17.3 两相反应中的扩散

1. 17.3 两相反应中的扩散 两相：气固、气液两相。 1．气固两相反应中的扩散 气固两相反应典型过程：铁矿石还原。 气体还原剂通过气膜向气固界面扩散 气体还原剂及反应生成物气体在反应生成物固体中的扩散 在固态氧化物和固态还原物界面上的化学反应

2. 17.3 两相反应中的扩散 气体还原剂： 气相中的浓度cf 界面上的浓度cw 固相中的浓度ci

3. 分 析 17.3 两相反应中的扩散 （1）未考虑界面化学反应的稳定传质过程 单位时间内气体还原剂通过气膜向气固界面的传质量 mol/s 式中 kg为气体还原剂的传质系数，m/s。

4. 17.3 两相反应中的扩散 气体还原剂通过还原产物固体层的扩散传质量 Deff为气体还原剂于还原固体产物中的有效扩散系数； 式中 r为固体层内半径。 积分 稳定传质过程

5. 17.3 两相反应中的扩散 稳定传质过程 Ng=Ns=N 气固相间的传质量 mol/s ci实际上就是与反应的气体产物相平衡的平衡浓度，即 式中

6. ci， 分别为气体还原剂及气体还原产物浓度； ， 为反应平衡时，气体还原剂及气体还原产物的浓度。 17.3 两相反应中的扩散 （2）考虑界面化学反应的稳定传质过程 当在固相化学反应界面上（r=ri），进行等分子数可逆反应时，其反应的传质速率为 式中 k+，k－为正逆反应速度常数； K为反应平衡常数；

7. 17.3 两相反应中的扩散 对于等分子数反应，在反应中总浓度不变，有 稳定传质过程 铁矿石还原过程的综合传质量

8. 17.3 两相反应中的扩散 2．气液两相反应中的扩散 金属液的吸气与排气大致包括气相中的传质、液相中的传质、界面化学反应、新相（气泡）生成等四个过程 （1）液相传质控制 液膜控制传质的特点是无化学反应阻力和气膜传质阻力，气体吸收速率为

9. 17.3 两相反应中的扩散 （2）气相传质控制 气膜控制传质的特点是无化学反应阻力和液膜传质阻力，气体吸收速率为 （3）两相传质控制 两相控制传质的特点是有液膜传质阻力和气膜传质阻力，无化学反应阻力，其传质阻力系数为 则

10. 17.3 两相反应中的扩散 （4）混合控制 混合控制传质的特点是既有液膜传质阻力和气膜传质阻力，又有化学反应阻力，其传质阻力系数为 式中 k+为正化学反应速度常数 一般铁液或钢水吸气都属扩散控制。

11. 17.4 多孔材料中的扩散 分子扩散 扩散机理 扩散分类 克努森扩散 表面扩散

12. 当多孔介质的微孔直径d远大于气体分子的平均自由程 时（ ），主要发生分子间的碰撞，气体迁移以普通分子扩散为主。 迷宫系数τ与材料大小、粒度分布及小孔结构形状有关，由实验确定。不固结的粒料， 对于压实材料， 17.4 多孔材料中的扩散 （1）分子扩散 定义： 利用一般的扩散定律，多孔介质每单位面积上的气体扩散速率为 特点： 有效扩散系数

13. 当气体分子平均自由程 远大于介质的孔径d时（ ），气体分子与孔壁碰撞的几率超过气体分子彼此碰撞的几率，这种扩散称为克努森扩散。 为平均孔隙半径，m。 17.4 多孔材料中的扩散 （2）克努森（Knudsen）扩散 定义： 特点： 由气体分子运动学说，克努森有效扩散系数为 MA为组分A的相对分子质量；T为热力学温度，K；

14. 17.4 多孔材料中的扩散 （3）表面扩散 气体分子在多孔介质中不仅能沿着微孔通道扩散，而且在孔壁形成吸附表面层，气体在孔壁表面层具有浓度梯度，因此使吸附分子沿着孔壁表面扩散。 定义： 除非有大量分子被吸附，否则这种表面扩散对介质内部扩散的影响是很小的，如在高温下可以忽略。 特点：

15. 比较微孔直径d与气体平均自由行程 17.4 多孔材料中的扩散 比较扩散系数DA与Dk的大小 扩散类型的判别 分子扩散为主 克努森扩散为主 分子扩散和克努森扩散均不能忽略 分子扩散为主 克努森扩散为主 两者之间，分子扩散和克努森扩散均不能忽略

16. 本章小结 主要内容：稳定扩散传质，不稳定扩散传质。 重点：平壁及圆筒壁的稳定扩散传质。 难点：平壁及圆筒壁的不稳定扩散传质。 基本要求：掌握平壁及圆筒壁扩散传质方程的应用，传质傅里叶数与传质毕渥数的物理意义；会查图计算各种边界条件下的浓度场；能够借用不稳定传热方法解决传质问题。了解气固两相及气液两相反应中的扩散传质特点，理解多孔材料中的扩散传质特性。