The effect of relative humidity on binary gas diffusion

The dependence of diffusion coefficient of O2-N2 mixture in the presence of water vapor was experimentally determined as a function of relative humidity (RH) with different temperatures using an in-house made Loschmidt diffusion cell. The experimental results showed that O2-N2 diffusion coefficient increased more than 17% when RH increased from 0% to 80% at 79 \ub0C. In the experiments, the RH in both top and bottom chambers of the diffusion cell were the same, and the pressure inside the diffusion cell was kept as ambient pressure (1 atm.). Maxwell-Stefan theory was employed to analyze the mass transport in the diffusion cell, and found that there was no effective water vapor diffusion taking place, indicating that the gas diffusion in this ternary (O2-N2-water vapor) system could be considered binary gas (O2-N2) diffusion. The Fuller, Schettler, and Giddings (FSG) empirical equation of the kinetic theory of gases was generalized to accommodate the dependence of the binary diffusion coefficient on the RH. The prediction of the generalized equation was found to be consistent with experimental results with the difference of less than 1.5%, showing that the generalized equation could be applied to calculate the diffusion coefficients of the binary gaseous mixture with different temperature and RH values. The effect of water vapor on the increase of O2-N2 diffusion coefficient was discussed using molecule theory.On a d\ue9termin\ue9 exp\ue9rimentalement la d\ue9pendance du coefficient de diffusion du m\ue9lange O2 12N2 en pr\ue9sence de vapeur d\u2019eau en fonction de l\u2019humidit\ue9 relative (RH) \ue0 diff\ue9rentes temp\ue9ratures au moyen d\u2019une cellule de diffusion de type Loschmidt fabriqu\ue9e sur place. Les r\ue9sultats exp\ue9rimentaux ont montr\ue9 que le coefficient de diffusion de O2 12N2 augmentait de plus de 17 % quand l\u2019humidit\ue9 relative \ue9tait accrue de 0 \ue0 80 % \ue0 79 \ub0C. Au cours de ces exp\ue9riences, les humidit\ue9s relatives dans les enceintes sup\ue9rieure et inf\ue9rieure de la cellule de diffusion \ue9taient les m\ueames, et la pression dans la cellule de diffusion \ue9tait maintenue \ue0 la pression ambiante (1 atm.). On a utilis\ue9 la th\ue9orie de Maxwell-Stefan pour analyser le transport massique dans la cellule de diffusion, et on a trouv\ue9 qu\u2019il n\u2019y avait pas de diffusion r\ue9elle de la vapeur d\u2019eau, indiquant que la diffusion du gaz dans ce syst\ue8me ternaire (O2 12N2 12vapeur d\u2019eau) pourrait \ueatre consid\ue9r\ue9e comme une diffusion de syst\ue8me binaire (O2 12N2). L\u2019\ue9quation empirique de Fuller, Schettler, et Giddings (FSG) sur la th\ue9orie cin\ue9tique des gaz a \ue9t\ue9 g\ue9n\ue9ralis\ue9e pour tenir compte de la d\ue9pendance du coefficient de diffusion binaire \ue0 l\u2019humidit\ue9 relative. On a trouv\ue9 que les pr\ue9dictions de l\u2019\ue9quation g\ue9n\ue9ralis\ue9e correspondaient aux r\ue9sultats exp\ue9rimentaux, \ue0 1,5 % pr\ue8s, indiquant que cette \ue9quation pourrait \ueatre utilis\ue9e pour calculer les coefficients de diffusion de m\ue9langes gazeux binaires \ue0 diff\ue9rentes temp\ue9ratures et diff\ue9rentes humidit\ue9s relatives. On a discut\ue9 de l\u2019effet de la vapeur d\u2019eau sur l\u2019accroissement du coefficient de diffusion de O2 12N2 en utilisant la th\ue9orie mol\ue9culaire.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye