第三章界面传质..
电化学原理-第三章-界面电化学
电流流过电极时，产生一对矛盾作用： 极化作用—电子的流动在电极表面积累电 荷，使电极电位偏离平衡状态； 去极化作用—电极反应吸收电子运动传递 的电荷，使电极电位恢复平衡状态。 极化是由上述两种作用联合作用的结果。
极化的基本规律
Ve >> V反
电荷积累:负电荷 电荷积累:正电荷 Cathodic polarization Anodic polarization Cation Anion 负移 正移 阴极极化 阳极极化
Zn
e
双电层
e
双电层
Cu
E C a IR
E超
V
E
R反应
I
a平＋ a
R溶液
I
c平－ c
IR
V
电解池极化规律
V a c IR
a平＋ a c平－c IR
Pt
e
双电层
e
双电层
Pt
E C a IR
Electrolytic Cell
极化(polarization)：有电流通过时，电 极电位偏离平衡电位的现象
过电位(overvoltage)：在一定电流密度下， 电极电位与平衡电位的差值
极化值：有电流通过时的电极电位（极 化电位）与静止电位的差值 静
极化产生的原因
第四章 电极过程概述
重点要求
极化概念、产生原因及基本规律
测量极化曲线的基本原理 电极过程特征
一.电极的极化
可逆电极(reversible electrode)：氧化还 原反应速度相等，物质交换和电荷交换 平衡 。 i净 0
电极-溶液界面的传质过程与极化
有关 超电位的实验现象：
（1）超电位随电流密度的增大而增大。电极面积越小、极 化越严重，超电位也越大。 （2）超电位随温度升高而降低。例如温度每增加10℃，氢 的超电位降低20～30mV。
（3）电极的化学成分不同，超电位也有明显的不同。
（4）产物是气体的电极过程，超电位一般较大，金属电极 和仅仅是离子价态改变的电极过程，超电位一般较小。 （5）电极表面形成一层氧化物或其他物质薄膜，从而在电 流流过时，引起电阻形成超电位，此效应在高电流密度或 低浓度时较明显。
什么是电析出电位。
定义：电极上有净电流流过时，电极电位偏离平衡电极
电位的现象称为电极极化。
影响电极极化程度的因素：电极的大小和形状、电解质
溶液的组成、搅拌、温度、电流密度、电极反应中的反应 物和产物的物理状态及电极的组成和特性等。 两类电极极化：浓差极化和电化学极化。
08:32:52
1. 浓差极化
当电流流过电极—溶液界面发生电极反应时，在电极 表面处的离子浓度迅速降低，如果扩散速度较小，溶液中 的离子不能很快扩散到电极表面，将产生一个浓度梯度。 浓差极化使电极电位偏离平衡值， 阳极更正；阴极更负。
减小浓差极化的方法：
a.减小电流密度或增加电极面积。 b.提高溶液温度，有利于质传递。 c.机械搅拌，使整个体系保持浓度均 匀，也使电极表面溶液不断更新。
08:32:52
选择内容：
2.1 电化学分析概述
2.2 化学电池与电极电位 2.3 电极与电极类别 2.4 电极-溶液界面的传 质过程与类型
第三章
结束
08:32:52
08:32:52
溶液静止时发生电极反应-产生扩散传质： 形成扩散电流
扩散传质是由溶液中存
第三章传热传质问题的分析与计算
第三章传热传质问题的分析与计算第三章：传热传质问题的分析与计算在工程领域中，传热传质问题是一个非常重要的研究方向。
它涉及到热量和物质的传递，对于工业过程的高效运行和优化具有至关重要的影响。
在本章中，我们将探讨传热传质问题的分析与计算方法，以及如何应用这些方法解决实际工程问题。
首先，我们需要了解传热传质的基本概念。
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
常见的传热方式有三种：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子和原子之间的碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁辐射传递，例如太阳辐射。
类似地，传质是指物质通过扩散或对流传递的过程。
扩散是指物质通过浓度梯度的差异进行传递。
对流是指物质通过流体的运动进行传递，例如空气中的氧气通过呼吸进入人体。
在传热传质问题的计算中，我们需要考虑各种参数和变量，例如温度、密度、热传导系数、速度、浓度等。
这些参数可以通过实验测量或理论计算得到。
同时，我们需要根据问题的具体情况选择合适的方程和模型进行计算。
对于传热问题，我们经常使用热传导方程进行计算。
热传导方程描述了热量在固体中的传递过程。
它可以用来计算温度场的变化。
在计算中，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
在传质问题中，我们可以使用物质传质方程进行计算。
物质传质方程描述了物质的浓度分布随时间和空间的变化。
类似于热传导方程，我们需要确定边界条件和初始条件，并使用适当的数值方法求解方程。
