扩散系数计算

1、扩散系数它表达某个组分在介质中扩费克定律中的扩散系数代表单位浓度梯度下的扩散通量， 散的快慢，是物质的一种传递性质。一、气体中的扩散系数52 气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为10 5m2 / 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 。5 表给出了某些二元气体在常压下( 1.013 105Pa )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：0.0101T1.75 M1A1MB1/3 1/3 2P(vA)1/3 (vB )1/3

2、 2)2 式中， D 、 B 二元气体的扩散系数， m2 /s ；P 气体的总压， Pa ；T 气体的温度，；MA、M B 组分、 B的摩尔质量， kg / kmol ；vAvB3、 组分、 B 分子扩散体积， cm3 /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。5表 7 某些二元气体在常压下( 1.013 105Pa )的扩散系数系统温度/K扩散系数/(10 -5m2/s)系统温度 /K扩散系数/(10 -5m2/s)H2空气273甲醇空气273He空气317乙醇空气273O2空气273正丁醇空气273Cl2空气273苯空气298H

3、2O空气273甲醇空气298298H2CO273332H2CO2273NH3空气273H2N2273CO2空气273294298H2NH3298SO2空气293HeAr298表 原子扩散体积和分子扩散体积原子扩散体积 v/(cm 3/mol)分子扩散体积 v/( cm 3/mol)原子扩散体积 v/(cm 3/mol)分子扩散体积 v/( cm 3/mol)CHeSCOHNeCO2OArN2ONKrNH3芳香族环XeH2O杂环H2SF6FD2Cl2CLN2Br2BrO2SO2I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

4、集得多，因此也体的扩散系数要比气体的小得92多，其量级为 10 9m2 / s 。表给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。对于很稀的非电解质溶液（溶质溶剂）DAB 7.4 10 15 （ M B） TVA0.6m2 / s）， m2 / s ；表 溶质在液体溶剂中的扩散系数（溶质浓度很低）溶质溶剂温度K扩散系数/(10 -9m2/s)溶质溶剂温度K扩散系数/(10 -9m2/s)NH3水285乙酸水298288丙酸水298O2水291HCl(9kmol/m 3)水283298m3)283CO2水298苯甲酸水298H2水298丙酮水298甲醇水288乙酸苯298乙醇水283尿素乙醇285298

5、水乙醇298正丙醇水288KCl水298甲酸水298KCl1,2 乙 二醇298乙酸水283，其扩散系数常用 Wilke-Chang 公式估算：式中， DAB 溶质在溶剂中的扩散系数（也称无限稀释扩散系数）T 溶液的温度，；溶剂的粘度， Pa.s ；M B 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。1.048 若缺乏此密度数据，则可采用 Tyn-Calus方法估算： V 0.285Vc ，其中 Vc为物质的临界3 体积（属于基本物性） ，单

6、位为 cm3 / mol ，见表 7。表 常见物质的临界体积 VC物质VC/(cm 3/mol)物质VC/(cm 3/mol)物质VC /(cm 3/mol)甲烷CH4氯仿CHC13氨NH3乙烷C2H6甲醇CH40118氮气N2丙烷C3H8203乙醇C2H60一氧化氮NO正丁烷C4H10255正丙醇C3H80219二氧化氮NO2正己烷C6H14370异丙醇C3H80220氧化二氮N2O乙烯C2H4丙酮C3H60209二氧化硫S02丙烯C3H6181甲乙酮C4H8O267三氧化硫SO3氯乙烯C2H3C1169乙酸C2H4O171氯化氢HC1乙炔C2H2乙酸乙酯 C4H80286氢气H2笨C6H6

7、259氯C14硫化氢H2S甲苯C7H8316溴Br2一氧化碳CO氯苯C6H5C1308碘I2155二氧化碳CO2环己烷C6H12308氧气02二硫化碳CS2160四氯化碳 CCl4臭氧03水H2O从（）可见，溶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（TT2 1）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 7 5 生物溶质在水溶液中的扩散系数溶质温度 /0C扩散系数（ m

8、2/s）摩尔质量 /(kg/kmol)尿素20120×10-925×10-9甘油20×10-9甘氨酸25×10-9辛酸钠25× 10-10牛血清清蛋白25× 10-1167500尿素酶25× 10-1148270020×10-11大豆蛋白20× 10-11361800脂（肪）氧合酶20× 10-1197400人血纤维蛋白原20× 10-11339700人血清清蛋白20× 10-1172300表 7 6 固体中的扩散系数和渗透率溶质 A固体 BT/KDAB/(m 2/s)溶解度

9、 S*渗透率 Pm*H2硫化橡胶298×10-9× 10-10O2298×10-9× 10-10N2298×10-9× 10-10CO2硫化氯丁橡胶290×10-9× 10-10300×10-9H2聚乙烯298× 10-12O2303× 10-12N2303× 10-12O2尼龙303× 10-12N2303×10-12H2O蜡306×10-10H2Fe293×10-13AlCu293×10-34-球蛋白（人）20× 10-11153100肌酸酐37×10-9蔗糖37×10-920×10-91000 或其分子体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3积小于 500cm /mol 时，可用式（）15D 9.40 10 15TDAB（M A）1/3其中， 镕基的粘度， Pa.s ； M A 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 ）来代替扩散系数 D，两者间的关系为PM DABS；否则