扩散系数计算.pdf

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1、扩散系数费克定律中的扩散系数代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的一种传递性质。一、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为10 m/s。通常对于二元气体、B 的相互扩散，在 B 中的扩散系数和 B 在 A 中的扩散系数相等，因此可略去下标而用同一符号表示，即DAB DBA D。表给出了某些二元气体在常压下（1.01310 Pa）的扩散系数。对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：5520.0101T1.75D 11MAMB（）P(vA)1/3(vB)1/322式中，D、B 二元气体的扩散系数，m/

2、s；P气体的总压，Pa；T气体的温度，；MA、MB组分、B 的摩尔质量，kg/kmol；、组分、B 分子扩散体积，cm/mol。一般有机化合物可按分子式由表查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表种直接列出。系统H2空气He空气O2空气Cl2空气H2O空气NH3空气CO2空气SO2空气5表 7 某些二元气体在常压下（1.01310 Pa）的扩散系数温度/K扩散系数系统温度/K扩散系/(10-5m2/s)/(10-5m2/s)vAvB3数273317273273273298332273273298293甲醇空气乙醇空气正丁醇空气苯空气甲醇空气H2COH2CO2H2N2H2NH3HeAr2

3、73273273298298273273273294298298原子扩散体积v/(cm3/mol)CH表原子扩散体积和分子扩散体积分子扩散体积原子扩散体积分子扩散体积v/(cm3/mol)v/(cm3/mol)v/(cm3/mol)HeNeSCOCO2ON芳香族环杂环FCLBrArKrXeH2D2N2O2N2ONH3H2OSF6Cl2Br2SO2I空气注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。式的相对误差一般小于。二、液体中的扩散系数由于液体中的分子要比气体中的分子密集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得多，其量级为10 m/s。表给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。表 溶质在液体溶剂中的扩散

4、系数（溶质浓度很低）溶质溶剂温 度 扩散系数溶质溶剂温 度 扩散系数K/(10-9m2/s)K/(10-9m2/s)NH3O2CO2H2甲醇乙醇正丙醇甲酸水水水水水水水水285288291298298298288283298288298乙酸水298298283283298298298285298298298丙酸水HCl(9kmol/m3)水m3)苯甲酸丙酮乙酸尿素水KClKCl水水苯乙醇乙醇水1,2乙二醇92283乙酸水对于很稀的非电解质溶液（溶质溶剂），其扩散系数常用Wilke-Chang 公式估算：DAB 7.41015(MB)TTVA0.6m2/s（）2式中，DAB溶质在溶剂中的扩散系数

5、（也称无限稀释扩散系数），m/s；T溶液的温度，；溶剂的粘度，Pa.s；MB溶剂的摩尔质量，kg/kmol；溶剂的缔合参数，具体值为：水；甲醇；乙醇；苯、乙醚等不缔合的溶剂为；VA溶质 A 在正常沸点下的分子体积，cm3/mol，由正常沸点下的液体密度来计算。1.048V 0.285Vc若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus方法估算：，其中Vc为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm/mol，见表 7。表常见物质的临界体积 VCVC物质VC物质物质/(cm3/mol)/(cm3/mol)甲烷CH4乙烷C2H6丙烷C3H8正丁烷C4H10正己烷C6H14乙烯C2H4丙烯C3H6氯乙烯

6、C2H3C1乙炔C2H2笨C6H6甲苯C7H8氯苯C6H5C1环己烷C6H12四氯化碳 CCl4203255370181169259316308308氯仿CHC13甲醇乙醇3VC/(cm3/mol)118219220267171氨NH3氮气N2一氧化氮NO二氧化氮 NO2氧化二氮 N2O二氧化硫 S02三氧化硫 SO3氯化氢HC1氢气H2CH40C2H60正丙醇 C3H80异丙醇 C3H80甲乙酮 C4H8O乙酸C2H4O丙酮C3H60209乙酸乙酯 C4H80286氯C14溴Br2碘I2155硫化氢H2S一氧化碳CO二氧化碳 CO2二硫化碳 CS2水H2O160氧气02臭氧03从（）可见，溶

7、质在溶剂中的扩散系数DAB与溶质在溶质中的扩散系数DBA不相等，这一点与气体扩散系数的特性明显不同，需引起注意。对给定的系统，可由温度T1下的扩散系数D1推算T2下的D2（要求T1和T2相差不大），如下：D2 D1(T21)T1（）三、生物物质的扩散系数表给出了一些生物溶质在水溶液中的扩散系数。表 75生物溶质在水溶液中的扩散系数温度/0C扩散系数（m2/s）摩尔质量/(kg/kmol)溶 质20尿素12010-910-925甘油甘氨酸辛酸钠牛血清清蛋白尿素酶大豆蛋白脂（肪）氧合酶人血纤维蛋白原人血清清蛋白2025252525202020202010-967500482700361800974

8、003397007230010-910-1010-1110-1110-1110-1110-1110-1110-11-球蛋白（人）肌酸酐蔗糖20373710-1110-910-91531002010-9对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质相对于分子质量小于1000 或其分子体3积小于 500cm/mol时，可用式（）；否则，宜用式（）（Polson 方法），9.401015TDAB(MA)1/3m2/s（）其中，镕基的粘度，Pa.s；MA生物溶质的摩尔质量。四、四、固体中的扩散系数表给出了某些物质在固体中的扩散系数。对于气体在固体中的扩散，一般是用渗透率PM（permeability）来代

9、替扩散系数 D，两者间的关系为PM DABS（）33其中，为气体溶质在固相中的溶解度，S cA/pA，单位为m溶质（标准状态）（m固体.atm）。溶质 AH2O2N2CO2H2O2N2O2N2H2OH2固体 B硫化橡胶硫化氯丁橡胶聚乙烯尼龙蜡Fe表 76固体中的扩散系数和渗透率T/KDAB/(m2/s)溶解度 S*29829829829030029830330330330330629310-910-910-910-910-910-13渗透率 Pm*10-1010-1010-1010-1010-1210-1210-1210-1210-1210-10AlCu29310-34*S 的单位：m3溶质（标准状态）（m3固体atm）；*PM的单位：m3溶质（标准状态）（sm2atm/m）。