气相扩散系数的测定2（参考）.pptVIP

稳态法气相扩散系数的测定 化工专业实验 一、实验目的： 了解一维拟稳态分子扩散传质的基本原理; 掌握用斯蒂芬管测定气相扩散系数的方法; 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： 在实验中将装有液体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。 斯蒂芬扩散管示意图 z 惰性气体B 液体A 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：（2-6-1） （2-6-1）式中，NAZ 为组分A的传质通量，mol/m2·s； DAB为A组分在B组分中的扩散系数，cm2/s； P为系统总压，atm； R为气体常数，82.06 atm·cm3 / (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 PAO为扩散管管口A组分的分压，atm； 为液体A的饱和蒸汽压，atm； （饱和蒸汽压PAO可通过查有关物性数据手册或用Antoine公式求出： 式中， PA0 ——液体A在T温度下的饱和蒸汽压，mmHg；T——温度，K；A、B、C—Antoine蒸汽压方程中的常数，可查相关物性数据手册和本书附录得到。） 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： 上式中， 为液体A的密度；mol / cm3；MA为主分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：（2-6-3） 因为恒温恒压下二元扩散系数为常数，对上式积分、整理可得：（2-6-4） （2-6-4）式中，y=Zi- Zo ，相当于液面下降高度，cm（其中Zo为管内液面距水平段的距离，Zi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）中的与呈现一直线关系。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， 由斜率C求出气相扩散系数DAB， （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 1．实验装置 本实验装置由玻璃恒温水浴（内含斯蒂芬实验管）、仪表控制柜、测高仪、无油气体压缩机等组成，实验装置见图2-6-2。 2．实验流程 实验装置如图2-6-3所示。实验中先将易挥发的待测液体A装入斯蒂芬管扩散管（7）至一定高度。惰性气体B（空气）由无油气体压缩机（1）输出，经针形阀（2），稳流阀（3）调节、稳定流量后，由转子流量计（4）计量后进入恒温水浴（11）下部的气体预热器（5）预热，经预热后，使流经扩散管顶部的气体温度达到水浴设定的温度，并将A组分带走排入大气。 1-无油气体压缩机 2-针形阀 3-稳流阀 4-转子流量计 5-气体预热器 6-搅拌器 7-斯蒂芬扩散管 8-数显温控仪 9-测高仪 10-精密温度计 11-恒温水槽 12-加热器 13-温控仪铂电阻探头 图2-6-3 实验流程示意图 3．实验试剂 本实验中液体A所采用的试剂从以下几种试剂中选用一种： 无水乙醚（分析纯）、丙酮（分析纯）、正戊烷（分析纯）、二氯甲烷（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）等。 实验惰性气体B可采用氮气或空气。 4．主要实验仪器及设备 测高仪 CGY—1型 武汉测绘学院光学仪器厂 测高仪 JQC—1型 长春第一光学仪器厂 无油气体压缩机 WM—2H型 天津市医疗器械二厂 四．实验步骤及分析方法 1．向斯蒂芬管中注入待测液体A。 2．开启控温仪电源，开启恒温水浴的搅拌装置，设定实验温度，并自动控温。 3．开启无油气体压缩机，用针形阀调节气体的流量，用稳流阀温度流量。 4．在恒温水浴升温的同时，熟悉掌握测高仪的正确使用和准确读数方法。 5．记录下水浴温度（即该物系的扩散温度）、气体流量、在气压计上读取当天的大气压数据。 6．当温度升至所需实验温度，稳定10~15分钟后，开始读取测高仪中的液面高度。以后每隔15分钟测定一次液面位置数据，记下时间。整个