1、l在實驗中將裝有液體A的斯蒂芬擴散管（見圖2-6-1）置于恒溫水槽中，惰性氣體B（如空氣）以恒定的流速流過擴散管頂部的水平段。由于頂部氣體流速較低，管內液面離開管頂有一定距離，故可認為在液面上部為一靜止氣層B，蒸發的組分A向上通過靜止氣層B擴散至管口，在管口A組分被大量的惰性氣流B帶走。液面處的組分A分壓為其在實驗水浴溫度下的飽和蒸氣壓，水平段組分A分壓可視為零。由于組分A的汽化使擴散距離Z不斷隨時間增加，記錄時間t與距離Z的關系即可計算出組分A在氣相B中的擴散系數。斯蒂芬擴散管示意圖斯蒂芬擴散管示意圖z惰性氣體惰性氣體B 液體液體A上述擴散過程可視為組分A通過靜止組分B的一維擴散過程，其中組

2、分A的傳質通量可用下式表示：（2-6-1） )ln(00AAABAZPPPPZTRPDNl（2-6-1）式中，NAZ 為組分A的傳質通量，mol/m2s；l DAB為A組分在B組分中的擴散系數，cm2/s；l P為系統總壓，atm；l R為氣體常數，82.06 atmcm3 / (molK)l T為系統溫度，K； l Z為任意時刻t時液面距水平段的距離，cmlPAO為擴散管管口A組分的分壓，atm；l 為液體A的飽和蒸汽壓，atm；l（飽和蒸汽壓PAO可通過查有關物性數據手冊或用Antoine公式求出：0APl式中， PA0 液體A在T溫度下的飽和蒸汽壓，mmHg；T溫度，K；A、B、CAnt

3、oine蒸汽壓方程中的常數，可查相關物性數據手冊和本書附錄得到。）l單位面積上組分A的蒸發速率還可用液面降低速率表示，即：CTBAPA0lndtdZMNAAAZl上式中， 為液體A的密度；mol / cm3；MA為主分A的分子量。 l在擬穩態的情況下，擴散傳質通量應等于蒸發通量，經對方程（2-6-1）和方程（2-6-2）的整理得到：（2-6-3）l因為恒溫恒壓下二元擴散系數為常數，對上式積分、整理可得：（2-6-4）A)ln(00AAAABAPPPPRTZPMDdtdZ)()ln(2000ZZytPPPPRTPDyAAAABl（2-6-4）式中，y=Zi- Zo ，相當于液面下降高度，cm（其

4、中Zo為管內液面距水平段的距離，Zi為任意時刻t的液面距水平段的距離）；Z末端長度修正因子，cm。l式（2-6-4）中的與呈現一直線關系。以t/y為橫坐標，y/2為縱坐標，將測定的實驗數據作圖（可以在坐標標紙上作圖，也可以在計算機上用最小二乘法回歸計算）求出斜率C，l由斜率C求出氣相擴散系數DAB，)ln(00AAAABPPPPRTPDCl（2-6-6）l方程（2-6-4）和方程（2-6-6）是本測試方法的主要計算公式。 100)ln(AAAABPPPPPRTCD三實驗裝置和流程三實驗裝置和流程l1實驗裝置l 本實驗裝置由玻璃恒溫水浴（內含斯蒂芬實驗管）、儀表控制柜、測高儀、無油氣體壓縮機等組

5、成，實驗裝置見圖2-6-2。 2實驗流程實驗流程l實驗裝置如圖2-6-3所示。實驗中先將易揮發的待測液體A裝入斯蒂芬管擴散管（7）至一定高度。惰性氣體B（空氣）由無油氣體壓縮機（1）輸出，經針形閥（2），穩流閥（3）調節、穩定流量后，由轉子流量計（4）計量后進入恒溫水浴（11）下部的氣體預熱器（5）預熱，經預熱后，使流經擴散管頂部的氣體溫度達到水浴設定的溫度，并將A組分帶走排入大氣。1-無油氣體壓縮機 2-針形閥 3-穩流閥 4-轉子流量計 5-氣體預熱器 6-攪拌器 7-斯蒂芬擴散管 8-數顯溫控儀 9-測高儀 10-精密溫度計 11-恒溫水槽 12-加熱器 13-溫控儀鉑電阻探頭 圖2-6

