气体扩散系数的测定
岩石中烃类气体扩散系数测定技术细节浅析
- 29 -第5期岩石中烃类气体扩散系数测定技术细节浅析张璐1,2，国建英1,2，谢增业1,2，刘爱国1,2，杨春龙1,2（1.中国石油勘探开发研究院，北京，100083）（2.中国石油天然气集团公司天然气成藏与开发重点实验室， 河北 廊坊 065007）[摘 要] 烃类气体的扩散系数是衡量气体扩散能力的重要物理量，是盖层评价的基本参数之一。
国内实验室测定扩散系数一般采用间接方法，即实验测定一定时间内通过样品的扩散量或浓度，再由这些实测值求得扩散系数。
但不同的操作流程和实验方法会造成结果的差异。
对比实验表明，扩散系数测定误差主要出现在取气时间、取气方式、取值个数和取气位置这四个方面。
掌握这些技术细节，有助于提高实验数据的准确性，对盖层封闭能力评价及天然气资源量的估算具有重要意义。
[关键词] 扩散系数；盖层；测定方法；结果差异作者简介：张璐（1988—），女，山东东营人，硕士研究生，工程师。
研究方向为天然气成藏。
1,3-取样阀；2-岩心夹持器；4-恒温系统；5,7,8,9,12,13-截止阀；6-差压传感器；10,11-压力系统；14,15-三通阀；16-围压跟踪泵；17-真空泵；18-烃类气源；19-氮气气源；20-气相色谱仪图1 岩石中烃类气体扩散系数测定装置示意图[15]天然气具有分子半径小、结构简单、易扩散的特点，其对盖层保存质量的要求比石油更为严格。
由费克定律可知，对于确定的扩散源而言，不管周围的压力和温度如何变化，天然气在地下通过岩石的扩散速度大小主要反映在岩石的扩散系数这一物理量上[1]。
因此，准确测定岩石中烃类气体的扩散系数是天然气扩散研究中非常重要的一环，对盖层封闭能力研究有重要意义[2-13]。
目前为止，国内扩散系数测定单位都采用相同的原理和公式[14]，但对同一样品在相同条件下的测定结果有较大出入，这会严重影响天然气扩散充注量和散失量的计算，不利于常规和非常规天然气的运移、聚集、成藏及保存研究和资源评价工作的展开。
二氧化碳扩散系数测定
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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EIS求扩散系数的超详细操作过程
EIS求扩散系数的超详细操作过程扩散系数是描述物质在流体（如气体或液体）中扩散能力的一个重要参数。
它在很多科学领域中都有重要应用，包括化学、物理、生物和环境科学等。
本文将详细介绍用于测量扩散系数的实验方法及操作过程。
1.实验设备准备扩散系数的测量通常需要使用到以下实验设备：-扩散装置：一般由两个容器组成，容器之间可以通过一个单向阀门或一个小孔连接。
-计时器或计数器：用于测量溶质从一个容器扩散到另一个容器所需的时间或计数。
-温度控制系统（可选）：用于控制实验温度。
2.样品准备首先，准备所需的溶质溶液。
根据所需测量的扩散物质的不同，可以选择不同的溶剂和浓度。
确保溶液充分溶解，并进行必要的稀释或浓缩，以获得所需的初始浓度。
3.实验操作以下是扩散系数的测量的基本步骤和操作过程。
(1)准备两个容器，A和B。
确保容器之间的连接是单向的，并确保连接处没有任何泄漏。
(2)实验开始前，确保两个容器内的溶剂相同，并记录环境温度。
(3)将溶液加入容器A，A中的溶液应当比B中的溶液浓度高。
(4)打开阀门或放开小孔，使A和B之间建立扩散通道。
开始计时或启动计数器。
(5)观察直到溶质扩散到B容器中。
这可以通过肉眼观察或使用光学方法（如浊度计或吸收光谱法）进行判断。
(6)当观察到扩散到B容器中的溶质浓度足够高时，停止计时或计数。
(7)记录实验结束时的时间或计数器数值。
(8)重复上述实验过程至少三次，以减小实验误差。
4.数据处理根据实验结果，计算扩散系数。
扩散系数的计算可根据所使用的实验方法的不同而异。
以下是一些常用的方法：-粘度法：根据斯托克斯－爱因斯坦方程，通过测量扩散物质的粘度和颗粒大小，计算扩散系数。
- Stefan－Maxwell方程：通过测量组分扩散通量和浓度梯度，利用Stefan－Maxwell方程计算扩散系数。
-理论模型：根据所研究的体系和领域的理论模型，推导出计算扩散系数的公式，并进行计算。
5.实验注意事项在进行扩散系数的实验测量时，需要注意以下几点：-实验设备应当清洁，确保没有由于污染或泄漏导致的额外扩散。
气体扩散速率与分子质量关系的实验研究
气体扩散速率与分子质量关系的实验研究在物理学研究中，气体扩散是一个重要的研究课题。
气体扩散是指在特定环境下，两种不同物质、不同组分或不同化合物，在温度和压力相同的情况下，其质量的互相渗透的过程。
由于气体扩散的特性与气体的物理性质有关，从而可以通过实验进行研究，以推断气体的组成、压力、温度、浓度等物理属性的影响。
