一种气体扩散系数的测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气体扩散系数测定领域，具体设及一种挥发性液体-空气（或其它气 体）扩散系数的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 石油化工、生物医药和建筑材料等许多行业都与扩散现象密切相关，扩散过程包 括很多扩散机理且复杂多变。扩散系数作为表征扩散进程快慢的主要物性参数，对研究计 算扩散过程中的各种物理量至关重要。因此，提高扩散系数测试的便捷性和精确度，对于深 入了解传质过程及其在工业中的应用，具有重要的理论和现实意义。
[0003] 针对气体分子扩散系数的实验测定，国内外研究者从宏观角度和微观角度分别给 出了不同种类的测定方法。其中，宏观方法主要有；激光全息干设法、气相色谱分析法、膜池 法和Stefan扩散管法等，是通过对气体浓度变化的检测间接导出分子扩散系数。微观方法 有核磁共振等，成本太高而且不经常用。
[0004] 根据本发明技术特点检索了国内外数据库，发现有关气体扩散系数实验测定的报 道和专利不是很多。例如，中国专利CN101701895B通过拉曼光谱仪对微控流巧片中的混 合留到的浓度分布进行测量，进而反演出扩散系数；中国专利CN202195998U采用加热套 对可岩巧夹持器内的岩巧加热，模拟地层真实温度，使测试结果更接近实际天然气的扩散 系数；中国专利CN103308426A公开了一种适用于常规流体分子扩散系数的微控流测试 方法，利用巧光示踪剂，通过分析待测液体传质过程的巧光图像，得到分子扩散系数；中国 专利CN102621039B基于扩散管采用双流气准静态法测量放射性和非放射性气体扩散系 数；中国专利CN102507394B提出基于扩散管法测定一种组分在被测多孔介质中有效扩 散系数，再根据曲折因数得到被测多孔介质的孔隙率，但该专利是在鼓风烘箱中操作，温度 不宜保持恒定，而且操作也不方便、不太安全。目前，针对Stefan扩散管法，尚未见到采用 从玻璃扩散管底部进液，用温控数显玻璃恒温水浴保持温度恒定，同时利用气吹的方法把 扩散管管口已蒸发的液体蒸气随时带走，W提高扩散系数精确度的液体蒸气-空气（或其 它气体）扩散系数的测试装置及方法。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是克服现有Stefan扩散管法测试装置技术上的不足，也就是说，针对 常规操作中人为地由扩散管上部注入液体很难一直保持平衡，而且液体容易粘到扩散管管 壁的缺点，同时还存在了从扩散管上部注入液体时会对扩散管内的气体空间造成较大的对 流扰动从而影响到扩散系数测定精确度等问题，本发明提出了一种挥发性液体-空气（或 其它气体）扩散系数的测试装置及方法。该装置不仅可W保证液体能够平稳缓慢地从底部 注入扩散管，从而在液体上部气体空间不产生明显的对流扰动作用，另外扩散管管口可W 设置取样口，用于气相色谱仪的在线取气及浓度分析。此外，基于安全性考虑，将玻璃扩散 管竖直固定于温控数显玻璃恒温水浴中。故此，在提高扩散系数测定精确度的同时，提高测 试系统的安全性。
[0006] 本发明的技术方案为；
[0007] (1)所述的一种挥发性液体-空气（或其它气体）扩散系数的测试装置，包括无油 空气压缩机（或其它气体的气瓶），气体缓冲瓶，气体/液体流量计变送器，温控数显玻璃恒 温水浴，加热盘管，带温控加热器，液体瓶，进/出液累，可拆卸套管式玻璃扩散管（上部为 水平通气管，下部为玻璃扩散管），温度/压力传感器，测高仪，低速电动揽拌器，气相色谱 仪，进/出气管线，进/出液管线W及温度控制系统和数据采集分析系统。
