二氧化碳扩散系数测定
扩散系数计算
扩散系数计算WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、 气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式：1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ （７－１９）式中，D －Ａ、B 二元气体的扩散系数，2/m s ；P －气体的总压，Pa ；T －气体的温度，Ｋ；A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积，3/cm mol 。
一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。
51.01310Pa ⨯式７－１９的相对误差一般小于１０％。
二、 液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为9210/m s -。
表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
式估算：150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s （７－２１）式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），2/m s ；T －溶液的温度，Ｋ； μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数，具体值为：水；甲醇；乙醇；苯、乙醚等不缔合的溶剂为；A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。
扩散系数计算
7.2.2扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、 气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
150.67.410B AB A D V -=⨯μ 2/m s （７－２１）式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），2/m s ；T －溶液的温度，Ｋ；μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇1.9；乙醇1.5；苯、乙醚等不缔合的溶剂为1.0；A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。
若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus 方法估算： 1.0480.285c V V =，其中c V 为物质的临界体积（属于基本物性），单位为3/cm mol ，见表7－４。
从（７－２１）可见，溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数AB D 与溶质Ｂ在溶质Ａ中的扩散系数BAD 不相等，这一点与气体扩散系数的特性明显不同，需引起注意。
对给定的系统，可由温度1T 下的扩散系数1D 推算2T 下的2D （要求1T 和2T 相差不大），如下：21211()T D D T 2μ=μ （７－２２）三、 生物物质的扩散系数表７－５给出了一些生物溶质在水溶液中的扩散系数。
表7—5 生物溶质在水溶液中的扩散系数PM其中，.atm）。
** P M的单位：m3溶质（标准状态）／（s?m2?atm/m）。
1.生态学实验技术--土壤呼吸测定方法研究进展17
地表释放CO2的过程
Air CO2
生物学 化学
浓度梯度
Soil CO2
物理 扩散
最早可追溯到19 世纪末 主要针对于耕作土壤 自然土壤测定:20世纪60 年代国 际生物学计划(IBP)以来。
A: soil area inside the collar
Ct Cx C0 Cx eat
Initial rate = slope at C = C0
dC dt
t0 a(Cx C0 )
FCO 2
10V
Po
(1
Wo ) 1000
RS(To 273.15)
C t
-0.08% lower for R2
我们把土壤呼吸定义为土壤中有机体和植物体地下部分产生二氧化碳的过程buscot2005土壤呼吸有时也称为地下部分呼吸虽然枯枝落叶层不属于地下部分但凋落物分解的呼吸产生的co2也包括在土壤呼吸里面luo2006土壤呼吸是指未经扰动的土壤中产生co2的所有代谢作用主要包括根系呼吸自养呼吸的一部分以及土壤微生物和土壤动物的异养呼吸方精云2007最早可追溯到19世纪末主要针对于耕作土壤自然土壤测定
-12.8% lower for flux
室内气体混合完全Good mixing
Since only a small volume of air inside a chamber is pumped into the IRGA for determining dC/dt, air inside the chamber needs a good mixing.
扩散系数计算