本文将对气体扩散速率与分子质量的关系进行实验研究，以深入了解气体扩散的物理本质，为今后气体物理学研究和技术开发提供理论依据。
一、实验原理当温度和压力相同时，两种不同物质的相互渗透过程通常遵循拉伯方程。
拉伯方程式表明，在等温等压条件下，气体扩散速率取决于渗透系数和渗透两物质的分子质量之比的平方根，即：K= k/M^1/2其中，K为扩散系数，k为渗透系数，M 为渗透两物质的分子质量之比的平方根。
二、实验准备实验要求用空气作为研究对象，氧气和一氧化碳作为两种不同的物质。
在实验准备阶段，我们需要准备两个密闭室，一个用来储存氧气，另一个用来储存一氧化碳。
实验室需要有恒定温度、恒定压力、恒定湿度，以确保测得最准确的数据。
在实验结束后，需要将实验室按照上述方式清理并归还原状。
三、实验操作1.密闭室内放入氧气，把一氧化碳放入另一个密闭室内，使室内温度、压力和湿度保持恒定；2.激光光纤测量气体扩散速率，确定两种不同物质的分子质量差；3.用拉伯方程绘制扩散速率与分子质量比的平方根之间的关系曲线；4.较多种不同气体扩散速率与分子质量比的平方根之间的关系，以确定其差异。
四、实验结果1.验测量气体扩散速率的实验结果如下：温度：25摄氏度压力：1atm湿度：50%气体：氧气扩散系数：15.9X10-6 cm2/s气体：一氧化碳扩散系数：7.9X10-6 cm2/s2.伯方程的关系曲线图如下：3.过比较实验结果，可以发现，两种不同物质的气体扩散速率随质量比的平方根的变化趋势不同，即气体扩散速率随质量比的增大而增大，但是增加幅度不一样。
CO_2在多孔介质中扩散系数的测定
第22卷 第4期 石油化工高等学校学报 V ol.22 No.4 2009年12月 JO U RN A L OF PET RO CHEM ICA L U NI VERSIT IES Dec.2009文章编号:1006-396X(2009)04-0038-03CO2在多孔介质中扩散系数的测定郭 彪, 侯吉瑞, 于春磊, 李东东, 林 杨(中国石油大学(北京)教育部重点实验室提高采收率研究中心,北京102249)摘 要: 为了研究注CO2开采原油时CO2在地层中的扩散系数,采用一维扩散的数学模型,利用一维菲克第二定律和连续性方程推导出了CO2扩散系数的计算公式,设计了多孔介质采用露头砂填充,实验模型装置水平放置而消除了 对流扩散的影响,室内测定CO2扩散系数的双测压点的1m长的物理模拟装置,得出了在60!时不同压力下的扩散系数,实验条件更符合矿场实际,研究规律可用于矿场CO2驱过程中的参数优选。
关键词: CO2; 扩散系数; 模型; 一维扩散; 多孔介质; 测定中图分类号: T E357.11 文献标识码:A do i:10.3696/j.issn.1006-396X.2009.04.010Determination of Diffusion Coefficient for CarbonDioxide in the Porous M ediaGUO Biao,H OU Ji-rui,YU Chun-lei,LI Dong-do ng,LIN Yang(E nhanced O il Recover y Resear ch Center,MO E K ey L abor ator y of P etr oleum E ngineer ingin China Univ er sity of P etr oleum,Beij ing102249,P.R.China)Received8December2008;rev is ed5M arch2009;accep ted10S ep tember2009Abstract: T he diffusion co efficient of carbon diox ide in t he fo rmatio n for ex plo red o il by carbon diox ide injected w as researched.T he one-dimension diffusio n equat ion,combined t he second F ike s law and continuity equation w as deduced. T here w er e so me merits:the po ro us media w as stuffed w ith outcro pping sand;the device w as placed ho rizontally,w hich eliminated the convectiv e diffusio n;the simulator is1m,w hich could erase the boundary effect.T he derive the diffusion