除了这些基本方程，我们还可以使用其他模型和方法来解决复杂的传热传质问题。
例如，对于对流传热问题，我们可以使用雷诺平均Navier-Stokes方程来考虑流体的运动，并计算热量的传递。
对于多相流问题，我们可以使用数值方法来模拟各相的运动和相互作用。
在实际工程中，传热传质问题的分析和计算通常涉及到多个领域的知识。
除了传热传质的基本理论，我们还需要了解流体力学、材料科学、化学等相关领域的知识。
化工原理知识点总结pdf
化工原理知识点总结pdf第一章：化工原理基础化工原理是化工学科的一门基础课程，主要研究化工过程的基本原理和基本规律。
本章将针对化工原理的基础知识进行总结。
1.1 化工过程基本概念化工过程是指将原材料通过化学反应、分离、精制等一系列工艺操作，转化成符合特定需求的产品的过程。
化工过程一般包括原料处理、反应、分离、精制和产品收率等环节。
1.2 热力学基础热力学是研究物质能量转化规律的科学，它主要包括热力学系统、热力学第一、二、三定律，熵增原理等内容。
在化工过程中，热力学原理对于理解和分析热力学系统的能量变化、效率提高和过程优化具有重要的意义。
1.3 物质平衡原理物质平衡是指在化工过程中，针对物质流量、组分和质量进行的平衡分析。
物质平衡原理是化工过程中不可或缺的理论基础，它体现了化工过程中原料转化成产品，各种物质在环境中传输和转化的基本规律。
1.4 动量平衡原理在流体力学和传递过程中，动量平衡原理是通过对流体流动、传输和转动的分析，确定系统内部及其与外界的动量交换关系。
动量平衡原理在化工过程中的应用十分广泛，对于管道流体、设备运转和动力传递等方面起着重要作用。
1.5 质量平衡原理质量平衡原理是指在化工过程中，对于物质的组分、浓度、流量等进行质量平衡的原理分析。
质量平衡原理是化工过程中最基本的原理之一，对于产品质量控制、环境保护和过程优化具有重要的指导意义。
1.6 界面传递原理界面传递原理是指在化工过程中，各种界面过程发生物质传递、热量传递、动量传递的基本规律。
界面传递原理的研究对于化工过程中的分离、精制、传质、传热等方面具有重要的意义。
第二章：化工反应原理化工反应原理是化工学科的重要分支之一，主要研究化工原料通过化学反应，转化成特定产品的原理和规律。
本章将总结化工反应原理的基本知识。
2.1 化学反应的基本概念化学反应是指化学物质在一定条件下，由原有的化学键断裂再组合成新的化学物质的过程。
化学反应包括各种离子反应、氧化还原反应、配位反应、配位反应、离子化合物的生成等。
学习_第三章传质原理
三、对流传质比拟关系式
蒸发冷却——同时发生热量和质量传递的实例
一、方程的导出
由控制体流出的组分A的净通量+控制体内组分A的质量积累率控制体内组分A的质量生成率=0
流入： 流出：
积累率： 生成率：
可推得传 质微分方 程：
二、传质微分方程的简化
（1）混合物密度ρ与分子扩散系数DAB为常数
（2）ρ（或C）与DAB为常数，且系统内无化学反应
（3） ρ（或C）与DAB为常数，且系统内无化 学反应，且流体的整体平均速度为零。
上两式称为斐克第二定律，它表达了不稳定状态下分子扩 散的规律。 （4）稳态扩散，其他条件与（3）相同
三、常用的初始条件和边界条件 初始条件：
第一类边界条件： 第二类边界条件：
第三类边界条件：
四、无化学反应的一维稳定分子扩散 1、单向扩散
2、等摩尔逆扩散
上两式称为稳态的等摩尔逆向扩散方程。 可求解该扩散过程的浓度分布方程：
第三章 传质原理
传质（质量传递）——物质由高浓度向低浓度方向 转移的过程
推动力——浓度差 还有热扩散，压力扩散，但工程上只考虑均温、均
压下的浓度扩散
传质的两种基本方式： 分子扩散
紊流扩散
第一节 分子扩散基本定律
一、基本概念
1、浓度
质量浓度 kg/m3 kmol/m3一维稳态分子扩散
第三节 对流传质
一、浓度边界层和传质微分方程组
二、对流传质准数方程式
类似于Pr准数，把γ/D称为施米特（Schmidt）准数， 记为Sc；把α /D称为刘易斯（Lewis）准数，记为Le,它表示 了温度分布与浓度分布之间的关系。
1、管内受迫流动时的对流传质 2、流体沿平板流动时的对流传质
传热和传质基本原理--传质理论 ppt课件
ppt课件
35
（5） 温度对扩散系数的影响
ppt课件
36
ppt课件
37
§3-6 流体和多孔介质中的扩散和扩散 系数
ppt课件
38
ppt课件
39
ppt课件
40
ppt课件
41
ppt课件
42
ppt课件
43
多孔介质中的弥散传质 The origin of dispersion（弥散）
Physically, a non-constant advecting velocity
D f x c ~ j x u ~ ij)f jku ~ iu ~jfu ~ kc ~f
(*)
(1 C r)c ~ u ~ jf u x i jf u ~ ju ~ if( c x jfjk u ~ k c ~ f) 0