7、2、2扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量,它表达某个组分在介质中扩散的快慢,就是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度与压力有关,其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散,Ａ在B 中的扩散系数与B 在A 中的扩散系数相等,因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示,即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下(51.01310Pa ⨯)的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算,通常用较简单的由富勒(Fuller)等提出的公式:1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ (７－１９)式中,D －Ａ、B 二元气体的扩散系数,2/m s ;P －气体的总压,Pa ; T －气体的温度,Ｋ;A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量,/kg kmol ;Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积,3/cm mol 。
一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加与得到,某些简单物质则在表７－２种直接列出。
51.01310Pa ⨯式７－１９的相对误差一般小于１０％。
二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多,因此也体的扩散系数要比气体的小得多,其量级为9210/m s -。
表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
对于很稀的非电解质溶液(溶质Ａ＋溶剂Ｂ),其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算:150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s (７－２１)式中,AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数(也称无限稀释扩散系数),2/m s ;T －溶液的温度,Ｋ; μ－溶剂Ｂ的粘度,.Pa s ;B M －溶剂Ｂ的摩尔质量,/kg kmol ;φ－溶剂的缔合参数,具体值为:水2、6;甲醇1、9;乙醇1、5;苯、乙醚等不缔合的溶剂为1、0;A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积,3/cm mol ,由正常沸点下的液体密度来计算。
扩散系数计算
它表达某个组分在介质中扩 0.0101T 1.75(7—19)722扩散系数费克定律中的扩散系数D 代表单位浓度梯度下的扩散通量， 散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为10 m 2/s 。
通常对于二元气体A 、B 的相互扩散，A 在 B 中的扩散系数和 B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号D 表示，即 D AB = D BA =D。
表7 — 1给出了某些二元气体在常压下(1.013 105Pa )的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒(Fuller )等提出的公式:p[c V A )1/3 e V B )1/3]22式中，D —A 、B 二元气体的扩散系数，m /s ；P —气体的总压，Pa ;T —气体的温度，K ；MA 、MB —组分A 、B 的摩尔质量，kg/kmol ；7 V A 7 V B3、—组分A 、B 分子扩散体积，cm 3/mol 。
一般有机化合物可按分子式由表7-2查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表7-2种直接列出。
表7-1某些二元气体在常压下(5)的扩散系数系统温度/K 扩散系数/(10-5m 2/s)系统温度/K-5 2扩散系数/(10 m/s)H 2—空气 273 6.11 甲醇一空气 273 1.32 He —空气 317 7.56 乙醇一空气 273 1.0202—空气 273 1.78 正丁醇-空气 273 0.703 Cl 2 —空气 273 1.24 苯-空气 298 0.962 H 2O —空气273 2.20 甲醇一空气298 0.844 298 2.56 H 2— CO 273 6.513323.05 H 2— CO 2 273 5.50 NH 3 —空气 273 1.98H 2— N 2 273 6.89 CO 2 —空气273 1.38294 7.632981.64 H 2— NH 3 298 7.83 SO 2 —空气 2931.22He — Ar2987.297-2 原子扩散体积3v/(cm /mol) 分子扩散体积 3工 V /( cm /mol)原子扩散体积3v/(cm /mol)分子扩散体积3工 V /( cm /mol)C15.9 He 2.67 S22.9CO 18.0,其扩散系数常用 Wilke-Cha ng 公式估算:2 /m/S（7 — 21）AB= 7.4 10‘5(M B )T T 」V A 0.6式7 — 19的相对误差一般小于1 0%。
扩散系数计算
7.2.2扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式：1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ （７－１９）式中，D －Ａ、B 二元气体的扩散系数，2/m s ；P －气体的总压，Pa ； T －气体的温度，Ｋ；A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积，3/cm mol 。
一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。
51.01310Pa ⨯式７－１９的相对误差一般小于１０％。
二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为9210/m s -。