6、-3 實驗流程示意圖3實驗試劑實驗試劑 l 本實驗中液體A所采用的試劑從以下幾種試劑中選用一種：l 無水乙醚（分析純）、丙酮（分析純）、正戊烷（分析純）、二氯甲烷（分析純）、無水乙醇（分析純）、乙酸乙酯（分析純）等。l實驗惰性氣體B可采用氮氣或空氣。4主要實驗儀器及設備主要實驗儀器及設備l測高儀 CGY1型 武漢測繪學院光學儀器廠 l測高儀 JQC1型 長春第一光學儀器廠l無油氣體壓縮機 WM2H型 天津市醫療器械二廠四實驗步驟及分析方法四實驗步驟及分析方法l1向斯蒂芬管中注入待測液體A。l2開啟控溫儀電源，開啟恒溫水浴的攪拌裝置，設定實驗溫度，并自動控溫。l3開啟無油氣體壓縮機，用針形閥調節

7、氣體的流量，用穩流閥溫度流量。l4在恒溫水浴升溫的同時，熟悉掌握測高儀的正確使用和準確讀數方法。l5記錄下水浴溫度（即該物系的擴散溫度）、氣體流量、在氣壓計上讀取當天的大氣壓數據。l6當溫度升至所需實驗溫度，穩定1015分鐘后，開始讀取測高儀中的液面高度。以后每隔15分鐘測定一次液面位置數據，記下時間。整個實驗至少要求有68個液面位置與時間的數據。l7實驗完畢后，關閉氣源（無油氣體壓縮機）和電源（控溫儀及攪拌器），置各閥于正常位置，將擴散管內的剩余液體吸出，清理實驗現場。五實驗數據記錄五實驗數據記錄l實驗數據記錄表，見表2-6-1。l測定體系： 體系溫度 液面初始高度Zo cml空氣流量 ml

8、/min 大氣壓 atm 裝置號 _ 表表2-6-1 序號序號累計時間t（s）測高儀讀數（cm） （cm） （s/cm）12345 6 7 8 9 10220iZZyyt六、實驗數據處理六、實驗數據處理l1）根據方程（2-6-4），以t/y為橫坐標，y/2為縱坐標，求出斜率；根據方程（2-6-6）求出實測的氣相擴散系數DAB，將計算所得數據分別列入表2-6-2。l2）在數據手冊上查出DAB的文獻值（注意：需利用公式2-6-7進行壓力及溫度校正）；利用經驗公式2-6-8計算得出的DAB計算值，分別與本次實驗所得的DAB實驗值進行比較討論，求出相對誤差E1和E2。表表2-6-2 氣相擴散系數及其對

9、比值氣相擴散系數及其對比值sm /2物系斜率擴散系數DAB實測值計算值E1文獻值E2使用的文獻值校正公式如下：75.1122112TTPPDD（2-6-7） l 式（2-6-7）中，l P為系統的總壓，atm；l T為系統的絕對溫度，K； l D2 、D1 為氣相擴散系數的文獻值。l另外，DAB的經驗計算公式如下：l式（2-6-8）中，l DAB為氣相擴散系數，m2/s；l MA、MB為A和B兩組分的分子量；l AB為平均碰撞直徑，；l DAB為碰撞積分；l AB為分子間作用的能量；l 為系統的總壓，atm；l 為系統的絕對溫度，K。ABDABBAABPTMMD22/32/1711108583.1（2-6-8） 七實驗結果和討論七實驗結果和討論l1本實驗進行擴散的推動力是什么？l2何謂穩態擴散？本實驗屬于穩態還是非穩態擴散過程？l3你了解哪些氣相擴散系數的經驗計算公式，如何獲得？l4氣相擴散系數的常用單位和量級范圍是什么？l5氣體流量的大小，擴散管直徑的粗細，水浴溫度的高低對擴散系數有何影響？實驗中還哪些因素會影響測量的結果？l6擴散管管口處A組分的分壓PA0近似等于多少？為什么？如要精確處理，你有何方法 八、實驗注意