氣體擴(kuò)散系數(shù)的測定和計(jì)算

1、合肥學(xué)Hefei University化工傳遞過程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目別業(yè)號名師目別業(yè)號名師導(dǎo) 題系專學(xué)姓指:氣體擴(kuò)散系數(shù)的測定和計(jì)算:化學(xué)與材料工程系:化學(xué)工程與工藝:0803021011:單正磊:胡坤宏2011年5月2日氣體擴(kuò)散系數(shù)的測定和計(jì)算、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夥瓶说谝欢汕蟪鲆后w表面蒸發(fā)氣的氣體擴(kuò)散系數(shù)。、實(shí)驗(yàn)原理：(一)氣體擴(kuò)散系數(shù)揮發(fā)性液體之氣體擴(kuò)散系數(shù)可藉由Winklemanns method來檢測，在有限內(nèi)徑的垂直 毛細(xì)管中保持固定的溫度和經(jīng)過毛細(xì)管頂部的空氣流量，可確定液體表面的分子擴(kuò)散到氣體 中的蒸氣分壓。!l0AlSAcetone已知質(zhì)傳速率:NaNa = Df CaLD =擴(kuò)散速率(

2、m2/s)CA= A物質(zhì)于界面間的飽和濃度(kmol/m3)L =質(zhì)傳有效距離(mm)CBm=蒸氣的對數(shù)平均莫耳濃度(kmol/m3)CT=總莫耳濃度=CA+CBm(kmol/m3)液體的蒸發(fā)速率:(2)PL=(2)PL=液體密度at t=0 , L=L0 做積分L2 L2 = 0(2MD 1( C C(L-L )L-L + 2L0)at t=0 , L=L0 做積分L2 L2 = 0(2MD 1( C C(L-L )L-L + 2L0)=(2MD 1( C CA:CBmCBmt(L-L0) =C 1BmT A P一 L _2MD J C CM =分子量I Vol J1absT1 Ja(L -

3、 Lt =時間CB1CB2(C)J P LCBmMDC C、T其中Vol=22.4 m3(6)(8)(%JI Pa JB2(10)I Pa J(二)線型最小平方法最小平方法或稱最小平方差法(least-squares method)的最基礎(chǔ)型線型的(linear)。今有一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本上呈現(xiàn)線型的態(tài)勢，則若以y = ax + b表示直線方程式，其中a代表 斜率(slope)，b代表截距(intercept)，則最小平方法就是在使誤差的平方和達(dá)到最小，即使 下式最小化 (minimize)因此= 旅一 b)J)洗=o = t (y - ax bX1) db: i il=1將上二式常規(guī)化(norm

4、alize)得a =支.2 + btx =x yl=1 ll=1 l l=1 l la x + bn = tyl=1 1l=1 1據(jù)此a,b可由Cramer法則求出斜率a = Xy -泠,n X2 - x /b =X2y -x,yx截距_ n 2-號x)；=y - ax其中y是y的平均值，x是x的平均值。一般而言，線性關(guān)系的良窈可由E值的大小來判斷，但要注意y值本身的大小。此外， 統(tǒng)計(jì)學(xué)家尚有一個相關(guān)系數(shù)(correlation coefficient)的判斷法，相關(guān)系數(shù)R可由下式計(jì)算R =心其中，xxS = x2 -( x)2其中，xxS = x2 -( x)2S =(-xX - y)= x

5、 yS = y2( y)2yy線型關(guān)系的強(qiáng)弱度是R等于土 1為完美(perfect)的線性關(guān)系。R趨近土 1為強(qiáng)烈(strong)的線性關(guān)系。R趨近0為微弱(weak)的線性關(guān)系。、實(shí)驗(yàn)裝置:、實(shí)驗(yàn)裝置:本實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，包括：玻璃溫度計(jì)T型管溫度傳感器恒溫槽（透明壓克力箱）(5)泄水閥(6)游標(biāo)尺高度計(jì)游標(biāo)尺高度計(jì)支撐架(8)顯微鏡溫度顯示面板(10)heater開關(guān)(11)電源線(12)air pump 開關(guān)(13)air pump （黑色壓克力箱）(14)浮動開關(guān)(15)伸縮管四、實(shí)驗(yàn)步驟:丙酮部分注滿于毛細(xì)管約35mm。除去金屬配件頂部螺帽，小心插入毛細(xì)管于橡膠環(huán)內(nèi)直到平放于槽頂， 緩慢的調(diào)整T型管并接上氣管于一端，并調(diào)整顯微鏡焦距對準(zhǔn)水槽約20-30 mm 處。對準(zhǔn)垂直的T型管，直到顯微鏡可清楚看見管內(nèi)變化情形。調(diào)整光標(biāo)尺于事先安排的刻度并校正無誤。打開水槽溫度（設(shè)定在40C）達(dá)恒溫。打開Air pump(經(jīng)過T型管的空氣流速須低流量，必要時可用氣閥調(diào)節(jié))。記錄管內(nèi)高度。每10分鐘記錄一次，紀(jì)錄管內(nèi)變化量。共記錄七次。改變溫度(50C),重復(fù)此過程。五、注意事項(xiàng):實(shí)驗(yàn)前先確定儀器本體垂直地面。實(shí)驗(yàn)畢，務(wù)必徹底清洗T型管。為了防止丙酮沸騰所以溫度設(shè)低于50度。六、結(jié)果整理：t在不同之溫度下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出u r、對(L-Lo)作圖。(