表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
表７－３ 溶质在液体溶剂中的扩散系数（溶质浓度很低）对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算：150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s （７－２１）式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），2/m s ；T －溶液的温度，Ｋ； μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇1.9；乙醇1.5；苯、乙醚等不缔合的溶剂为1.0；A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。
二氧化碳驱油原理
第一章 二氧化碳驱油机理第一节 驱油机理2CO 是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以是原油体积膨胀，粘度下降，还可降低油水间的界面张力；2CO 溶于水后形成的探索还可以起到酸化作用。
它不受井深、温度、压力、地层水矿化度等条件的影响，由于以上各种作用和广泛的使用条件，注2CO 提高采收率的应用十分广泛。
人们通过大量的室内和现场试验，都证明了2CO 是一种有效的驱油剂，并相继提出了许多注入方案。
包括：连续注2CO 气体；注碳酸水法；注2CO 气体或液体段塞后紧接着注水；注2CO 气体或液体段塞后交替注水和2CO 气体（WAG 法)；同时注2CO 气体和水。
连续注入2CO 驱替油层时，由于不利的流度比及密度差，宏观波及系数很低，2CO 用量比较大，实施起来不够经济，用廉价的顶替液驱动2CO 段塞在经济上更有吸引力。
用碳酸水驱油实质是利用注入的水和2CO 溶液与地层油接触后，从其中扩散出来的2CO 来驱油，但此扩散过程较慢，与注入纯2CO 段塞相比达到的采收率比较低。
注2CO 段塞的工艺包括；注2CO 段塞后注水、注段塞后交替注水和注2CO 气体，前一种方法是水驱动2CO 段塞驱扫描整个油层，尾随的水不混相地驱替2CO ，在油层中留下一个残余的2CO 饱和度，后一种方法，其目的在于降低2CO 的流度，提高油层的波及系数。
提出的另外一种工艺是通过双注水系统同时注水和2CO （见下图），但是这种工艺的施工和完井的成本高，经济风险更大。
沃纳（Warner1977）和费耶尔斯（Fayers ）等人在模拟研究中证明，W AG 注入法要比连续或单段塞注入法优越。
沃纳的研究结果还表明，连续注入2CO 可采出潜在剩余油量的20%；注入2CO 段塞可采出25%；而W AG 法可采出注水后地下原油的38%；同时注入气与水可采出47%的原油，但此法仍存在着严重的操作问题。
由此看来，W AG 法仍然是最经济可行的2CO 驱工艺，但它不适合于低渗透砂岩，因为在这种砂岩中，由于水的流度很低，变换注入方式可能造成注入速度严重降低。
二氧化碳的研究
达到 0.1PPM,CO2 达到 5PPM。所排放的酸性气体,再经选择性吸收,可使 H2S 含量 达到 60%。
2) 变压吸附法回收 CO2 变压吸附法制取 CO2,其原料气必须经脱硫、磷化物、醇、高级烃、H2O 等杂 质。从经济角度来看,原料气中 CO2 的含量在 20～80%(V)的各种气体,如合成氨变 换气、石灰窑气、甲醇裂解气、合成氨系统碳丙脱碳解析气、天然矿井气等。其 产品 CO2的纯度,可根据气源的不同,可达到 98.5～99.99%;脱碳尾气提纯 CO2可达 到食品级 99.5～99.99%。 我国西南化工研究院于 1987 年在眉山化肥厂实现了第一套变压吸附提取 CO2 的工业装置,其原料气为石灰窑气。1989 年合成氨变换气中采用变压吸附回 收 CO2 装置,在广东江门氮肥厂投产。此后,在湖北襄樊化肥厂、浙江宁波化肥厂 相继实现。变压吸附脱碳与溶液法相比,设备简单、操作方便、无腐蚀性、能耗 低、操作费用低、操作弹性也大。 2、典型气体的加工工艺 1) 酒厂副产品 CO2:酒厂的废气经简单处理后,其 CO2 的浓度可达到 95%以上。 制造工业用液体 CO2,经简单处理的 95%以上的 CO2,即可使用,简单的压缩冷凝法 就可获得工业用的液体 CO2。其流程如下：
以化石原料(煤、石油、天然气)与水蒸汽在高温下,发生重整。首先变化为 CO,CO 变换反应,在 CO 转化为 CO2 的同时,水蒸汽转变为 H2。制氢厂在提取 H2 时, 要排放大量的 CO2。
合成气厂、炼油厂与合成氨厂、与制氢厂一样产生大量的 CO2 副产品。 3、酒厂、水泥厂、石灰窑厂、磷酸钠厂等生产时也产生大量的 CO2 副产品。 酒厂在生产过程中,主要反应为糖转化为乙醇与 CO2。其反应式为: C6H12O6---2C2H5OH+2CO2,一吨白酒几乎可以产生一吨 CO2。 水泥厂在生产过程,产生大量的 CO2。一个中型的水泥厂,每年的 CO2 排放量 可达 2 万吨左右。石灰窑厂产生的废气,CO2 约占 40%,是由碳酸盐分解为 CO2 和 CaO。 制造磷酸钠时,可生产纯度较高的 CO2 副产品。其反应式如下: 3NaCO3+2H3PO4---2NaPO4+3CO2 4、天然 CO2 气井、含 CO2 较高的天然气气井。 5、乙烯生产 乙烯厂的环氧乙烷装置尾气。 6、酒精发酵气体 啤酒、蒸馏饮料和工业酒精生产中副产大量 CO2 气体，其中主要反应为糖转 化为乙醇和 CO2。 C6H12O6---2C2H5OH+2CO2
扩散系数计算
7.2.2扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式：1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ （７－１９）式中，D －Ａ、B 二元气体的扩散系数，2/m s ；P －气体的总压，Pa ； T －气体的温度，Ｋ；A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积，3/cm mol 。