co efficient for diverse pressur es under the temperature at60!.T he physical simulato r w as packed the outcropping sand, which was much more ag reeable w ith the r ealit y.T he results can be used fo r par amet er o ptimizat ion in the field for CO2 floo ding.Key words: Car bo n dio xide;Diffusion coefficient;M odel;O ne-dimension diffusion;P oro us media;D et erminatioCo rr esponding author.T el.:+86-156********;fax:+86-10-89734612;e-mail:guobiao1982@y 测量气体扩散系数的方法一般说来分为两类:直接法和间接法[1-4]。
气体扩散系数测定实验
实验原理扩散属于由于分子扩散所引起的质量传递，扩散系数在工业中是一项十分重要的物性指标。
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体A，该组分通过静止气层Z扩散至管口被另一头气流B带走。
紧贴液面上方组分A的分压为液体A在一定温度下的饱和蒸汽压，管口处A的分压可视为零，组分A的汽化使扩散距离Z不断增加。
记录时间t与Z的关系即可计算A在B中的扩散系数。
液体A通过静止气体层的扩散为单相扩散，此时传递速率：N A =D/(RTZ) ·P/PBm·(PA1－PA2) 可写成:N A =ρ/RT·D/Z·ln(PB2/PB1) (a)设S为细管的截面积，ρ为液体A密度。
在dt时间内汽化的液体A的量应等于液体A扩散出管口的量，即SNA dt=ρSdZ/NA或:N A =ρ/MA·dZ/dt (b) 设备介绍实验主界面如下图所示计算公式T形管：横管为两端开口的普通玻璃管，用于气体流通；竖管为下端封口的毛细管，用于盛放丙酮溶液(丙酮为被测气体)，由于使用了毛细管，可以将被测气体的扩散视为一维的竖直扩散。
真空泵：可生成20-60kPa的负压，使毛细管中扩散出的气体迅速离开管口，以保证管口处被测气体浓度不变(接近零)。
游标卡尺：实验中使用精度为0.1mm的游标卡尺，可以通过显微镜对毛细管内的液位进行测量。
显微镜：由于游标卡尺刻度较密，且置于水浴箱中，要借助显微镜进行读数。
水浴箱：毛细管浸于水浴池中，使毛细管内液体保持恒温。
另外，温度高时扩散较快，可加快实验速度。
实验中要求设定为50度。
系统时钟：可成倍加快实验速度，减少实验中的等待时间。
扩散系数：D=BρRT/(2M A P) ·1/ln(P B2/P B1)ρ—丙酮密度，797kg/m3；T—扩散温度，实验中要求设定为232K；M—丙酮分子量，58.05；AP—大气压，100kPa；P B2—空气在毛细管出口处的分压，可视为P；P B1—空气在毛细管内液面处的分压，P B1=P-P A*，P A*为丙酮的饱和蒸气压，232K时P A*=50kPa；B—以时间t为横坐标，Z2为纵坐标作图得到的直线的斜率。
气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定
气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定
气体透过率是指气体通过膜的速率。
其测定方法有质量法和体积法两种。
质量法是将气体压缩到一定压力下通过膜，测量透过的气体质量和时间，计算出透过率。
体积法则是将气体通过膜后，测量透过的气体体积和时间，计算出透过率。
溶解度系数是指气体在液体中的溶解度。
其测定方法主要有两种，即体积法和质量法。
体积法是将液体置于气体中，测量气体溶解后的体积变化，计算出溶解度系数。
质量法则是测量气体溶解后液体的质量变化，计算出溶解度系数。
扩散系数是指气体在两种不同气体或液体之间传递的速率。
其测定方法有静态法和动态法两种。
静态法是将两种气体或液体分别放在两个容器中，等待其达到平衡后测量浓度变化，计算出扩散系数。
动态法则是将两种气体或液体通过膜隔开，测量透过膜的气体或液体的浓度变化，计算出扩散系数。
渗透系数是指气体在膜中的传递速率。
其测定方法主要有两种，即压差法和速率法。
压差法是将气体分别置于膜的两侧，施加一定压差，测量透过膜的气体体积和时间，计算出渗透系数。
速率法则是测量气体在膜中的传递速率，计算出渗透系数。
总之，气体透过率、溶解度系数、扩散系数、渗透系数的测定方法各有不同，但它们都对于化学工程领域的研究和应用有着重要的意义。
