1、實驗原理擴散屬于由于分子擴散所引起的質量傳遞，擴散系數在工業中是一項十分重要的物性指標。在如圖所示的垂直細管中盛以待測組分的液體 A,該組分通過靜止氣層Z擴散至管口被另一 頭氣流B帶走。 貼液面上方組分A的分壓為液體A在一定溫度下的飽和蒸汽壓，管口處A的分壓可視為零，組分A的汽化使擴散距 離Z不斷增加。記錄時間t與Z的關系即可計算A在B中的擴散系數。血A液體A通過靜止氣體層的擴散為單相擴散，此時傳遞速率:N=D/(RTZ) P/PBm(Pai FA2)可寫成：N=p /RT D/Z ln(P bJPbi)(a)設S為細管的截面積，p為液體A密度。在dt時間內汽化的液體A的量應等于液體A擴散出管

2、口的量，即SNdt= p SdZ/N 或:(b)N=p /Ma dZ/dt設備介紹實驗主界面如下圖所示1ffi溫度計WiUE： 295K夏空舶6霍：系茜時靳時|R :30 工j 計算公式T形管：橫管為兩端開口的普通玻璃管，用于氣體流通；豎管為下端封口的毛細管，用于盛放丙酮溶 液（丙酮為被測氣體），由于使用了毛細管，可以將被測氣體的擴散視為一維的豎直擴散。真空泵：可生成20-60kPa的負壓，使毛細管中擴散岀的氣體迅速離開管口，以保證管口處被測氣體濃 度不變（接近零）。游標卡尺：實驗中使用精度為 0.1mm的游標卡尺，可以通過顯微鏡對毛細管內的液位進行測量。顯微鏡：由于游標卡尺刻度較密，且置于水

3、浴箱中，要借助顯微鏡進行讀數。水浴箱：毛細管浸于水浴池中，使毛細管內液體保持恒溫。另外，溫度高時擴散較快，可加快實驗速 度。實驗中要求設定為 50度。系統時鐘:可成倍加快實驗速度，減少實驗中的等待時間擴散系數：D=B p RT/(2MaP) 1/1 n(PB2/PBi)3p 丙酮密度， 797kg/m3 ；T擴散溫度，實驗中要求設定為 232K;M丙酮分子量，58.05;P-大氣壓，100kPa；PB2空氣在毛細管出口處的分壓，可視為P；PBi空氣在毛細管內液面處的分壓，Pbi =P-Pa*，Pa*為丙酮的飽和蒸氣壓,232K 時 PA*=50kPa;B以時間t為橫坐標，Z2為縱坐標作圖得到的

4、直線的斜率。實驗時每隔10-15分鐘測量一次擴散距離Z的數據，以Z2為縱坐標，時間為橫坐標作圖可得到B，將所有數據帶入計算公式即可求得擴散系數。注意事項1. 開始測量數據后，不要改變水浴溫度，溫度對擴散速率有影響2. 測量時真空泵要一直開啟。3. 計算時要注意單位的統一。試驗步驟：50 度。進入實驗后，水浴加熱器與真空泵均未開啟，鼠標點擊兩個紅色開關即可打開相應的設備打開水浴加熱器后，點擊顯示儀表盤可出現溫度設置窗口，將溫度設定為儀表盤默認顯示的是當前實際溫度， 要察看或改變設定溫度應按下右側的“調節”按鈕。 儀表盤 將顯示設定溫度的同時， 設定溫度的個位或十位處于閃動狀態， 閃動狀態的數字可

5、以調節， 再次 按下“調節”按鈕可以切換閃動位。 儀表盤右上方的“升高”與“降低”兩個按鈕可以對閃動數字進行調節。 調節完成后按下“設定”按鈕即可切換到實際溫度顯示。調節狀態下，若 30 秒不進行任何操作，將自動切換回實際溫度顯示。主界面的水浴溫度顯示盤下有 3 個溫度指示燈，它們是用來指示水浴加熱器工作狀態的。黃燈閃爍說明實際溫度已高于設定值，正在降溫。 紅燈閃爍說明實際溫度還未達到設定值，正在加熱。 綠燈閃爍說明實際溫度已達到設定值，正在保溫。點擊真空泵的顯示儀表盤也可出現設置窗口， 不過實驗中只是要保證氣體流動順暢， 故實際上不 需要對其進行調節，只要將泵打開即可。儀表盤顯示的是真空泵設

6、定的壓力，右側的兩個按鈕可對真空泵壓力進行調整，點擊一次調整 10kPa。確定水浴溫度達到 50 度、真空泵打開后，即可開始測量實驗數據。鼠標點擊主界面上的顯微 鏡即可出現顯微鏡的觀測窗口。第 1 次打開顯微鏡的觀測窗口時，由于顯微鏡還沒有對準毛細管的液面，故看不見液面與卡尺。 通過點擊右上側框格中的 4 個按鈕，通過點擊右上側框格中的 4 個按鈕，可以將顯微鏡對準液面找到彎液面后，點擊右下方框格中的兩個按鈕，將卡尺對準彎液面，有時需要再調節顯微鏡， 到游標卡尺對應的刻度，讀取卡尺數據。注意：卡尺度數減去10cm才是擴散高度 Z因毛細管頂端對應的刻度是10cm。讀取擴散高度 Z的同時，還要讀取

7、時間t，t直接在主界面上讀取即可向上拖動時間下的滑塊可以成倍加快實驗速度，在兩次測量的中間等待時可以適當加快速度。若經過授權，可以自動記錄數據。實驗要求連續測量 10 組以上數據，每隔 10-15 分鐘量一組。點擊主界面左側的數據處理，可以進入實驗數據部分，通過自動或手動添入測量數據。授權后點擊主界面下方自動記錄按鈕即可自動將數據填入表格若要手動記錄數據，點擊表格中的相應區域， 在表格中輸入數據， 輸完一組數據后按回車鍵確認。 注意：按回車鍵前要保證該組數據的完整性，若缺少任意一項數據，該組數據將不被記錄。不按回車鍵數據也將不被記錄。確認數據記錄完整后，點擊數據處理界面上方的數據作圖及計算，對數據進行處理。點擊自動作圖后可對測量數據進行最小二乘法回歸處理。作圖后，利用已給岀的公式即可算得擴散系數，將結果填入公式后的文本框即可打印實驗報告, 授權后也可自動進行計算。公式中所用到的參數可在實驗設備參數中查到實驗數據計算完畢后，檢查無誤后即可打印實驗報告。 點擊數據處理窗口下方的報表按鈕后可以預覽實驗報告。在預覽窗口的菜單欄中可以對實驗報告進行打印數據處理Z"2-週:計算結果：斜率 B = 4 56E-04cm 2/s擴散系數 D = 1.21I-0S標唯值：擴散系數 DC 323K) = 1 20E-05 1*2/P數據處理保存1加載；1報表1整行刪除1