一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。
51.01310Pa ⨯式７－１９的相对误差一般小于１０％。
二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为9210/m s -。
表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算：150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s （７－２１）式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），2/m s ；T －溶液的温度，Ｋ；μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇1.9；乙醇1.5；苯、乙醚等不缔合的溶剂为1.0；A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。
二氧化碳扩散系数的实验研究和模型计算
二氧化碳扩散系数的实验研究和模型计算赵光华【摘要】采用动态界面张力法研究二氧化碳(CO2)在中原油田胡12块轻质原油的传质速率问题.实验中原油-CO2体系的动态和平衡界面张力通过悬滴法测定.理论上,建立一个数学模型得到任何时间下的动态界面张力.目标函数用来表示不同时间理论计算和实验测得的动态界面张力的均方根相对误差.CO2扩散系数和传质Biot 数作为适当的参数,当目标函数最小化时,就能确定扩散系数和传质Biot数.由数值模拟得出:300.15 K,0.5～4.1 MPa下,CO2在原油的扩散系数、传质Biot数和界面传质系数分别为(0.45 ～4.61)×10-9 m2/s,2.5～7.1和(0.85 ～8.33)×10-5 m/s,模型计算与实验测得动态界面张力的均方根相对误差低于1.81％.【期刊名称】《复杂油气藏》【年(卷),期】2018(011)003【总页数】6页(P55-59,73)【关键词】二氧化碳;扩散系数;传质系数;界面张力【作者】赵光华【作者单位】长城钻探工程技术研究院,辽宁盘锦124001【正文语种】中文【中图分类】TE357.4二氧化碳(CO2)吞吐可以用于多种条件的油藏[1]，如粘度不太高的稠油油藏，水驱油藏(稀油)高含水时期，油层连通性差、非均质严重、无法形成注采系统的小断块，块状、具有顶部剩余油的倾斜油层等。
中原油田胡12块属于非均质严重的中高渗透油藏[2]，注水效果差，现场试注N2驱油效果不好，目前已进入高含水阶段，急待推广应用CO2吞吐采油技术。
大量研究表明，分子扩散是CO2提高原油采收率的一个重要机理[3-4]。
因此，在高压和不同温度下，CO2在原油中的扩散系数是决定CO2在原油传质速率的一个很重要的参数。
由于地层基岩很复杂，注入的CO2很难与油藏中原油完全混合好[5]。
多数情况下，CO2通过分子扩散溶于原油，当水相将油相与CO2气相隔开时，水相阻碍了CO2分子的扩散，并且完全抑制了轻质烃类化合物释放到CO2中。
扩散系数计算
扩 散 系 数费克定律中的扩散系数D 代表单位浓度梯度下的扩散通量, 散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数A 、B 的相互扩散，A 在 B 中的扩散系数和 B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而 用同一符号D 表示，即 D AB D BA D 。
5表7 — 1给出了某些二元气体在常压下(1.013 10 Pa )的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒(Fuller )等提出的公式:1/31/3 2P[( V A ) ( V B )](7—19)2 式中，D —A 、B 二元气体的扩散系数， m /s ；P —气体的总压，Pa ; T —气体的温度，K ； M A 、MB —组分A 、 B 的摩尔质量，kg/kmol ；V AV B3、—组分A 、B 分子扩散体积，cm /mol 。
一般有机化合物可按分子式由表7-2查相应的原子扩散体积加和得到， 某些简单物质则在表7-2种直接列出。
5表7-1某些二元气体在常压下(1.013 10 Pa )的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5 210 m /s 。
通常对于二元气体它表达某个组分在介质中扩式7 —19的相对误差一般小于1 0%。
、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得9 2多，其量级为10 m /s。
表7 —3给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
表7 — 3 溶质在液体溶剂中A E）,其扩散系数常用Wilke-Cha ng公式估算:式中，D AB—溶质A在溶剂E中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），m2/s ;T —溶液的温度，K;-溶剂E的粘度，Pa.s ；M B—溶剂E的摩尔质量，kg/ kmol ；—溶剂的缔合参数，具体值为：水 2.6 ；甲醇1.9 ；乙醇1.5 ；苯、乙醚等不缔合的溶剂为1.0；VA—溶质A在正常沸点下的分子体积，cm3/mol，由正常沸点下的液体密度来计D AB 7.4 10 15（M B）TV A0.6 2 /m /S （7 — 21）算。
气体在薄膜中扩散系数的测试方法研究
摘要：扩散系数是研究气体在材料中渗透行为的重要参数。
