新的气体扩散系数计算公式

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52 10/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（5 1.01310Pa ?）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 ； A v ∑、B v ∑－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。 5 1.01310Pa ?

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92 10/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： 15 0.6()7.410 T B AB A M T D 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 ；

实验：水分子扩散系数

《计算材料学》实验讲义实验二：分子动力学模拟-水分子扩散系数一、前言分子动力学模拟的基本思想是将物质看成是原子和分子组成的粒子系统（many-body systems ），设置初始位能模型，通过分析粒子的受力状况，计算粒子的牛顿运动方程，得到粒子的空间运动轨迹，可以求得复杂体系的热力学参数以及结构和动力学性质。分子动力学模拟的理论是统计力学中的各态历经假说(Ergodic Hypothesis)，即保守力学系统从任意初态开始运动，只要时间足够长，它将经过相空间能量曲面上的一切微观运动状态，系统力学量的系综平均等效力学量的时间平均，因此可以通过计算系综的经典运动方程来得到力学量的性质。比如，由N 个粒子组成的系综的势能计算函数为： int U U U VDW += (1-1) VDW U 表示粒子内和粒子之间的Van der Waals 相互作用；int U 表示粒子的内部势能（键角弯曲能，键伸缩能、键扭转能等）；根据经典力学方程，系统中第i 个粒子的受力大小为： U k z j y i x U F i i i i i ??? ? ????+??+??-=-?= (1-2) 那么第i 个粒子的加速度可以通过牛顿第二定律得到： ()()i i i m t F t a = (1-3) 由于体系有初始位能，每个粒子有初始位置和速度，那么加速度对时间进行积分，速度对时间积分就可以获得各个任意时刻粒子的速度和位置： i i i a v dt d r dt d ==22 (1-4) t a v v i i i +=0 (1-5) 2002 1t a t v r r i i i i ++= (1-6) i r 和v 分别是系统中粒子t 时刻的位置和速度，0i r 和0i v 分别是系统中粒子初始时刻的位置和速度。依据各态历经假说，可获得任意物理量Q 的系综平均，因此得到体系的相关性质：

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5 2 10/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（5 1.01310Pa ?）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 ； A v ∑、B v ∑－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。 5

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9 2 10/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： 15 0.6()7.410 T B AB A M T D 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。若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus 方法估算： 1.048 0.285c V V =，其中c V 为物质的

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/P Bm ·(P A1 －P A2 ) 可写成: N A =ρ/RT·D/Z·ln(P B2 /P B1 ) (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 SN A dt=ρSdZ/N A 或: N A =ρ/M A ·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； A P—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。实验时每隔10-15分钟测量一次扩散距离Z的数据，以Z2为纵坐标，时间为横坐标作图可得到B，将所有数据带入计算公式即可求得扩散系数。注意事项

页岩储层气体扩散系数的测定技术要求(标准状态：即将实施)

I C S75.010 E11 中华人民共和国国家标准 G B/T39539 2020 页岩储层气体扩散系数的测定技术要求 T e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s f o r d e t e r m i n a t i o no f g a s d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t i n s h a l e r e s e r v o i r 2020-11-19发布2021-06-01实施国家市场监督管理总局

目次前言Ⅰ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 方法提要1 5 仪器设备与材料1 6 样品的制备2 7 测定步骤及要求2 8 数据处理4 9 数值修约4 10 精密度4 11 实验结果数据4 附录A (资料性附录) 页岩储层气体扩散系数测定实验报告5 附录B (资料性附录) 扩散系数计算公式推导6 G B /T 39539 2020

前言本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三本标准由全国天然气标准化技术委员会(S A C/T C244)提出并归口三本标准起草单位:中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司页岩气研究院二中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院二中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院二中国石化石油工程技术研究院二中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司勘探开发研究院二中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院二中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司二中海油研究总院有限责任公司三本标准主要起草人:李武广二吴建发二胡志明二周玉萍二端祥刚二杨文新二张德良二张鉴二岳文翰二邓晓航二白玉湖二庞伟二郑强二万欢二王宇蓉二包友书三

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5 2 10/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(5 1.01310Pa ?)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 ; A v ∑、B v ∑－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。 5 1.01310Pa ?