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气体的扩散实验观察和测定不同气体的扩散速率
气体的扩散实验观察和测定不同气体的扩散速率气体扩散是指在两个不同气体之间或者在气体与空气之间，分子之间的自发的混合运动。
扩散速率是衡量气体扩散能力的指标之一，能够反映气体分子在单位时间内从高浓度区域向低浓度区域移动的快慢。
本实验旨在观察和测定不同气体的扩散速率，并分析其原因。
材料与仪器：1. 玻璃片2. 盖玻璃片3. 氢气气瓶4. 氧气气瓶5. 留孔橡皮塞6. 扩散漏斗7. 扩散瓶8. 手电筒实验步骤：1. 准备两块平整的玻璃片，清洗干净并晾干。
2. 取一块玻璃片，用胶带将四周边缘封口，使之成为一个封闭的容器，保证漏斗封闭，不会有气体泄漏。
3. 在另一块玻璃片中央，钻一个直径适中的小孔，用留孔橡皮塞将其封住，留孔橡皮塞的一端用胶布固定在玻璃片上。
4. 将扩散漏斗插入玻璃片上的小孔中，确保漏斗位于玻璃片的一侧。
5. 用塑料管连接氢气气瓶和漏斗，利用气压使氢气从气瓶中进入扩散漏斗，然后通过小孔进入封闭的容器内。
6. 将扩散瓶放置在光线充足的地方，并将手电筒从侧面对着扩散瓶照射，以便观察扩散现象。
7. 观察一段时间，记录氢气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的速度。
8. 取下扩散漏斗，并用胶带封住小孔，防止气体泄漏。
9. 清洗玻璃片和扩散瓶，更换气瓶中的气体，重复步骤5-8，观察和测定其他气体的扩散速率。
实验结果：通过反复观察和测定，我们记录了氢气和氧气的扩散速率如下：氢气扩散速率：在相同时间内，观察到氢气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的距离约为10厘米。
氧气扩散速率：在相同时间内，观察到氧气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的距离约为5厘米。
讨论与分析：根据实验结果可以看出，氢气的扩散速率明显高于氧气的扩散速率。
这是由于氢气的分子量较小，分子之间的碰撞和运动频率较高，扩散能力也相应增强。
相比之下，氧气的分子量较大，分子之间的碰撞和运动频率相对较低，因此扩散速率较慢。
此外，扩散速率还受到温度、压力和浓度差异的影响。
一般来说，温度越高，分子的平均动能越大，分子之间的距离越大，扩散速率也相应增加。
气相扩散系数
气相扩散系数
摘要：
1.气相扩散系数的定义
2.气相扩散系数的影响因素
3.气相扩散系数在实际应用中的重要性
4.如何测量气相扩散系数
正文：
气相扩散系数是一个描述气体在液体中扩散速度的物理量，它反映了气体分子通过液体内部分子间隙的能力。
气相扩散系数的大小对于许多工业过程和环境问题都有着重要的影响，因此对其进行研究和理解具有很高的实际意义。
气相扩散系数受多种因素影响，包括气体的性质、液体的性质、温度和压力等。
例如，气体分子的质量、大小和极性都会影响其扩散速度，而液体的粘度和表面张力也会对扩散系数产生影响。
此外，温度和压力的变化也会改变扩散系数，因为它们会影响到气体和液体分子之间的相互作用。
气相扩散系数在许多实际应用中都有着重要的地位。
例如，在化学工程中，扩散过程是许多反应和分离过程的关键步骤，因此对扩散系数的理解对于优化这些过程至关重要。
此外，在环境科学中，气相扩散系数也对于理解气体在空气和水体中的传输过程有着重要意义。
例如，它可以用于预测大气污染物的传输和分布，以及评估水体的水质。
测量气相扩散系数的方法有多种，包括实验方法和理论计算方法。
实验方法通常包括气体在液体中的扩散实验，通过测量气体浓度的变化来计算扩散系
数。
理论计算方法则通常基于分子动力学模拟和输运理论，可以提供对扩散系数的高精度预测。
总的来说，气相扩散系数是一个重要的物理量，它影响着许多工业过程和环境问题。
利用扩散法测定材料扩散系数的实验步骤
利用扩散法测定材料扩散系数的实验步骤引言：在材料科学领域中，了解材料的扩散性能对于设计和改进材料的性能至关重要。
通过扩散法能够测定材料的扩散系数，从而帮助科学家进一步探索材料的特性。
本文将介绍利用扩散法测定材料扩散系数的一般步骤。
1. 实验前准备：首先，准备实验所需的材料和设备。
其中包括所研究的材料样品、扩散体、室温控制设备、计时设备、实验容器等。
确保所有设备和材料的清洁度。
2. 材料准备：将待测材料样品切割成适当的形状和尺寸，确保表面平整。
然后，使用溶剂或高温处理清洁材料表面，以去除任何污染物。
3. 扩散体准备：选择合适的扩散体，常用的扩散体有气体、液体和固体。
液体扩散体可使用水、酒精等；气体扩散体可使用氮气、氢气等。
根据实验要求，调配扩散体的初始浓度。
4. 实验设置：将实验容器分成两个区域，一个是材料样品所在的区域，另一个是扩散体所在的区域。
确保两个区域之间有良好的密封，以防止扩散体泄漏。
5. 实验开始：将事先准备好的材料样品放置在一个密封的实验容器中，并且确保与环境隔绝。
然后，在另一个区域中放入扩散体，并且控制好该区域的温度。
6. 时间测定：开始实验后，使用计时设备记录实验时间的流逝。
根据实验需要，设定一定的时间间隔进行取样，以探测扩散体在材料样品中的浓度变化。
7. 取样分析：在设定的时间间隔内，从实验容器中取出样品，并通过分析测试设备测定样品内的扩散体浓度。
常用的分析测试设备有质谱仪、光谱仪等。
8. 数据处理：使用所得的实验数据进行处理和分析，并绘制扩散体浓度与时间的变化曲线。
根据扩散过程中浓度变化的特点，可以计算出材料的扩散系数。
9. 结果验证：将实验得到的扩散系数与已知数据进行对比和验证。
可以使用文献中的已有数据或者其他实验方法获得的数据进行比较。
10. 结论：根据实验结果和对比分析，得出关于材料的扩散性能和扩散系数的结论。
在实验结论中可以探讨各种因素对于扩散行为的影响，并提出相应的解释和建议。
氧气扩散系数
氧气扩散系数氧气扩散系数是液体、气体和固体的参数，描述了氧气在物质中的扩散率。
氧气是生命的重要组成部分，它不仅是一种基本元素，而且也是一种有用的能量来源。
氧气的扩散系数决定着氧气的渗透程度，也影响着溶质扩散的速度。
由于氧气扩散系数的重要性，因此有必要研究它的测量方法及其影响因素。
氧气扩散系数是衡量氧气在物质中的扩散率的重要参数，它可以表示液体、气体和固体中氧气的含量变化情况。
用实验计算出来的氧气扩散系数描述的是由溶剂释放的氧气的未受干扰的散布率。
氧气扩散系数的取值一般在10-6m2/s至10-9m2/s之间，该参数是由反应过程和扩散率共同决定的。
氧气扩散系数测量要基于有限元方法。
有限元方法指的是使用数值计算方法，从空间分片的方式分析问题，能够准确预测材料受力情况，并验证扩散率。
有限元方法本身并不能直接测量氧气扩散系数，而是通过计算氧气浓度分布来间接求得。
如果在空间不均匀分布的条件下测量氧气扩散系数，则应采用穹顶分析方法，以确定气体在每一步中的扩散速度。
氧气扩散系数的测量受到很多因素的影响，其中影响最大的因素是温度、温度变化率、液体物性参数、气体物性参数、流体浓度和流速等。
温度越高，液体中的氧气蒸发速度越快，氧气扩散系数就越大；反之，温度越低，氧气扩散系数就越小。
液体物性参数是指液体的表观密度、比表观温度和表观粘度，单位均为kg/m3、K和Pas；气体物性参数是指气体的表观密度、比表观温度和气体粘度，单位按照重力力和热力学原理计算出来的。
当氧气在液体中扩散时，如果液体的密度和粘度越小，气体的扩散速度就越快，氧气扩散系数就越大；反之，如果液体的密度和粘度越大，气体的扩散速度就越慢，氧气扩散系数就越小。
流体浓度是指液体中气体的浓度，单位是kg/m3，气体在液体中的浓度越高，气体的扩散速度就越快，氧气扩散系数就越大；反之，气体在液体中的浓度越低，气体的扩散速度就越慢，氧气扩散系数就越小。
流速是指液体在某一方向上的速度，单位是m/s，气体在液体中的流速越快，气体的扩散速度就越快，氧气扩散系数就越大；反之，气体在液体中的流速越慢，气体的扩散速度就越慢，氧气扩散系数就越小。
气体扩散系数的测定和计算
实验 气体扩散系数的测定和计算一、实验目的：1. 了解菲克第一定律；2. 求出液体表面蒸发气的气体扩散系数；3. 通过实验掌握用蒸发管法测定气体扩散系数。
二、实验原理：挥发性液体之气体扩散系数可藉由Winklemann’s method 来检测，在有限内径的垂直毛细管中保持固定的温度和经过毛细管顶部的空气流量，可确定液体表面的分子扩散到气体中的蒸气分压。
图 蒸发管法测定气体扩散系数已知质传速率：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=Bm T AA C C L CD 'N （1）式中：D = 扩散速率 (m 2/s)C A = A 物质于界面间的饱和浓度 (kmol/m 3) L =质传有效距离(mm)C Bm =蒸气的对数平均莫耳浓度 (kmol/m 3)2A p 气体BA Nz0z液体()时在01θz()时在θ1z1A p2zC T = 总莫耳浓度＝C A +C Bm (kmol/m 3) 液体的蒸发速率：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=dt dL M ρN L A ' （2）式中：ρL = 液体密度⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛Bm T A L C C L C D dt dL M ρ （3） at t=0 , L=L 0 做积分t C C C ρMD 2L L Bm TA L 202⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- （4）()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm TA L 000⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+--(5)()()0A T Bm L 0A T Bm L 0L C MDC C ρL L C C C MD 2ρL L t ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=- (6)其中：M = 分子量、t = 时间⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=aabs T T T Vol kmol C 1 ， 其中 Vol ＝22.4 m 3 (7)T 1B C C =(8) T a v a 2B C P P P C ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=(9))C C ln()C (C C B2B1B2B1Bm -=(10) T a v A C P P C ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=(11)三、实验装置：本实验装置如下图所示，包括： 玻璃温度计；T型管：横管为两端开口的普通玻璃管，用于气体流通；竖管为下端封口的毛细管，用于盛放丙酮溶液(丙酮为被测气体)，由于使用了毛细管，可以将被测气体的扩散视为一维的竖直扩散；温度传感器、恒温槽（透明压克力箱）、泄水阀；游标尺：实验中使用精度为0.1mm的游标卡尺，可以通过显微镜对毛细管内的液位进行测量；游标尺高度计支撑架、显微镜（由于游标卡尺刻度较密，且置于水浴箱中，要借助显微镜进行读数）；温度显示面板、heater 开关、电源线、air pump 开关、air pump (黑色压克力箱)、浮动开关、伸缩管。
化学反应工程实验
化学反应工程实验河北科技大学化学与制药工程学院化学反应工程课程组实验1 二氧化碳甲烷化反应动力学的测定一、实验目的测定催化剂的反应动力学数据及确定动力学方程中各参数值是化学动力学研究的重要内容，也是工业反应器设计的基础。
本实验通过测定不同温度下、不同初始组成的二氧化碳甲烷化反应的转化率，掌握一种获得气固相催化反应速度常数以及吸附平衡常数的定方法。
二、实验原理二氧化碳与水蒸汽在镍催化剂存在下，进行如下甲烷化反应：2242298CO +4H =CH +2H O 16508kJ/mol H .∆=-催化剂以氧化镍为主要成分，三氧化二铝为载体，氧化镁或三氧化二铬为促进剂，在使用前，需将氧化镍还原成具有催化活性的金属镍。
反应的动力学方程为：()222222222213CO CO H CO 2CO CO H H H O H Od mol CO /(s g cat.)d 1/N kp p r WKp K p K p =-=⋅+++220CO 0CO d d d 224d N V y x W.W-=()22222222213CO H 00CO CO CO H H H O H Od 224d 1/kp p x .W V y K p K p K p ∴=+++ 分离变量并积分得：()2222222220CO CO H H H O H O0CO130CO H 1d 224x/Kp K p K p V y W x .kp p +++=⎰因为二氧化碳甲烷化反应为变体积的反应，各组分分压可表示为（假设混合气体在低压下符合道尔顿分压定律）：222222222222222200CO CO CO CO CO 00H O H O CO CO CO 000H H H CO CO CO (1)(1)2(1)(4)(1)p py py x y x p py py x y x p py p y y x y x δδδ⎧==-+⎪⎪==+⎨⎪==-+⎪⎩ 以上各式中，k 为反应速度常数；222(=CO , H O, H )i K i 为各组分的吸附平衡常数；222CO H O H y ,y ,y 为反应物瞬时摩尔分率；222000CO H O H y ,y ,y 为初始反应物摩尔分率；0V 为进口混合气体流量，Nm 3/h ；W 为催化剂质量，g ；2CO δ为该反应的化学膨胀因子，这里为-2。
甲烷扩散系数
甲烷扩散系数
以下是甲烷扩散系数的解释：
甲烷在空气中的扩散系数是指甲烷气体在空气中的扩散速度，它通常用来描述甲烷在空气中的扩散能力。
甲烷在空气中的扩散系数与温度、压力、湿度等因素有关，并且随着甲烷浓度的增加而减小。