本文以压差法气体渗透仪为试验设备，采用时间滞后法分析了氧气在PET薄膜样品中的扩散系数，并通过对试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容的介绍，为研究气体在薄膜中的扩散系数提供参考。
关键词：气体扩散系数、压差法气体渗透仪、氧气扩散系数、PET薄膜、时间滞后法、气体透过量、氧气透过量、氧气透过系数1、意义按照现有理论，气体在薄膜材料中的渗透微观过程表现为溶解吸附-扩散-溶解脱附，其中气体在材料中的扩散是决定其渗透行为的重要参数指标，通常用扩散系数表征材料扩散能力。
影响扩散系数的因素包括温度、气体分子直径及其与薄膜分子的相互作用、薄膜材料的内部结构等，通过对气体在薄膜中扩散系数的研究及测试，有利于分析气体在薄膜中的渗透行为及影响因素，为改善材料的阻隔性并提高对不同气体的分离能力提供理论依据与数据支持。
2、试验样品本文以氧气为测试气体，PET薄膜为试验样品，测试氧气在PET薄膜中的扩散系数。
3、试验方法气体在薄膜材料中的扩散系数测试方法包括半时间法、预计法与时间滞后法等，半时间法需通过抽真空或其他方法去除薄膜材料中的测试气体，再将薄膜两侧的气体调整为等压的测试气体与载气，待达到渗透平衡后计算测试气体的扩散系数，目前这种方法仅可测试氧气的扩散系数，通常采用等压法氧气透过量检测设备进行测试；预计法是通过复杂的计算预测气体的扩散系数；时间滞后法是使薄膜一侧处于高真空、另一侧为一定压力试验气体的情况下，测试气体在薄膜两侧达到渗透平衡时的滞后时间，计算气体扩散系数。
为了保证测试精度，并提高不同气体扩散系数的对比性，本文采用时间滞后法进行研究试验。
操作过程依据GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》。
4、试验设备本次试验采用VAC-V2压差法气体渗透仪为检测设备，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。
图1 VAC-V2 压差法气体渗透仪4.1 试验原理装夹在测试腔中的试样将测试腔分成上、下两腔，下腔通过抽真空形成高真空环境，上腔中充入一定压力的试验气体。
扩散系数计算
扩散系数费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为5210/m s -。
通常对于二元气体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号Ｄ表示，即AB BA D D D ==。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式：1/31/32[()()]A B D P v v =+∑∑ （７－１９）式中，D －Ａ、B 二元气体的扩散系数，2/m s ；P －气体的总压，Pa ； T －气体的温度，Ｋ；A M 、B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；Av∑、Bv∑－组分Ａ、B 分子扩散体积，3/cm mol 。
一般有机化合物可按分子式由表７－２查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。
表7－１ 某些二元气体在常压下（51.01310Pa ⨯）的扩散系数表７－２ 原子扩散体积和分子扩散体积式７－１９的相对误差一般小于１０％。
二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为9210/m s 。
表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。
表７－３ 溶质在液体溶剂中的扩散系数（溶质浓度很低）对于很稀的非电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算：150.6()7.410T B AB A M TD V -φ=⨯μ 2/m s （７－２１）式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数），2/m s ；T －溶液的温度，Ｋ； μ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；φ－溶剂的缔合参数，具体值为：水；甲醇；乙醇；苯、乙醚等不缔合的溶剂为；A V －溶质A 在正常沸点下的分子体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。
二氧化碳超临界流体萃取技术简介
扩散系数(cm2/s )
0.1-0.4 (0.2-2) ×10-5 (2-7) ×10-4
超临界流体的性质
1 密度类似液体，因而溶剂化能力很强。 密度越大溶解性能越好 2 粘度接近于气体，具有很好的传递性 能和运动速度 3 扩散系数比气体小，但比液体高一到 两个数量级，具有很强的渗透能力 4 SCF的介电常数，极化率和分子行为 都与气液两相均有明显差别
超临界CO2萃取的影响因素
6. 夹带剂(提携剂) 超临界CO2流体对亲脂类物质的 溶解度较大，对较大极性的物质溶 解较小，限制了其对极性较大溶质 的应用。可在SCF中加入极性溶剂 （如乙醇等）以改变溶剂的极性， 拓宽其适用范围。如丹参中的丹参 酮难溶于CO2流体，在CO2中添加 一定量乙醇可大大增加其溶解度。
乙醚
193.6
3.68
超临界流体的性质
超临界流体由于处于临界温度和临 界压力以上，其物理性质介于气体 与液体之间。
物质 状态
气态 液态 SCF
密度（g/cm3）
(0.6-2) ×10-3 0.6-1.6 0.2-0.9
粘度(g/cm/s)
(1-3) ×10-4 (0.2-3) ×10-2 (1-9) ×10-4
f vi
=fLi
p*i xiriφ*i＝ pyiφi
xi ——液相中组分i的摩尔分数
ri ——液相中组分i的活度系数
φi——组分i的逸度系数
φ*i——纯组分i饱和蒸气的逸度系数
P——总压
p*i ——纯组分i的饱和蒸汽压
超 临 界 流 体 萃 取 的 应 用
医药Байду номын сангаас业
中草药提取 酶，纤维素精制 金属离子萃取 烃类分离 共沸物分离 高分子化合物分离 植物油脂萃取 酒花萃取 植物色素提取 天然香料 化妆品原料
超临界二氧化碳扩散行为的分子动力学模拟
超临界二氧化碳扩散行为的分子动力学模拟王宝和;杨刘玮;李群;夏良志;王刚【摘要】二氧化碳分子选用EPM2模型,乙醇分子选用TraPPE-UA模型,采用分子动力学模拟技术,探讨了超临界二氧化碳的自扩散系数及乙醇—超临界二氧化碳体系的无限稀互扩散系数.模拟结果表明,超临界二氧化碳的自扩散系数和乙醇—超临界二氧化碳体系的无限稀互扩散系数均随着温度的升高或压力的降低而增大.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2014(031)008【总页数】5页(P31-35)【关键词】分子动力学;超临界二氧化碳;扩散系数;模拟【作者】王宝和;杨刘玮;李群;夏良志;王刚【作者单位】大连理工大学化工学院,辽宁大连116024;大连理工大学化工学院,辽宁大连116024;大连理工大学化工学院,辽宁大连116024;大连理工大学化机学院,辽宁大连116024;大连理工大学化工学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】O561超临界二氧化碳的扩散系数与其许多物性参数相互关联，是科学研究、工程开发和过程设计不可缺少的基础数据。
鉴于超临界二氧化碳分子间相互作用的复杂性，完全从理论上进行准确预测仍存在较大的难度；苛刻的测试条件使得超临界二氧化碳扩散系数的实验测定十分困难。
随着计算机和分子动力学(MD)模拟技术的发展，从分子水平研究超临界二氧化碳的扩散规律，已经引起国内外许多学者的极大关注[1-3]。
俞联梦等[4]采用MD模拟方法，探讨了CO2-水体系的PVT性质、扩散系数、微观结构、配位数及氢键作用。
Higashi等[5]利用MD模拟了纯CO2流体和CO2-萘混合体系的CO2扩散系数。
Colina等[6]采用Monte Carlo模拟技术，计算了超临界CO2的密度、焦耳—汤普森系数、等压热容、等温压缩系数等物性参数。
Zhou等[7]利用MD模拟方法，探究了超临界二氧化碳中有机物的扩散行为，并提出一个新的计算二氧化碳无限稀互扩散系数方程。
Pt 电极上 CO2水解析氢反应的研究
Pt 电极上 CO2水解析氢反应的研究廉颖;沙作良;陈兢鸢【摘要】利用循环伏安法,研究了CO2-H2O 体系在 Pt 电极上的析氢反应,与单纯析氢反应相比,还原峰电位发生负偏移,还原峰电位为-0.5,V.并通过计算,得出在pH=4附近 CO2扩散系数D =3.02×10-10,m2/s,H+扩散系数CO 2 D =+H 4.93×10-9,m2/s,电极表面的反应层厚度D k cμ=/(0 b-及 H+的浓度分布函数) c c++ΗΗ[-=10 H+HCO exp{-x k c 0 b HCO-/D +H}].33为电流法测定 CO2气体浓度的方法提供了基础参考数据【期刊名称】《天津科技大学学报》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P44-47,56)【关键词】二氧化碳;循环伏安法;前置化学反应;析氢反应;反应层【作者】廉颖;沙作良;陈兢鸢【作者单位】天津市海洋资源与化学重点实验室,天津科技大学海洋科学与工程学院,天津300457;天津市海洋资源与化学重点实验室,天津科技大学海洋科学与工程学院,天津300457;日本福井大学物理工学部,福井910-0017【正文语种】中文【中图分类】TQ150.1二氧化碳(CO2)化学性质非常稳定，在大气中的滞留时间(寿命)可达几十年或上百年，空气中含有微量的 CO2(约占 0.039%)，它是影响地球辐射平衡的主要温室气体，也是《京都议定书》规定的需要减排的温室气体之一.大气 CO2浓度升高将导致全球气候变暖、海水酸化、区域降水分布不均、土壤水分状况混乱，将波及到植被分布、生物生产力改变以及植物生长规律发生变化等问题[1].大气CO2浓度日益增大，已经一定程度地破坏了人们的生活环境，因此对CO2含量进行定量的检测与控制已成为一项极具实际意义的任务.近年来电流型传感器因具有高灵敏度、响应时间迅速、操作简易等特点而备受关注.然而，对于稳定的 CO2气体，欲在电极上直接还原获取定量的电流信号在动力学上是困难的，即使使用高效电催化剂，也只有极化到足够负的电位区才能使 CO2发生电还原[2].为此，在水溶液体系，为避开阴极析氢的干扰，只能寻找间接的反应途径来获得与 CO2浓度相关的电流信号；或者采用质子惰性的非水溶剂取代水溶剂.目前国内的研究[3–5]大多集中在非水溶剂如二甲亚砜(DMSO)、乙腈中 CO2的定量还原.本文侧重研究水溶液体系在 CO2解离影响下阴极析氢反应的循环伏安曲线的特性，寻找析氢电流与 CO2浓度的相关性.循环伏安法(cyclic voltammetry)是一种常用的电化学研究方法.该方法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线，常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理.在电极表面进行的析氢反应(hydrogen evolution reaction)H+＋是电极反应中最基本的反应，已被学者们广泛研究.大量文献[6–8]曾报道过贵金属Pt具有优异的电催化活性，其氢超电势低，同时常温常压在水溶液中 Pt电极上 CO2的还原反应不发生.所以本文中使用直径为1.6,mm Pt电极. 将 CO2气体与析氢反应联系起来，需要引入前置化学反应的概念.在给定的电位区域内，溶液中的反应物的主要存在形式 M 不能直接进行电极反应，必须通过化学转化步骤生成活性物质 O才能进行电荷传递反应生成R.即：CO2气体溶于水，生成碳酸，碳酸解离出氢离子，使水溶液的 pH降低.外加线性扫描电压，氢离子在电极表面被还原成氢气，电流值与氢离子浓度成正比，进而电流值与CO2浓度有相关性(kf，kb表示解离的正逆反应速率常数，el∞表示电极的反应速率远大于前行化学反应速率).CO2的解离是可逆反应，H+的还原是电极反应.这种受化学反应速率控制的电极反应过程，因电流的性质与化学反应动力学过程有关，又称为动力电流，相应的伏安曲线称为动力波.处理动力学电流利用近似法，在扩散层与电极表面之间引入了反应层的概念，反应层示意图见图1.反应层是由 Brdicka和 Wiesner提出的，包含以下要点[9]：(1) 化学反应仅仅发生在紧靠电极表面的一薄层溶液中，该层溶液称为反应层；(2) 反应层的厚度µ很小，其值决定于化学反应速率和电活性物质的扩散系数；(3) 反应层内，化学反应所产生的活性物质 O都能在电极上还原，并可以从化学反应得到补充，其浓度受化学反应速率的控制.CO2气体，纯度 98%；KCl，分析纯；质量分数40%的浓盐酸.HECS-1112型恒电位仪；MP225型pH计；采用Pt圆盘电极作为工作电极，Pt 螺圈电极作为对电极，实验室制备的 Ag/AgCl电极为参比电极的三电极体系进行电化学行为的研究.配制 0.5,mol/L KCl溶液作为支持电解质.分别用 HCl、CO2调节其 pH，得到 4组 pH 不同的 HCl-KCl溶液和 CO2-KCl溶液.由于 CO2溶解度的限制，pH最低能达到3.7；pH过高，将会导致H+浓度过低，电极反应难以发生.待测溶液反应前需要通 N2除氧10,min左右，实验设定扫描电位范围为＋0.23～－0.7,V(相对于 Ag/AgCl 电极)，用电化学工作站测定循环伏安曲线，灵敏度为10,μA.工作电极用砂纸打磨，然后分别使用蒸馏水、丙酮和蒸馏水进行超声清洗，晾干备用；铂丝电极分别用稀硝酸和蒸馏水进行超声清洗，晾干备用.关于 H2的电极反应的研究很多，但对于低浓度条件下单纯的 H+还原析氢反应研究很少.本实验测试了pH＝3.85条件下HCl溶液的伏安特性曲线，结果如图 2所示.读取每个扫描速率下的还原峰电流值，绘制峰电流和扫描速率的二次方根的关系曲线，如图3所示.由图 2可知，析氢反应是个可逆电极反应.判断依据是还原峰和氧化峰的电位差约为59,mV，且氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于1.对于一个可逆电极反应，物质的传输过程是整个电极反应的控制步骤，扫描速率二次方根成线性关系[10].从图3可知，峰电流Ip与扫描速率的二次方根成正比.根据 Randles提出的线性扫描可逆波方程式[11]，峰电流 Ip的计算式为式中：K为常数，K＝0.446,3；n为电子转移数；F为法拉第常数；A为电极表面积；c为反应物浓度.从图 3可知，直线的斜率即为Ip/v1/2，F、A、c、n均为已知数，将其代入式(1)，可求得 HCl溶液中 H+的扩散系数D＝8×10-9 m2/s. CO2 溶于水生成 H2CO3，碳酸解离生成 H+.但在实际的反应过程中，生成的H2CO3 大部分逆反应重新生成CO2，另一部分解离成H+，真正以碳酸形式存在的量非常微少.所以本文中用一步反应来表示.向 KCl溶液中通 CO2 45,min，使其充分溶解到达饱和状态.测得 pH＝3.85，对其进行线性扫描，其循环伏安曲线如图4所示.从图 4可知，CO2水溶液中，在单纯的析氢电位偏负的位置出现了还原峰，由于CO2自身的氧化还原反应在水溶液中很难发生，可确定仍是 H+的还原峰，还原峰电位值为－0.5,V.发生偏移的原因是由于电极表面的组成发生了变化.将图 2与图4进行比较可知，在相同的扫描速率下 CO2溶液峰电流值显著地大于HCl溶液的电流值.控制向溶液中通CO2的时间，可得到不同pH的溶液(见表1).重复上述过程，对其进行线性扫描，得到相应的循环伏安曲线，绘制峰电流与扫描速率二次方根的关系曲线，如图 5所示.对曲线进行拟合，方程式为I = Ae−v+ I.当峰电流趋向无穷大时所对应的电流p k值为极限电流 Ik，读取 Ik值列于表 1中.图 5中pH＝4.07的 CO2溶液中由于溶解的 CO2浓度低，仅在低扫描速率下电流值便达到极限状态，电流值不再随扫描速率的增大而增加.对于这种平面电极上进行的伴有前置化学反应的电极反应过程，组分 H+在电极上还原所引起的极限电流为式中：Ik为极限电流；n为转移电子数；F为法拉第常数；kb为逆反应速率常数.以上物理量及碳酸氢根离子、氢离子浓度均为已知，代入式(2)可求得伴有前置化学反应的析氢反应的H+扩散系数，结果见表2.由表 2可知，二氧化碳水溶液中 H+扩散系数微小于 HCl溶液，且 H+和 CO2的浓度对其影响不大，可将其近似为一固定值.进而根据稳态条件下电极表面H+扩散方程：查文献[12]得到 kf＝0.035,8,s-1，kb＝2.67×104 L/(mol·s)，由于kb≥kf，式(3)可改写成边界条件如下：解式(4)可得到电极表面层 H+的分布公式如下(x表示距离电极表面的距离)：另一方面，电极反应所需的 H+是由 CO2供给的，极限电流也可以写成式(6)：式中，r0表示电极的半径.根据极限电流及其他相关数据可以计算出 CO2气体在水中扩散系数，结果见表3. HCl溶液中的析氢反应为可逆电极反应过程，受反应物质 H+扩散速率控制.CO2溶液的析氢反应过程受前行化学反应速率和扩散速率的共同影响.通过计算得出在pH＝4的CO2溶液中，CO2扩散系数扩散系数,m2/s，电极表面的反应层厚度的浓度分布函数这些数据为电流法测定 CO2气体浓度的研究提供了基础数据.【相关文献】［1］张芳. 大气CO2、CH4和CO浓度资料再分析及源汇研究[D]. 北京：中国科学院研究院，2011.［2］Taniguchi I. Electrochemical and photoelectrochemical reduction of carbondioxide[C]//Modern Aspects of Electrochemistry. New York：Plenum Press，1989：327–400.