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92 10/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: 15 0.6()7.410 T B AB A M T D 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 ;

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 ?52s10m/。通常对于二元气体气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为中的扩散系数相等，因此可略去下标而B在AＡ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和D?D?D。用同一符号Ｄ表示，即BAAB5Pa?101.013）的扩散系数。表７－１给出了某些二元气体在常压下（Fuller）等提出的公式：对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒 ??1/321/3]vv))?(P[(BA（７－１９）（111.75?0.0101TMM BA?D 2m/sD；二元气体的扩散系数，式中，－Ａ、B PaP；－气体的总压，T－气体的温度，Ｋ；MMkg/kmol；的摩尔质量，、－组分Ａ、B BA??vv BA3molcm/、－组分Ａ、B分子扩散体积，。某些简单物质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，则在表5 表７－２原子扩散体积和分子扩散体积 1 / 4 .

注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。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2?9s10m/。表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。多，其量级为表７－３溶质在液体溶剂中的扩散系数（溶质浓度很低） Wilke-Chang公式估算：（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常用对于很稀的非电解质溶液 T T?M)(15?B10?7.4D?AB0.6V?2sm/（７－２１）A D2sm/－溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数）；，式中，AB T－溶液的温度，Ｋ； ?sPa.－溶剂Ｂ的粘度，；Mkmol/kg；－溶剂Ｂ的摩尔质量，B?；苯、乙醚等不缔合的溶剂；乙醇1.91.5－溶剂的缔合参数，具体值为：水2.6；甲醇 1.0；为V3molcm/，由正常沸点下的液体密度来计－溶质A在正常沸点下的分子体积，A1.048VV0.285V?为物质的方法估算：则可采用算。若缺乏此密度数据，Tyn-Calus，其中cc2 / 4 . 3C

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

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]2 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 、M B —组分 A 、 B 的摩尔质量，kg/kmol ； 7 V A 7 V B 3 、 —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 1.02 02—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 6.51 332 3.05 H 2— CO 2 273 5.50 NH 3 —空气 273 1.98 H 2— N 2 273 6.89 CO 2 —空气 273 1.38 294 7.63 298 1.64 H 2— NH 3 298 7.83 SO 2 —空气 293 1.22 He — Ar 298 7.29 7-2 原子扩散体积 3 v/(cm /mol) 分子扩散体积 3 工 V /( cm /mol) 原子扩散体积 3 v/(cm /mol) 分子扩散体积 3 工 V /( cm /mol) C 15.9 He 2.67 S 22.9 CO 18.0

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 A A C C L C D '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B A N z 0z 液体 ()时在01θz ()时在θ1z p 1A p 2z

C 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 T A L 202??? ? ?????? ??=- （4） ()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm T A 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 ???? ?? ??? ??=a abs 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 B2 B1B2B1Bm -= (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；

实验设计分子扩散系数测定

实验设计：丙酮分子扩散系数测定一、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/P Bm ·(P A1 －P A2 ) 可写成: N A =ρ/RT·D/Z·ln(P B2 /P B1 ) (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 SN A dt=ρSdZ/N A 或: N A =ρ/M A ·dZ/dt (b) 二、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； —丙酮分子量，58.05； M A P—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。实验时每隔10-15分钟测量一次扩散距离Z的数据，以Z2为纵坐标，时间为横坐标作图可得到B，将所有数据带入计算公式即可求得扩散系数。三、注意事项 1.开始测量数据后，不要改变水浴温度，温度对扩散速率有影响。 2.测量时真空泵要一直开启。 3.计算时要注意单位的统一。试验步骤：进入实验后，水浴加热器与真空泵均未开启，鼠标点击两个红色开关即可打开相应的设备。

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5 2 10/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（5 1.01310Pa ?）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 ； A v ∑、B v ∑－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。 5 1.01310Pa ?