ppt课件
48
Thus the last equation can be simplified as:
u j 0 x j
u ti xjuju i1 x p i xj
( u i uj) xj xi
c t xj
ujcxj
(Df xcj)
ppt课件
45
Volume-averaged macroscopic GEs
u j f 0 x j
uif t
xj
ujf
uif
1pf
f xi
microscopic equations reads the spatial deviation: u~ j 0 x j
D D u ~i t xj(u ~juif u ~iu ~j)1f x ~ pi xj( x u ~ij u ~ xij)
第三章传热传质问题的分析与计算
y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为：
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义，阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向（壁面向流体）一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明：动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明：能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明：组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
化工原理各章节知识点总结
化工原理各章节知识点总结化工原理是化学工程与技术的基础课程之一，主要涉及物质的物理性质、能量转化、传质现象、化学反应等方面的知识。
下面是化工原理各章节知识点的总结。
第一章：化工基本概念与物质的物理性质1.1化学工程与化学技术的发展历史与现状1.2化工过程及其特点1.3物质的物理性质-物质的密度、比重、相对密度-物质的表观密度、气体密度-物质的粘度、表面张力、折射率-物质的热容、导热系数、热膨胀系数-物质的流变性质第二章：能量转化与传递2.1能量的基本概念2.2热力学第一定律2.3热力学第二定律2.4热力学第三定律2.5热力学循环第三章：物质的传递过程3.1传质的基本概念与分类3.2质量传递平衡方程3.3传质速率和传质通量3.4界面传质-液-气界面传质-液-液界面传质-固-液界面传质-固-气界面传质3.5传质过程中的最速传质与弛豫时间第四章：化工流体的流动4.1流体的基本性质4.2流体的流动类别4.3流体的流动方程-流体的质量守恒方程-流体的动量守恒方程-流体的能量守恒方程4.4流体内运动的基本规律-斯托克斯定律-流体的相对运动-流体的运动粘度4.5流体的管道流动-管道内的雷诺数-管道的流动阻力第五章：多元物系中物质的平衡与分离5.1多元物系基本概念5.2雾滴定律5.3吸附平衡5.4蒸汽液平衡5.5溶液中的平衡情况5.6气相-液相-固相三相平衡第六章：化学反应与反应工程6.1化学反应动力学6.2化学平衡6.3化学反应速率6.4反应器的基本类型-批次反应器-连续流动反应器-均质反应器-非均质反应器6.5反应器的设计与操作以上是化工原理各章节的知识点总结，涵盖了物理性质、能量转化、传质现象、化学反应等方面的内容。
这些知识点是化学工程与技术的基础，对于理解和应用化工原理具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•
c 当溶液搅拌剧烈时，不存在浓度梯度，即 i 0 的稳态对流扩散问题 t 2 则 （15）
ci 2 Di ci ci t
（14）
Di ci ci 0
•
在溶液无对流扩散时，即
0 的暂态扩散问题
（16）
ci Di 2 ci t
2018/10/5
8
理想稳态过程电流 理想状况下：扩散传质区和对流传质区可以截然划分； 存在大量的惰性电解质而忽略电迁移传质作用。 故设计如3-3图的实验，长为l毛细管段为扩散传质区，而带有搅拌 的容器A为对流区，不存在浓度极化。 由3-4图可得： ci ( x l ) ci (i 0) cio cis dci 扩散区的浓度梯度： （17） dx l l
（12）
由连续方程得，对于 定常状态不可压缩流 体的形变速率为零， 该项为零
2018/10/5
7
当三种传质过程联合作用时得： ci 2 o o Di ci ui ci E ui Eci ci t
• 若溶液中有大量惰性电解质时，电迁移作用忽略
（13）
o i i
（10）
（11）
对流传质： c x y z ci ci ci i ci x y y x x y z y y t 对
ci c c ci x y i y i ci x y y t 对
ti
z ?