［3］张丽，路嘉兴，张千峰. 循环伏安法研究 CO2电还原行为[J]. 安徽工业大学学报，2010，27(1)：24–26.［4］夏盛清，陈声培，孙世刚. Sb-Pb-Pt/GC电极上二氧化碳还原过程研究[J]. 精细化工，2000，17(增刊)：84–86.［5］张丽，罗仪文，钮东方，等. CO2在铜电极上的电还原行为[J]. 高等学校化学学报，2007，28(9)：1660–1662.［6］甘雄，马稳. 析氢催化电极的研究概述[J]. 安阳师范学院学报，2004(5)：28–33.［7］邹群，楼台芳，王银平，等. 析氢催化电极的研究现状[J]. 材料保护，2002，35(3)：11–14. ［8］Jia M Q，Meretskyi A M. Hydrogen adsorption on Pt，Rh and Pt-Rh electrodes [J]. Chinese Journal of Chemical Engineering，2005，13(1)：102–106.［9］张祖训，汪尔康. 电化学原理与方法[M]. 北京：科学出版社，2000：164.［10］藤岛昭，相泽益男，徹井上. 电化学测定方法[M]. 陈震，姚建年，译. 北京：北京大学出版社，1995：142.［11］Randles J E B. A cathode ray polarograph. Part II：The current-voltage curves[J]. Transactions of the Faraday Society，1948，44：327–338.［12］Schulz K G，Riebesell U，Rost B，et al. Determination of the rate constants for the carbon dioxide to bicarbonate inter-conversion in pH-buffered seawater systems[J].Marine Chemistry，2006，100(1/2)：53–65.。
化学反应工程第五章习题课
第五章 习题课1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =·m -3，空隙率εP =，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯苯的分子扩散系数D AB =。
解1233P e 1233K AB 12370K 93P g P V g0s cm 10145.1310608.652.0s cm 10608.610902.61155.011111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.510601035052.0444----------⨯=⨯⨯==⨯=⨯+=+=⨯=+⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯===τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容为V P =，比表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=，颗粒密度ρS =·cm -3，氢的摩尔扩散体积V B =，二氧化碳的摩尔扩散体积V A = cm 3mol -1，试求二氧化碳的有效扩散系数。
解()1223/13/15.05.1231B 31A 5.0B A 5.1AB 13B 113A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436.011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⋅==⋅=V V p M M T D V M V M B 121270740s cm 0120.00122.016978.011s cm 0122.04415.303106.948504850cm 106.91015036.044----=+==⨯⨯===⨯=⨯⨯==D M T d D S V d K g g12P e S g P s cm 00155.09.3012.0504.0504.04.136.0-=⨯===⨯==τερεD D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速率常数为k =，有效扩散系数为D e =。
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二氧化碳扩散系数测定
二氧化碳扩散系数测定是一种用于研究气体传输和扩散的实验方法。
该方法主要利用了二氧化碳在空气中的扩散特性，通过测量二氧化碳浓度变化和时间的关系，从而得到二氧化碳扩散系数。
该系数是描述气体分子传输速度和扩散能力的指标，对于研究气体传输、空气污染、气候变化等领域具有重要的应用价值。
二氧化碳扩散系数的测定可以采用多种方法，如稳态法、非稳态法、层析法等。
其中，稳态法是应用最为广泛的一种方法。
该方法主要利用了稳态下二氧化碳浓度在空气中的扩散过程，通过测量空气中不同位置处的二氧化碳浓度值，从而得到二氧化碳扩散系数。
稳态法测量精度高、可重复性好，因此被广泛应用于空气污染监测、室内空气质量研究等领域。
二氧化碳扩散系数的测定方法不仅涉及到实验技术，还需要考虑诸如温度、湿度、气压等多个因素的影响。
因此，正确选择实验条件和控制因素对于测定结果的准确性至关重要。
同时，随着气候变化和环境污染的加剧，对于二氧化碳扩散系数及其相关研究也越来越受到人们的关注和重视。
总之，二氧化碳扩散系数测定是一项重要的实验技术，对于研究气体传输和扩散具有重要的意义。
我们应该加强对于该技术的研究和应用，更好地推动环境保护和气候变化的工作。
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