多孔介质扩散

多孔介质扩散贾超宫润欢固体中的扩散固体中的扩散，包括气体、液体和固体在固体中的分子扩散一类的传质问题。固-液浸取实例固体物料干燥固体催化剂吸附固体膜片分离流体的膜分离固体中的扩散类型与固体内部结构无关的扩散与固体内部结构有关的多孔介质扩散多孔介质扩散-----扩散机理主体扩散Knudsen扩散表面扩散孔穴主体扩散自由分子扩散，这种扩散适用于大孔径和高压力系统，在这种场合下，分子间碰撞相对于分子与壁面间的碰撞是主要的。扩散规律遵循Fick定律，也称为Fick型分子扩散λd=100λdKnudsen扩散分子平均自由程远大于分子孔径时，分子与壁面的相互碰撞变得重要，这种机理占主导地位。λ=10dλd过渡区扩散d~λλ孔道直径与分子平自由程相当，分子与分子之间的碰撞及分子与壁面的碰撞等同重要d表面扩散被吸附的组分分子，沿孔壁面的表面扩散，机理适用于微孔和强吸附的组分，也是传递过程的主体。尘气模型（Thedustgasmodel）模型建立目的：用来描述主体扩散和Knudsen扩散，模型原理简单，可以直接应用Maxwell-Stefan扩散方程。把孔壁考虑成空间分布均匀的巨大分子，（尘dust），这些分子被当作混合物中的一个虚拟组分。尘气模型（Thedustgasmodel）用M-S方程描述尘气模型时，需要作以前的假设：（a）“尘”浓度C`n+1是空间均匀的；（b）“尘”是不可移动的，即N`n+1=0；（c）“尘”的分子量M`n+1`→∞。对于理想体系，无外场力作用下，前N个组分的M-S方程：(1)尘气模型（Thedustgasmodel）而我们注意到：并且定义有效扩散系数：从而代入(1)式，可以得到：(2)对于理想气体，利用分压表示推动力：(3)尘气模型（Thedustgasmodel）其中是多孔介质中的有效二元扩散系数，它对应于自由空间中的二元扩散系数的关系：ε/τ是空隙度与弯曲度之比，实验确定。而是有效Knudsen二元扩散系，其数值：平方根项------表示运动速度do----表示孔径尘气模型（Thedustgasmodel）计算氦-氖-氩在不同压力下，通过一束平行毛细管时的扩散通量的结果，如图：尘气模型与实验数据比较孔径影响非理想混合物的尘气模型对于非理想混合物：存在外部压力场和静电场的作用，可多孔扩散过程也可利用尘气模型，其M-S传质方程可表示为：(4)压力场静电场非理想混合物的尘气模型利用扩散速度来代替其扩散通量：(5)压力场静电场多孔介质中的微孔扩散组成推动力：主体扩散Knudsen扩散微孔扩散组分主体相中的化学位组分的表面化学位多孔介质中的微孔扩散概念模型的建立：假设存在N个吸附的分子组成沿分子沿表面扩散，分子从一个吸附位跳跃到另一个吸附位，我们可以将空的吸附位看成是第N+1个虚拟组分。利用尘气模型进行描述无外场力作用时：(6)多孔介质中的微孔扩散吸附组分j对组分i的表面运动施加的摩擦力组分i受到的来自空穴位的摩擦力多孔介质中的微孔扩散扩散系数可简单定义为：机理上M-S扩散系数受多种因素影响：(1)被吸附分子的组分的位移(λ)(2)跳越频率υi(θi)覆盖率θiM-S微孔扩散系数与温度满足：阿赫尼斯（Ar-rhenius）关系式。以沸石为例介绍M-S微孔扩散系的影响因素及计算方法。多孔介质中的微孔扩散Thankyouforyourattention!