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9 2 10/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： 15 0.6()7.410 T B AB A M T D 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。若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus 方法估算： 1.048 0.285c V V =，其中c V 为物质的临界

气体扩散系数测定

气体扩散系数的测定实验目的 1.了解和掌握气体扩散系数测定的一般方法； 2.认识菲克定律； 3.测定并计算气体扩散系数； 4.求出液体表面蒸发的气体扩散系数。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。最小平方法或称最小平方差法 (least-squares method) 的最基础型——线型的 (linear).今有一组实验数据基本上呈现线型的态势,则若以表示直线方程式,其中代表斜率 (slope),代表截距 (intercept),则最小平方法就是在使误差的平方和达到最小,即使下式最小化(minimize)，因此将上二式常规化(normalize) 得据此可由Cramer法则求出斜率和截距。其中是的平均值,是的平均值.一般而言,线性关系的良窈可由E值的大小来判断,但要注意值本身的大小.此外,统计学家尚有一个相关系数 (correlation coefficient) 的判断法,相关系数R可由计算得到。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

分子扩散系数的测定

气体扩散系数之测定一、实验目的： 1.认识菲克第一定律。 2.求出液体表面蒸发之气体扩散系数。二、实验原理：气体扩散系数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。已知质传速率： ??? ? ????? ??=Bm T A A C C L C D 'N (1) 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) C T = 总莫耳浓度＝C A +C Bm (kmol/m 3) 液体的蒸发速率： ?? ? ????? ??=dt dL M ρ'N L A

(2) ρL = 液体密度因此 ??? ? ????? ??=??? ????? ??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 T A L 202??? ? ?????? ??=- (4) ()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm T A 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) M = 分子量、 t = 时间其中 ??? ? ?? ??? ??=a abs 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、实验仪器：气体分子扩散系数测定仪、毛细管、水槽四、实验步骤：

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 5 2 气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为 10 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 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： 1/3 1/3 2 P[( 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 、M B —组分A 、B 的摩尔质量，kg / kmol ； V A V B 3 、 —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 )的扩散系数系统温度/K 扩散系数系统温度/K 扩散系数 5 2 /(10 - m/s) 5 2 /(10 - m/s) H 2 —空气 273 甲醇一空气 273 0.0101T 175 1 1 M A M B

注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。式7 — 19的相对误差一般小于1 0%。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10 9m2/s。表7 — 3给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。

气体扩散系数之测定

氣體擴散係數之測定 (Determination of Gaseous Diffusion coefficient ) 一、實驗目的： 1.認識 Fick’s first law 。 2.求出液體表面蒸發之氣體擴散係數。二、實驗原理： (一)氣體擴散係數揮發性液體之氣體擴散係數可藉由Winklemann’s method 來檢測，在有限內徑的垂直毛細管中保持固定的溫度和經過毛細管頂部的空氣流量，可確定液體表面的分子擴散到氣體中的蒸氣分壓。已知質傳速率： ??? ? ????? ??=Bm T A A C C L C D 'N (1) D = 擴散速率 (m 2/s) C A = A 物質於界面間的飽和濃度 (kmol/m 3)

L =質傳有效距離(mm) C Bm =蒸氣的對數平均莫耳濃度 (kmol/m 3) C T = 總莫耳濃度＝C A +C Bm (kmol/m 3) 液體的蒸發速率： (2) ρL = 液體密度因此 ??? ? ????? ??=??? ????? ??Bm T A L C C L C D dt dL M ρ (3) at t=0 , L=L 0 做積分 t C C C ρMD 2L L Bm T A L 202??? ? ?????? ??=- (4) ()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm T A 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) M = 分子量、 t = 時間其中 ??? ? ????? ??=a abs 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) ??? ????? ??=dt dL M ρ'N L A

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。

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(0 A A A B 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，cm

A0P 为扩散管管口A 组分的分压，atm ； A P 为液体A 的饱和蒸汽压，atm ；饱和蒸汽压P A 0可由Antoine 方程，C T B A P A +- =0 ln （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： dt dZ M 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。在拟稳态的情况下，扩散传质通量应等于蒸发通量，经对方程（2-6-1）和方程（2-6-2）的整理得到： )ln(00A A A AB A P P P P RTZ PM D dt dZ --=ρ （2-6-3）因为恒温恒压下二元扩散系数AB D 为常数，对上式积分、整理可得： )()ln(200 0Z Z y t P P P P RT P D y A A A AB ?----?=ρ （2-6-4）（2-6-4）式中，0Z Z y i -=，相当于液面下降高度，cm （其中0Z 为管内液面距水平段的距离，i Z 为任意时刻t 的液面距水平段的距离）；ΔZ ——末端长度修正因子，cm 。式（2-6-4）中的y/2与t/y 呈现一直线关系。以t/y 为横坐标，y/2为纵坐标，将测定的实验数据作图（可以在坐标标纸上作图，也可以在计算机上用最小二乘法回归计算）求出斜率C ， )ln(0 A A A A B P P P P RT P D C --?= ρ (2-6-5) 由斜率C 求出气相扩散系数D AB ， 10 0)ln( ---=A A A A B P P P P P RT C D ρ （2-6-6）方程（2-6-4）和方程（2-6-6）是本测试方法的主要计算公式。三．实验装置和流程

