O

v, cm3/ntử 27,0 14,8 24,6 3,7 25,6 37,0 10,5 12,0 15,6 7,4 7,4 9,1 9,9 11,0 12,0 8,3
Phân tử H2 O2 N2 KK CO CO2 SO2 NO N2O NH3 H2O H2S Cl2 Br2 I2 COS
v, cm3/ntử 14,3 25,6 31,2 29,9 30,7 34,0 44,8 23,6 36,4 25,8 18,9 32,9 48,4 53,2 71,5 51,5

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

10


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất lỏng:
Chất hòa tan amoniăc glyxerin sacaro ure KCl HNO3 CaCl2 H2SO4 HCl CuSO4 NaCl AgNO3 C2H5OH
t, 0C
Dct-H2O.105,
2

cm /s

22/9/2013

12

10

18,5

1,64

0,63

1,18

20

25

19,5

1,20 1,95 2,4

Truywnf khối A

9

18

19,2

17

15

12

0,79 1,53 2,56 0,45 1,09 1,19

MSMH: 605067

11

0,84

11


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất lỏng:

10
Ở

200C:

22/9/2013

D 
AB

2

1
1

M
M
A

AB  v  v

Truywnf khối A

B

1/ 3

1/ 3

A

B



2

MSMH: 605067

12


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất lỏng:

D t  D 20 1  b t  20

b 

22/9/2013



0,2 
3



Truywnf khối A

MSMH: 605067

13


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất lỏng:
Hệ số A, trong dung môi nước

Hệ số B

Lỏng không
Các khí C2H5OH CH3OH CH3COOH H2O C2H5OH CH3OH C3H6O
liên hợp

1,00

22/9/2013

1,24

1,19

1,27

4,70

Truywnf khối A

2,00

2,00

MSMH: 605067

1,15

1,00

14


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN

1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất lỏng:
Đối với dung dòch loãng:
H2O
2,6

22/9/2013

D AB  7 , 4 .10

CH3OH
1,9

C2H5OH
1,5

Truywnf khối A

8

 M BT
0,6
 vA

C6H6, ete, heptan
1,0

MSMH: 605067

15

CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất rắn:
DAB ~ 1010 cm2/s chia làm ba loại: rắn
rắn xốp
rắn keo
•Nên khuếch tán phụ thuộc: kích thước;
•
hình dạng;
•
sự lương tác giữa chúng;
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

16


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong chất rắn:
Trong gel M > 10000 (Polson):

22/9/2013

Truywnf khối A

9,4.1010T
DAB 
0,33
M A

MSMH: 605067

17


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.1 Khuếch tán phân tử và đònh luật Fick I
Trong hỗn hợp nhiều cấu tử:
Hỗn hợp khí:

Hỗn hợp lỏng:

Dihh 

1  yi
k yi

j i Dij



1
k y
0
i

j  i Dij

1/ 2
1/ 2
Dihh  hh   xi Dij  j
j i

Trong đó: ; Dij; xi, yi; y0i; i; i, j – chỉ số;
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

18


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.2 Khuếch tán đối lưu:
Khuếch tán đối lưu là gì?

Sự di chuyển của vật chất
nhờ chuyển động của môi trường
Khuếch tán đối lưu thường khá lớn;
xảy ra khi có ngoại lực;
ln kèm theo khuếch tán phân tử;
nhằm san bằng nồng độ;

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

19


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.2 Khuếch tán đối lưu:
Khuếch tán đối lưu là gì?
Xác đònh bằng cách nào:

J AX   D X

dC A
d

 WC

A

Trong đó: DX – hệ số khuếch tán xoáy: DX = f(Re).

22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

20


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.2 Khuếch tán đối lưu:
Mật độ dòng khếch tán tổng:



J A  J AM  J AX   DAB  DX



CA


 DAB

CA

 WC
A


Trong môi trường đứng yên (W = 0):

J A  J AM  J AX   D AB
22/9/2013

Truywnf khối A

C A

MSMH: 605067


21


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.3 Đònh luật Fick II:
•
Xét một nguyên tố thể tích dV = dxdydz
•

z

tọa độ 0xyz
Lập cân bằng vật chất:

•
•

- theo ba phương x, y, z;

dz

Mx

dx

- xảy ra bằng cả khuếch tán: phân tử; •
đối lưu;

22/9/2013

Truywnf khối A

•

dy

Mx+dx
x

y

MSMH: 605067

22


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.3 Đònh luật Fick II:

C


2

 w gradC  D  C
C

Trong mơi trường đứng n:

Khi q trình ổn định:



2

 D C

2

w gradC  D C

Khi ổn định trong mơi trường đứng n:q trình ổn định:

2

 C 
22/9/2013

 2C
x 2



 2C
y 2

Truywnf khối A



 2C
z 2

0

MSMH: 605067

23

CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.4 Cấp khối vàø hệ số cấp khối:
Cấp khối là gì?
y

dGi    dFd

y*

y ybm
x

F

x bm

x

x*

 y x
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

24


CHƯƠNG 1
CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ PHƯƠNG THỨC KHUẾCH
CH TÁN
1.4 Cấp khối vàø hệ số cấp khối:
Hệ số cấp khối là gì?
y

dG i
 
dFd  

y*

y ybm
x

F

x bm

x

x*

 y x
22/9/2013

Truywnf khối A

MSMH: 605067

25