气体扩散系数的测定

气体扩散系数的测定和计算

实验目的

1. 了解和掌握气体扩散系数测定的一般方法

2. 测定并计算气体扩散系数

实验原理

气体的扩散系数与系统的温度、压力以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关。测定二元气体扩散系数的常用方法有蒸发管发、双容积法、液滴蒸发法等。这里以蒸发管法为例进行说明。下图所示为蒸发管法测定气体扩散系数的装置。

将此装置置于恒温、恒压的系统内。测定时，将液体A 注入圆管的底部，使气体B 徐徐地流过关口。圆管中待测组分A 汽化并通过气层B ，组分A 扩散到管口处即被气体B 带走，使得管口处的浓度很低，可认为p A2为0，而液面处组分A

的分压p A1为在测定条件下的组分A 饱和蒸汽压。此过程可近似看作稳态过程。

若气体B 不能溶解于液体A 中，则该过程为组分A 通过停滞组分B 的稳态扩散过程。则组分A 的扩散通量为

)(21A A BM

AB A p p zp RT p D N -∆=

对组分A 物料衡算得 A A A M Ad N dzA θρ=

整理得

θ

ρd dz M N A A A = 又该过程为稳态过程则有

θ

ρd dz M p p zp RT p D N A A A A BM AB A =-∆=

)(21 对上式积分得 ⎰⎰

-=z z A A A AB BM A zdz p p pM D RTp d 0)(210ρθθ

得 2)(2

0221z z p p pM D RTp A A A AB BM A --=ρθ 也即

2)(2

0221z z p p M p RTp D A A A BM A AB --=θρ 测定时，可记录一系列时间间隔与z 的对应关系，便可由上式计算出气体的扩散系数D AB 。

实验装置

1-加热器开关 2-真空泵开关 3-空气泵 4-水浴 5-温度计

6-加热器控制器 7-毛细管 8-游标卡尺 9-显微镜

实验步骤

1.将甲醇溶液注入毛细管中，深度约35mm。把顶端螺母从金属接头配

件上旋下，仔细地把毛细管通过螺母内的橡胶圈，直到毛细管的顶端

固定在螺母的顶端面上，缓慢地旋转螺母，使“T”严对显微镜。把

真空泵管接到“T”的一端上。

2.安装显微镜，调节物镜，使它离容器20-30mm，调整显微镜的垂直高

度直到毛细管能够看见。

3.弯月面看到后，滑动游标卡尺的滑尺，与固定尺上的相应的刻度成一

直线。

4.开启真空泵，记录毛细管中弯月面的距离。

5.开启控制温度的水浴，记录毛细管中弯月面变化的距离。

6.15分钟后关掉水浴，记录毛细管中弯月面变化的距离。

7.开启水浴，重复上述6操作。

参考文献

[1] 陈涛,张国亮.化工传递过程基础[M].北京:化学工业出版社出版社,2008

[2] 华中农业大学气体扩散系数讲义