在一般情况下，甲烷在空气中的扩散系数可以通过实验测量或经验公式进行计算。
实验测量甲烷在空气中的扩散系数通常采用静止空气池法或风洞法。
在这些方法中，甲烷气体被释放到一个静止的空气池或风洞中，然后通过测量甲烷气体在空气中的浓度分布来计算扩散系数。
经验公式则是通过对实验数据的回归分析得到的，它可以用来快速估算甲烷在空气中的扩散系数。
常用的经验公式包括过渡流公式、霍金斯公式等。
甲烷在空气中的扩散系数是一个重要的参数，它在环境保护、火灾爆炸、石油天然气开采等领域都有广泛的应用。
化工传质与分离 第一章(03)传质过程基础
湍流 流体
层流
内层
cAs
缓冲 层
cA f (r)
湍流
中心
cAf
流体与管壁间的浓度分布
一、对流传质的类型与机理
在与壁 面垂直 的方向 上分为 三层
层流 内层
缓冲 层
湍流 主体
传质机理 分子传质
浓度分布 为一陡峭直线
传质机理
分子传质 涡流传质
浓度分布 为一渐缓曲线
传质机理 涡流传质为主
浓度分布 为一平坦曲线
一、停滞膜模型(双膜模型)
(2)组分A通过停滞组分B扩散 组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为
DP
NA
AB
RTz G pBM
( p Ab p Ai )
NA
D
AB
zL
Cav c
BM
(c Ai
cAb )
一、滞膜模型(双膜模型)
设对流传质速率方程分别为
N A kG ( p Ab p Ai )
2.对流传质系数的确定 (1)等分子反方向扩散 组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为
D
NA
AB
zL
(c Ai
c Ab )
一、停滞膜模型(双膜模型)
设对流传质速率方程分别为
N A kG ( p Ab p Ai )
N
A
k
L
(c
Ai
c
Ab
)
比较得
k
G
D
AB
RTz G
k
L
D
AB
zL
气膜对流 传质系数 液膜对流 传质系数
(
A
B
)
组分A、B
的碰撞直径
kT
二元气体扩散系数的一种测定方法
压 ）恒定 ， 录 水 的 原 始 液 面 位 置 距 蒸 发 管 管 口 记
的距 离 ｚ 和 经过 一定 时 间 ０ 水 的液 面位 置距蒸 。 后 发 管管 口的距 离 ｚ 由式 （ ） ． １ 计算 空气 一水 系统 的 扩 散 系数． 响拟 稳 态 模 型 的 因素 有 扩 散 系 统 温 影 度 、 散 时间 （ 扩 以及 扩散 距 离 ，以下分 别对 这
统 的扩 散 系 数 的适 用 范 围 为 ： ＞８ ｚ ０ｍｍ，Ｔ ＜
３ ０ Ｋ ．０ ＞７ ｈ． ３
系数 ， 合稳 态 扩 散 理论 ， 组 分 通过 静 止 组 结 将 分 Ｂ的扩散 描述 为 一维 拟稳 态 扩散 ， 并对 扩 散质
组分 Ａ进 行物料 衡算 ， 用 ＭＡ Ｌ Ｂ程序处 理数 使 ＴＡ
图 １ 测定蒸汽在 自由介质中扩散 系数装置
米 收 稿 日期 ：０２ ０ —４ ２ １ —４ ２
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７０ ８ ； ２９ ６ １ ） 辽宁省高校优秀人才支持计划资助项 目（ ０ ８ Ｃ ９ ２０Ｒ ０ ） 作者简 介 ： 徐洪峰 （９ ３一）男 ， １６ ， 教授 ， 博士 ， 主要从 事气 体传 递过程方 面的研究
建筑 材料 及食 品 行业 等 各 个领 域 ， 散 过 程 扩
复 杂 ， 括 众 多 扩散 机 理 ． 包 因此 ， 准确 快 速 地测 定
气 体扩 散 系数 ， 利于 加深对 传质 过程 的 了解 ， 有 具
有 重要 的理 论和 工 业 意 义． 由 于扩 散 系 数 的实 但 验 测定 比较 困难 ， 尚无 一 种准确 而统 一 的方法 ， 且 目前文 献 中扩散 系 数 的实验 数 据 远 不够 充 分 ， 使
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。
气相扩散系数的测定
实验6 稳态法气相扩散系数的测定一、实验目的1．了解一维拟稳态扩散传质的基本原理。
2．掌握用斯蒂芬管（Stefan Cell ）测定气相扩散系数的方法。
3．对比讨论气相扩散系数的经验计算值与实测值。
二、实验原理将装有液体A 的斯蒂芬扩散管（见图2-6-1）置于恒温水槽中，惰性气体B （如空气）以恒定的流速流过扩散管顶部的水平段。
由于顶部气体流速较低，管内液面离开管顶有一定距离，故可认为在液面上部为一静止气层B ，蒸发的组分A 向上通过静止气层B 扩散至管口，在管口A 组分被大量的惰性气流B 带走。
液面处的组分A 分压为其在实验水浴温度下的饱和蒸气压，水平段组分A 分压可视为零。
由于组分A 的汽化使扩散距离Z 不断随时间增加，记录时间t 与距离Z 的关系即可计算出组分A 在气相B 中的扩散系数。
