一种测定多孔介质有效扩散系数和孔隙率方法

摘要

一种测定多孔介质有效扩散系数和孔隙率方法，包括用蒸发管法测定A组分在B组分中的二元气体扩散系数DAB及A组分在被测多孔介质中的有效扩散系数DABP，应用DAB与DABP之间的下述关系计算出被测多孔介质孔隙率与曲折因数比值ε/τ，再根据曲折因数τ求得被测多孔介质的孔隙率。本发明的优点是可快速准确的测定多孔材料的孔隙率和气体在多孔介质内的有效扩散系数，为化工和科研实践提供条件。

主权项

一种测定多孔介质有效扩散系数和孔隙率的方法，包括测定液体组分A在气体组分B中的二元气体扩散系数DAB的蒸发管法，即将组分A注入蒸发管底部，将蒸发管垂直于水平面放入鼓风烘箱中，鼓风烘箱内充满组分B，保持鼓风烘箱中的温度T和压力p恒定；记录鼓风烘箱的温度T、蒸发管底部组分A的原始液面位置距蒸发管管口的距离z0和经过一定时间θ后蒸发管底部液体组分A液面下降到的位置距蒸发管管口的距离z；将记录的T、p、z0和z带入公式 D AB = RTp BM ρ AL ( z 2 - z 0 2 ) 2 p M A θ ( p A 1 - p A 2 ) - - - ( 1 ) 计算出组分A在组分B中的扩散系数DAB，式中pA1——测定条件下组分A的饱和蒸汽压，从《化工溶剂手册》查获，Pa；pA2——组分A在管口处的分压，通过计算得知，Pa；DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s；p——压力，1.0134×105Pa；R——气体常数，8.314×103N·m/(kmol·K)；T——热力学温度，K；z——记录的蒸发管底部组分A液面下降到的位置距蒸发管管口的距离，m；z0——记录的蒸发管底部组分A的原始液面位置距蒸发管管口的距离，m；ρAL——组分A的密度，kg/m3；MA——组分A的摩尔质量，kg/kmol；θ——蒸发管底部组分A的液面下降所用时间，s；pBM——组分B的对数平均分压，Pa；计算公式为 p B 2 = p - p A 2 p B 1 = p - p A 1 p B 2 - p B 1 = p A 1 - p A 2 p BM = p B 2 - p B 1 ln p B 2 p B 1 - - - ( 2 ) 其特征在于所述测定多孔介质有效扩散系数和孔隙率的方法还包括以下步骤：1）将组分A注入蒸发管底部，将被测多孔介质制成膜，用密封胶将被测多孔介质膜粘覆在蒸发管管口处并风干，使被测多孔介质膜与蒸发管管口处的管壁封闭；2）将封闭好的蒸发管垂直于水平面放入鼓风烘箱中，鼓风烘箱内充满组分B，保持鼓风烘箱中的温度T和压力p恒定；3）用测定组分A在组分B中的二元气体扩散系数DAB的蒸发管法计算出管口粘覆有被测多孔介质膜的组分A在多孔介质膜下方处的分压PAx，利用得到的PAx，通过组分A在多孔介质膜内物料衡算，得组分A通过扩散组分B在多孔介质膜中的二元气体扩散系数，该扩散系数为组分A在被测多孔介质膜中的有效扩散系数DABP；有效扩散系数DABP的具体计算如下：由于组分A通过自由段和多孔介质膜段的扩散通量NA相等，即 N A = ρ AL M A · dz dθ = D ABP p RT lp BM , · ( p AX - p A 2 ) - - - ( 3 ) 整理上式得 D ABP = ρ AL RTlp BM , p M A θ · z - z 0 p AX - p A 2 - - - ( 4 ) 该计算公式是蒸发管法测定组分A在组分B中的二元气体通过多孔介质膜的有效扩散系数DABP的计算公式；式中 p BM , = p B 2 - p BX ln p B 2 p BX pBX＝p‑pAXl——多孔介质膜的厚度，m4）应用扩散系数DAB和有效扩散系数DABP之间的换算公式： D ABP = ϵ D AB τ - - - ( 5 ) 计算出被测多孔介质孔隙率，即 ϵ = τ D ABP D AB - - - ( 6 ) 式中ε——多孔介质的孔隙率，m3/m3；τ——曲折因数。