[000引进一步，所述的扩散系数测试装置各部件的连接方式为：无油空气压缩机（或其 它气体的气瓶）、气体缓冲瓶、气体流量计变送器、水平通气管通过进气管线依次连接，无油 空气压缩机（或其它气体的气瓶）与气体缓冲瓶之间安装进气阀；液体瓶、进/出液累、液 体流量计变送器、可拆卸套管式玻璃扩散管通过进液管线依次连接，液体瓶与进液累之间 安装截止阀，进/出液累与液体流量计变送器之间安装进/出液阀，液体流量计变送器与扩 散管底部进/出液口之间依次安装截止阀、控制阀；玻璃扩散管竖直固定于温控数显玻璃 恒温水浴中，扩散管管口处设置取气口，取气口后设有压力传感器；温控数显玻璃恒温水浴 中设有温度传感器、测高仪W及低速电动揽拌器，同时底部设有加热盘管，与温度传感器一 同连接到带温控加热器。
[0009] 进一步，所述的气体/液体流量计变送器精度为1级，水平通气管中空气流量为 0.2~0.4m3/h。如果需要测定挥发性液体与其它气体（如氮气、氧气、氨气、二氧化碳、一 氧化碳、氮气、氣气、氨气，等等）之间的扩散系数，可W用各自的气瓶来代替无油空气压缩 机。
[0010] 进一步，所述的可拆卸套管式玻璃扩散管，上部为水平通气管，下部为玻璃扩散 管，安装时玻璃扩散管管口要与水平通气管在同一水平面，W保证空气（或其它气体）顺利 通过把扩散管管口已蒸发的液体蒸气随时带走。玻璃扩散管外径为0. 8~2畑1，外壁有均 匀刻度线，精度为0. 1cm，长度为20~30cm，底部设有进/出液口，长度为2~3cm，外径为 0. 5cm，由进/出液累从底部进/出液，解决了扩散管自动加/卸液问题，进液结束后扩散距 离为8~15畑1。水平通气管外径为1. 2~2. 5畑1，空气流入端长度为40~60畑1，空气流出 端长度为10~30畑1，空气流出端距离扩散管管口 3~5cm处设有取气口，通过取气管线连 接气相色谱仪，进行在线取气及浓度分析，此外，取气口后设有压力传感器，可随时观测系 统压力变化情况。
[0011] 进一步，所述的玻璃扩散管可W平行垂直设置3~5个，它们之间的水平距离为 15~20cm。可在1个或2~5个不同扩散管中装填同种液体，测定其扩散系数，即同时进 行平行实验；也可在3~5个不同扩散管中分别装填不同液体，从而可W同时测定不同液体 的扩散系数。此外，通过不同液体的单管单独测定及多管同时测定，还可W用来研究各扩散 管间的相互干扰情况。
[0012] 进一步，所述的液体包括有机液体和无机液体。挥发性有机液体如烧姪、环烧姪、 芳香姪，醇类、酬类、醋类、離类、醒类等，挥发性无机液体如水、氨水、硫酸、盐酸等。对于腐 蚀性液体，测试装置需要用耐腐蚀材料制成。
[0013] 进一步，所述的温控数显玻璃恒温水浴，温度波动范围不大于0. 5°C;温度传感器 分度值为0.rc;低速电动揽拌器转速范围为0~7(K)r/min。
[0014] 进一步，所述的测高仪带有放大镜，且放大倍数为30~50倍，可清晰准确地观测 并记录玻璃扩散管上的刻度，精度为0. 1mm。
[0015] 进一步，所述的温度传感器、加热盘管、带温控加热器W及温控数显玻璃恒温水浴 集于温度控制系统，同时，所述本测试装置的温度、压力、浓度集于数据采集分析系统，进行 数据的在线采集及分析。
[0016] (2)所述的一种挥发性液体-空气（或其它气体）扩散系数的测试装置的测试方 法为：
[0017] 第一步，将温控数显玻璃恒温水浴设定到目标温度T，在玻璃恒温水浴中的水达到 目标温度T的过程中，竖直固定于玻璃恒温水浴中的玻璃扩散管、进液管线W及水平固定 于玻璃恒温水浴中水平通气管、进气管线先预热，使其达到玻璃恒温水浴设定的目标温度 T。
[001引第二步，关闭相应截止阀，开启相应截止阀、进液累、进液阀及控制阀，液体经截止 阀、进液累、进液阀、液体流量计变送器、另一截止阀、控制阀由进液管线从玻璃扩散管底部 进液口平稳缓慢注入，进液结束，关闭截止阀、进液累、进液阀及控制阀，用带有放大镜的测 高仪记录进液结束及开始测定时液面高度值并