图2-6-1 斯蒂芬扩散管示意图上述扩散过程可视为组分A 通过静止组分B 的一维扩散过程，其中组分A 的传质通量可用下式表示：)ln(0AA AB AZ P P P P Z T R P D N --=（2-6-1） （2-6-1）式中，AZ N 为组分A 的传质通量，mol/m 2·s ；AB D 为A 组分在B 组分中的扩散系数，cm 2/s ；P 为系统总压，atm ；R 为气体常数，82.06 atm ·cm 3 / (mol ·K) T 为系统温度，K ；Z 为任意时刻t 时液面距水平段的距离，cmA0P 为扩散管管口A 组分的分压，atm ；AP 为液体A 的饱和蒸汽压，atm ； 饱和蒸汽压P A 0可由Antoine 方程，CT BA P A +-=0ln （见附录）求出。
单位面积上组分A 的蒸发速率还可用液面降低速率表示，即： dtdZM N A A AZ ρ=（2-6-2）（2-6-2）式中，A ρ为液体A 的密度；mol / cm 3；A M 为组分A 的分子量。
气相扩散系数
气相扩散系数一、概述气相扩散系数是描述气体在不同条件下扩散能力的物理量。
它是指气体在单位时间内通过单位面积的扩散速率与浓度梯度之间的比值。
气相扩散系数的大小与气体分子的质量、形状、温度、压力等因素有关。
在工程、环境科学、化学等领域中，气相扩散系数的研究对于了解气体传输、污染扩散、反应动力学等具有重要意义。
二、气相扩散系数的定义气相扩散系数（Diffusion Coefficient）通常用符号D表示，单位为m2/s。
在一维情况下，气体的扩散速率可以用菲克定律（Fick’s Law）来描述：J=−D dC dx其中，J是单位时间内通过单位面积的扩散通量，C是气体的浓度，x是扩散方向上的坐标，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。
三、影响气相扩散系数的因素1. 温度气体的扩散能力与温度密切相关。
根据斯托克斯-爱因斯坦关系，气体扩散系数与温度的关系可以用下式表示：D=k B T 6πηr其中，k B是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，η是气体的粘度，r是气体分子的半径。
可见，温度越高，气体分子的平均动能越大，扩散系数也越大。
2. 压力在低压条件下，气体分子之间的相互作用较小，扩散系数与压力的关系可以近似为正比。
但在高压条件下，气体分子之间的相互作用增强，扩散系数会受到压力的影响。
3. 气体分子的质量和形状气体分子的质量和形状对扩散系数也有一定影响。
通常情况下，质量较大的分子扩散系数较小，而质量较小的分子扩散系数较大。
此外，分子形状的不规则性也会影响扩散系数的大小。
4. 气体的性质不同气体的扩散系数也会有所不同。
比如，氢气的扩散系数较大，而氮气的扩散系数较小。
四、气相扩散系数的测定方法1. 斯托克斯法斯托克斯法是测定气体扩散系数的一种常用方法。
该方法利用扩散过程中气体分子与扩散介质分子的碰撞来测定气体的扩散系数。
通过测定不同浓度下气体的扩散速率，可以得到气体的扩散系数。
2. 瞬态方法瞬态方法是另一种常用的测定气体扩散系数的方法。
微溶气体在液相中分子扩散系数的测定
微溶气体在液相中分子扩散系数的测定
王忠民;陈跃华
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】1993(000)003
【摘要】一、引言微溶气体在液相中的分子扩散系数的测定在理论上和工程上都很有价值。
由于我们对液相的研究仍处在探索阶段,对各种液相的理论和模型,分子扩散系数可以提供检验依据。
在进行工程气液传质设备的设计时,气体在液相中的扩散系数是重要的参考数据。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】王忠民;陈跃华
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TQ021.4
【相关文献】
1.气体在13X沸石分子筛晶内有效扩散系数的研究与测定 [J], 任晓光;温晓阳
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3.全息激光干涉技术测定气体的液相扩散系数 [J], 伞洪亮;何明霞;吴玉风
4.层流液柱吸收法测定气体在液相中的扩散系数 [J], 王忠民
5.压电晶体微平衡法测定溶剂在高分子中的扩散系数 [J], 邹斌;史济斌
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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。