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气体扩散系数的测定和计算


合 肥 学 院
Hefei University

化工传递过程实验设计

题 目: 气体扩散系数的测定和计算 系 别: 化学与材料工程系 专 业 :_ 化学工程与工艺 0903031041 学 号: 0903031041 姓 名: 指导教师: 指导教师:

2011 年 11 月 26 日

气体扩散系数的测定和计算
一、实验目的: 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: 实验原理:
(一)气体扩散系数 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:

?C N' A = D? A ? L

?? C T ?? ? ?? C Bm

? ? ? ?

(1)

D = 扩散速率 (m2/s) CA= A 物质于界面间的饱和浓度 (kmol/m3) L =质传有效距离(mm) CBm=蒸气的对数平均莫耳浓度 (kmol/m3) CT = 总莫耳浓度=CA+CBm (kmol/m3) 液体的蒸发速率:

? ρ ?? dL ? N'A = ? L ?? ? ? M ?? dt ?
ρL = 液体密度

(2)

2

? ρ L ?? dL ? ?C ? ?? ? = D? A ? M ?? dt ? ? L

?? C T ?? ? ?? C Bm

? ? ? ?

(3)

在 t=0 , L=L0 做积分

? 2MD ?? C A C T L2 ? L20 = ? ? ρ ?? C ?? ? L ?? Bm ?

? ?t ? ? ?? ?

(4)

(L ? L 0 )(L ? L 0 + 2L 0 ) = ? 2MD ?? C A C T ?t ? ?? ?
? ρ L ?? C Bm ? t ? ρ ?? C = ? L ?? Bm (L ? L 0 ) ? 2MD ?? C T C A ? ? ? ρ C ? ?(L ? L 0 ) + ? L Bm ?L 0 ? ? MDC C ? ? ? T A ?

(5)

(6)

M 是分子量,t 是时间 其中 Vol=22.4 m3

? 1 kmol ?? Tabs 其中 CT = ? ?? ? Vol ?? Ta ?

? ? ? ?



(7)

C B1 = C T
(8)

? P ? Pv ? C B2 = ? a ? P ?C T ? a ? ?
(9)
C Bm = (C B1 ? C B2 ) C ln( B1 ) C B2

?P ? (10) C A = ? v ?C T ?P ? ? a?

三、实验装置: 实验装置:
本实验装置包括:
(1)玻璃温度计,(2)T型管,(3)温度传感器,(4)恒温槽(透明压克力箱)

3

,(5)泄水阀,(6)游标尺高度计,(7)游标尺高度计支撑架,(8)显微 镜,(9)温度显示面板,(10)heater开关(11)电源线 (12)air pump开关,(13)air pump (黑色压克力箱)(14)浮动开关 (15)伸缩管

四、实验步骤



1、丙酮部分注满于毛细管约 35mm。 2、除去金属配件顶部螺帽,小心插入毛细管于橡胶环内直到平放于槽顶, 缓慢的调整T型管并接上气管于一端,并调整显微镜焦距对准水槽约20-30 mm处。 3、对准垂直的T型管,直到显微镜可清楚看见管内变化情形。 4、调整光标尺于事先安排的刻度并校正无误。 5、打开水槽温度(设定在40℃)达恒温。 6、打开Air pump(经过T型管的空气流速须低流量,必要时可用气阀调节)。 7、记录管内高度。 8、每10分钟记录一次,纪录管内变化量。共记录七次。 9、改变温度(50℃),重复此过程。

五、问题与讨论
1. 为何须将整个实验装置,置于一恒温、恒压的环境中? 2. 试由菲克第一定律导出式(1)。 3. 试由所得结果说明温度对扩散系数的影响。

4


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