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。
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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。