i
zi
ti为粒子迁移数
（7）
正电流：自溶液流向电极的还原电流为正电流； I I x 在电解池中，上述三种传质过程总是同时发生。在一定条件下或是不同区域，起决定作用的 往往只有其中的某一种或两种。 例：在电极表面较远处流速较大，扩散和电迁移作用可忽略，而在无限接近电极表面的液层 流速为零，起主要作用的是扩散和电迁移过程；若有溶液中存在大量的“惰性电解质”，则 电迁移速度将大大减小，则表面液层中仅存在扩散传质过程。 另：电荷从主体溶液向电极传递过程，可视为远离电极表面的对流传质和电极表面的扩散传 质的串联过程；在有大量的惰性电解质存在的时候，传质速度主要取决于扩散传质。
D
化学工程 黄志诚
2018/10/5
目录
传质过程的基本概念 理想情况下的稳态过程 实际情况中的稳态对流扩散 极化曲线的形式及其应用 电场对稳态电流的影响 线性电势扫描法
2018/10/5 2
概念
物质流量：单位时间内研究物质通过单位截面积的量，用 π 表示
dn Adt
（1）
对流传质：物质的粒子随着流动液体而移动的传质。
电迁移：由于液相中存在电场引起的电迁移传质过程
电,i Euioci ( Ex Ey Ez )uioci
· · · · · · · · · · · · ±表示粒子所带电荷正
负
2018/10/5
3
我们所关心的是电极之间的传质过程，故考虑研究目标平面正交方向x的流量 则各个传质过程可简化为： 1. 对流传质 （2） c
则在dx内由物料衡算得： （8） 该式表示厚度dx的液体在单位时间、单位面积上粒子的物质的量的变化 故单位时间内粒子的浓度变化为： 2c （9） 2 1 c
1 2
《电化学基础教程》 高鹏，朱永明编； 或量纲分析
Fick第二定律
i t 扩
dx
Hale Waihona Puke Dxi 22018/10/5
6
则将Fick第二定律运用到三个传质过程中： 扩散传质： ci 2ci 2ci 2ci 2 2 2 D Di 2ci i y z t 扩 x 电迁移：
ci E y ci Ez ci o ci E x ui x t y z 电 Ex E y Ez ci ci ci o u c u E E E i x y z x y z x y z
I x F zi Di dci FE x zi uio ci x F zi ci dx
（6）
2018/10/5
由电中性原理得，该项 为零
4
其每种粒子贡献的电流密度表达式：
I xi ti I x Fz i Di dci FE x zi uio ci dx
2018/10/5
5
传质引起的浓度变化 取任意相距dx两界面，如左图 由Fick第一定律得两截面的扩散流量分别为：
c 1 Di i x x x
c c c 2 Di i Di i i dx x x x dx x x x x x
对， i x i
电极表面指向溶 液方向为正方向
2. 扩散传质
（费克第一定律）
c 扩,i Di i x
（3） （4）
3. 电迁移
电,i Exuioci
则x方向上的总流量： i 对,i 扩,i 电,i （5） 若将粒子所带电荷乘以流量，即可得到流经该平面的净电流密度：
对， ci ( x y z )ci i
扩散传质：在溶液中由于浓度梯度，使得该组分由高浓度向低浓度 转移的传质现象
c 扩,i Di i x ci i y ci j z k Di ci · · · · · · · i,j,k是方向单位向量