[发明专利]一种气体扩散系数的测试装置及测试方法

说明书

本发明提出了一种气体扩散系数的测试装置及方法。针对常规操作中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，同时考虑解决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。该装置不仅可以保证液体能够自动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，而且还可以安排几种液体同时测定，提高测试效率。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，最终在提高测定精确度的同时，提高测试系统的安全性。

技术领域

本发明属于气体扩散系数测定领域，具体涉及一种挥发性液体-空气(或其它气体)扩散系数的测试装置及方法。

背景技术

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。

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：激光全息干涉法、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。

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CN 101701895 B通过拉曼光谱仪对微控流芯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CN 202195998 U采用加热套对可岩芯夹持器内的岩芯加热，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CN 103308426 A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，利用荧光示踪剂，通过分析待测液体传质过程的荧光图像，得到分子扩散系数；中国专利CN 102621039 B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CN 102507394 B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玻璃扩散管管口已蒸发的液体蒸气随时带走，以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

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。该装置不仅可以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，另外扩散管管口可以设置取样口，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。

本发明的技术方案为：

(1)所述的一种气体扩散系数的测试装置，包括无油空气压缩机(或其它气瓶)，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/出液泵，可拆卸套管式玻璃扩散管(上部为水平通气管，下部为立式存液管)，温度/压力传感器，测高仪，低速电动搅拌器，气相色谱仪，控制阀，气管，液管以及温度控制系统和数据采集分析系统。