扩散系数计算

1、扩散系数计算WTD standardization office WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C费克定律中的扩散系数D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，其量级为通常对于二元 气体A、B的相互扩散，A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D表示，即。的表7 - 1给出了某些二元气体在常压下(l.O13xiasP6/)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:0.010 IT175 + 丫

2、%MbP|(Z匕产+(Z以产2(7-19)式中，。-A、B二元气体的扩散系数人；P-气体的总压，；丁-气体的温度.K ;加八、“8 一组分A、B的摩尔质量，kg/kmol ；、-组分A、B分子扩散体积f的,加。1 °般有机化合物可按分子式由表7 - 2查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表7 - 2种直接列出。表7- 1某些二元气体在常压下(I.O13xlO5/)的扩散系数系统温度 /K扩散系数/(105m2/s)系统温度/K扩散系数/(1。 5nr/s)此-空气273甲醇-空气273He-空气317乙醇-空气273。2-空气273正丁醇-空273Cl2 -空气273苯-空

3、气298h2o -空气273甲醇-空气298298Hz-CO273332H2 - CO2273NH3-空气273H2-N2273CO2 -空气273294298H2- NH3298SCh-空气293He - Ar298表7 - 2原子扩散体积和分子扩散体积原子扩散体积 v/(cm3/mol)分子扩散体积 Zv/( cm3/mol)原子扩散体积 v/(cm3/mol)分子扩散体积Zv/( cm3/mol)CHescoHNeCO2OArN2ONKrnh3芳香族环XeH2O杂环h2sf6Fd2C12CLN2Br2BrO2so2I空气注：已列出分子扩散体积的，以后者为准。式7 - 1 9的相对误差一般

4、小于1 0%。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1。为”,So表7 - 3给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。表7 - 3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/(10一 9m2/s)nh3水285乙酸水298288丙酸水29802水291HCl(9kmol/m3)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水乙醇298正丙醇水288KC1水298甲酸

5、水298KC11,2-乙二醇298乙酸水283对于很稀的非电解质溶液(溶质A+溶剂B),其扩散系数常用Wilke-Chang公 式估算：% =7.4x1。也空因”"I (7-2 1)式中，-溶质A在溶剂B中的扩散系数(也称无限稀释扩散系数)，尸公；丁-溶液的温度，K ;N -溶剂B的粘度，Pa s ；“8-溶剂B的摩尔质量，kg/km ；0-溶剂的缔合参数，具体值为：水；甲醇；乙醇；苯、乙酸等不缔合的溶剂为；匕-溶质A在正常沸点下的分子体积，cm"mol由正常沸点下的液体密度来 计算。若缺乏此密度数据，则可采用Tyn-Calus方法估算：丫=0285匕”"其中匕为

6、 物质的临界体积（属于基本物性），单位为。/，“，见表7-4。表7-4常见物质的临界体积Vc物质Vc/(cmVmoI)物质/(cmVmoI)物质Vc /(cm'/mol)甲烷CH4氯仿CHCH氨 NH3乙烷 C2H6甲醇CH40118氮气 N2丙烷 c3H8203乙醇C2H6。一氧化氮 NO正丁烷 C4Hio255正丙醇c3H8。219二氧化氮 NO2正己烷 C6H14370异丙醇C3H8。220氧化二氮 n2o乙烯 C2H4内酮C3H6。209二氧化硫S02丙烯 c3H6181甲乙酮 c4h8o267三氧化硫 so3氯乙烯C2H3cl169乙酸C2H4O171氯化氢HC1乙焕C2H2

7、乙酸乙酯 c4h80286氧气 h2笨C6H6259氯 C14硫化气H2s甲苯 c7Hg316澳 Br2一氧化碳 CO氯苯C6H5cl308碘h155二氧化碳 CO2环己烷 C6H12308氧气二硫化碳CS2160四氯化碳 CC14臭氧 。3水 h2o从（7-2 1）可见，溶质A在溶剂B中的扩散系数°”与溶质B在溶质A中的 扩散系数。ba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，可由温度下的扩散系数R推算4下的2 （要求乙和乙相差不 大），如下：(7-22)2=卬警）三、生物物质的扩散系数表7 - 5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

8、水溶液中的扩散系数溶质温度/扩散系数（nr/s）摩尔质量/（kg/kmol）尿素201 . 20xl0925xlO甘油20xlO9甘氨酸25xlO9辛酸钠25xlO10牛血清清蛋白25xlO1167500尿素酶25X 10-u48270020xlO11大豆蛋白20x IO"361800脂（肪）氧合酶20xlO1197400人血纤维蛋白原20xlO11339700人血清清蛋白20xlO1172300Y-球蛋白（人）20xlO11153100肌酸酊37xlO9蔗糖37xlO920xlO9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或其分子体积小于500。3应时，可

9、用式（7 - 2 1 ）;否则，宜用式（7-2 3）八 9.40x10",5TDxb =（Polson 方法），m2/s （7-23）其中，N-铭基的粘度，43；“八-生物溶质的摩尔质量, 四、四、固体中的扩散系数表7 - 6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 是用渗透率乙（permeability）来代替扩散系数D,两者间的关系为% = dabs （7-24）其中,s为气体溶质A在固相中的溶解度，S = c/Pa,单位为广溶质（标准状态） / （/固体.atm） o表76固体中的扩散系数和渗透率溶质 A固体BT/KDAB/(nr/s)溶解度S*渗透率Pm"h2硫化橡胶298xlO9xlO10O2298xlO9xlO10n2298xlO9xlO10co2硫化氯丁橡胶290xlO9xlO10300xlO9h2聚乙烯298