扩散系数

布朗运动的扩散系数刘佳杰 201202008010 摘要：布朗运动即为分子无规则的运动，布朗运动中的扩散系数与分子的大小形状有何关系，我们设计了试验，进行求解。关键词：布朗运动扩散系数因素一、气体扩散系数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。已知质传速率： ???? ????? ??=Bm T A A C C L C D 'N (1) 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) C T = 总莫耳浓度＝C A +C Bm (kmol/m 3) 液体的蒸发速率： (2) ρL = 液体密度 ??? ????? ??=dt dL M ρ'N L A

???? ????? ??=??? ????? ??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 T A L 202??? ? ?????? ??=- (4) ()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm T A 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) M = 分子量、 t = 时间其中 ???? ????? ??=a abs 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 ln()C (C C B2 B1B2B1Bm -= (10) T a v A C P P C ??? ? ??= （11） (二)线型最小平方法最小平方法或称最小平方差法 (least-squares method) 的最基础型──线型的 (linear)。今有一组实验数据基本上呈现线型的态势，则若以b ax y +=表示直线方程式，其中a 代表斜率 (slope)，b 代表截距 (intercept)，则最小平方法就是在使误差的平方和达到最小，即使下式最小化 (minimize) ()[]2 n 1i i i b ax y E ∑+-== 因此

扩散系数总结

1.离子液体在其他溶剂中的扩散系数 7. 五种1-乙基-3-甲基咪唑型离子液体在水溶液中无限稀释，温度范围303.2-323.2K下的扩散系数Taylor dispersion method 9. 甲醇/[BMIM][PF6]体系中，25℃下不同[BMIM][PF6]浓度的相互扩散系数 42. [C4C1im]BF4, [C4C1im][N(OTf)2]，[C4C1im]PF6三种离子液体在甲醇，CH2Cl2中的扩散系数 2.其他物质在离子液体中的扩散系数 2.1 具有氧化还原活性的分子在离子液体中的扩散系数 5. 水在离子液体[BMIM][TFSI] 中的反常扩散 6. 三碘化物在混合离子液体中的扩散系数MPII,EMIC,EMIDCA,EMIBF4,EMINTf2 14. CO,DPA,DPCP在不同离子液体中的扩散系数 17.CO2在离子液体中的扩散系数 41.气体在[BMIM][PF6]中的扩散系数和离子液体的自扩散系数 20. 气体在五种鏻型离子液体中的扩散系数 21. 25℃下三碘化物在两种离子液体混合物中的扩散系数 43 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R-134a)在七种离子液体中的扩散系数 3.离子液体的自扩散系数 3.1 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([emim][BF4]) 和LiBF4混合 Li BF4六种不同浓度下离子的自扩散系数 3. EMIBF4，EMITFSI，BPBF4，BPTFSI中阳离子和阴离子的自扩散系数 4. 咪唑型离子液体分子动力学模拟自扩散 8. [BMIM][PF6] （自制和购买两种）在不同温度下的自扩散系数 10. 胍基型离子液体的自扩散研究模型 11. [bmim][PF6]的分子动力学研究 12.N-methyl-N-propyl-pyrrolidinium bis-(trifluoromethanesulfonyl)imide (PYR13TFSI)和LiTFSI混合体系中不同温度和组成下离子的自扩散系数 13.(1? x)(BMITFSI), x LiTFSI x＜0.4 15. 质子传递的离子液体的自扩散系数 16. DEME-TFSA和DEME-TFSA-Li 的自扩散系数 18 用pulsed field gradient NMR测离子液体和离子液体混合物的传递性质 41.气体在[BMIM][PF6]中的扩散系数和离子液体的自扩散系数 25. 离子液体不同侧链长度对扩散的影响 1. 离子液体在其他溶剂中的扩散系数 2. 其他物质在离子液体中的扩散系数 2.1 具有氧化还原活性的分子在离子液体中的扩散系数离子液体