气体扩散系数

化学传递工程 系别:化学与材料工程系 专业:化 学工程与工艺 班级: 化 工 (4) 班 姓名: 李 书 远 学号: 0903024020 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。 二、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： NA=D/(RTZ) ·P/PBm·(PA1－PA2) 可写成: NA=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 SNAdt=ρ SdZ/NA 或: NA=ρ /MA·dZ/dt 三、设备介绍 实验主界面如下图所示 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=Bρ RT/(2MAP) •1/ln(PB2/PB1) ρ —丙酮密度，797kg/m3； T—扩散温度，实验中要求设定为232K； MA—丙酮分子量，58.05； P—大气压，100kPa； PB2—空气在毛细管出口处的分压，可视为P； PB1—空气在毛细管内液面处的分压，PB1=P-PA*，PA*为丙酮的饱和蒸气压， 232K时PA*=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。 (b) 注意事项 1 .开始测量数据...