冶金傳輸原理質(zhì)量傳輸擴(kuò)散傳質(zhì)試題庫(kù)

1、第11章擴(kuò)散傳質(zhì) 題1、一直徑為2.44cm,長(zhǎng)為61cm的圓管，其兩端分別與兩個(gè)巨大容器相連，如下圖所示，這是一個(gè)氨（NH3）-氮（N2）擴(kuò)散系統(tǒng).設(shè)系統(tǒng)壓力為1.0132X105Pa,溫度為50C,近似地將圓管內(nèi)氣體的擴(kuò)散視為等摩爾逆向擴(kuò)散.設(shè)圓管兩端NH3的分壓分別為 PA1=1.999M104Pa,PA2=6.66x103Pa,并且已知擴(kuò)散系數(shù)DAB=2.648父10,m2/s。 試計(jì)算: （1）氨（A）的擴(kuò)散通量；庭曬城就等摩爾道兩批示即 （2）氮（B）的擴(kuò)散通量； （3）氨（A）濃度分布.（12分） 解：（1） -6.66103)=2.155101mol/(m2s) (2)NA=-

2、NB _4_4_4 1.999104=1.999104-2.1852104z 題2、將初始碳濃度為0.2%（質(zhì)量百分比）的厚鋼板置于1193K的滲碳?xì)夥罩袧B碳處理，此情況下鋼板表面的碳濃度為0.9%.已知碳在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)為1.0M0-11m2/s.要求鋼件表 面下0.2mm深處的碳濃度達(dá)到0.6%,求滲碳處理時(shí)間？ NA DAB (PAI -pA2) _5 2.64810 8.3143230.61 (1.999104 (3) PA二 pA2-pA1 z zPAI (6.66103-1.999104) 0.61 解：可按半無(wú)限大介質(zhì)中的非穩(wěn)定態(tài)擴(kuò)散求解，即圖6J4高斯誤差函數(shù)的圖示 解得t=6

3、253S=1.737h 題3、如下圖所示，氣體氨（A）與氣體氮在具有均勻直徑的管子兩端進(jìn)行等分子反向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，氣體的濃度為298K,總壓力為1.01325X105Pa,擴(kuò)散距離為0.1m,在端點(diǎn)1處 4442, PAI=1.013X10Pa,另一端PA2=0.507X10Pa,DAB=0.23乂10m/S。 試計(jì)算：（1）擴(kuò)散通量NA、NB （2）組分A的濃度分布 解：（1）求NA、NB _5_4_4_ PBI=p-PAI=1.91325105-1.013104=9.119104Pa 544_ PB2=P-PA2=1.9132510-0.50710=9.62510Pa 可知NA=-NB （2）

4、濃度分布 由濃度分布公式（11.3）,有 PA二 代入已知數(shù)據(jù)，則有 WAS-WA WASNAO eerf 2,DABt 0.009-0.006 0.009-0.002 =0.4286 =erf 2父10工 2,1.0父10Mt/ 210工 2%1.010t =0.4 NA .44 DAB,、0.2310(1.013-0.507)104 (PA1-PA2)= =4.710kmol/(m2 S) NB DAB RTZ(PBPB2) 0.2310“(1.013-0.507)104 83142980.1 =-4.7107kmo/(m2S) 題3圖氨-氮的互擴(kuò)散 PA2-PAI L ZPAI (0.5

5、07-1.013)104 0.1 z1.013104=1.013104-5.06104z 題4、在一細(xì)管中，底部的水在恒定溫293K下向干空氣蒸發(fā)，干空氣的總壓力為1.03125xi05Pa,溫度為293K,設(shè)水蒸發(fā)后，通過(guò)管內(nèi)Az=15cm的空氣進(jìn)行擴(kuò)散（見下圖），若在 該條件下，水蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為0.25M10工m2/s,已知293K時(shí)水的蒸氣壓力為0.02338x105Pa,試計(jì)算穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)的摩爾通量及其濃度分布 空氣 題4圖水蒸氣通過(guò)空氣的擴(kuò)散 解：由于空氣不溶于水，則為停滯組分，水蒸氣擴(kuò)散至管口后就被流動(dòng)空氣帶走，屬于不擴(kuò)散組分A,NA由下式確定 式中NAZ二DABPln R

6、T(Z2-Z1)P-PAI p=1.01325105pa DAB=0.2510/m2/s R=8314J/(kmolK) T=293K z=0.15m _5_ pA1=0.02338105Pa pA2=0 將以上數(shù)據(jù)代入前式，得 式為（11.15）式 pB1 XBI： P _5 P-PAI(1.0325-0.02338)105 1.0325105 =0.9764 濃NAZ二般般Pln皿二 度RT(z2-ZI)p-PAI 分=1.61910,kmol/(m2s) _4_5 0.25101.0132510 83142930.15 ln 一一一一 5 一 1.0132510-0 1.01325105

7、-0.02338105 從CCL液面到管的頂端的距離z2-Z1=17.1cm,系統(tǒng)總壓力為1.007x105Pa,溫度為273K, CCL的飽和蒸氣壓為4400Pa,擴(kuò)散管截面積為0.82cm2,已知在10h內(nèi)，蒸發(fā)了0.0208cm3, 已知cCCL4=0.01032mol/cm3。試求CCL-O2的擴(kuò)散系數(shù)? 解、此題可按照通過(guò)靜止氣膜的單向擴(kuò)散計(jì)算, 由下式 可得 XB2 PB2p-PA2(1.0325-0)10 5 1.0325105 5 I=1 Z 所以，xB=0.9764X1.02414即為所求 題5、為測(cè)定Mn蒸氣在僦氣中的擴(kuò)散系數(shù)，將裝有Mn熔體的塔蝸置于純僦氣通過(guò)的 1600

8、c的裝置中，Mn的液面在塔塌邊沿下2cm處.連續(xù)測(cè)定增期的質(zhì)量，當(dāng)失重速率達(dá)穩(wěn) 定時(shí)，測(cè)得失重速率為2.65父10，mol/（cm，s）,已知Mn在1600c時(shí)，蒸氣壓為0.03atm, 試計(jì)算Mn蒸氣在僦氣中的擴(kuò)散系數(shù)DMnsr. 解：因?qū)崪y(cè)中，僦氣不斷從增竭上部流過(guò)，故塔塌邊沿處pMn2可取為零，且pMn1很小, 可近似為等分子逆向擴(kuò)散計(jì)算由 NMn DMnUr DMn-Ar _(pMn1-pMn2) RTz NMnRTz2.6510=82.0618732 pMn1pMn2 2. =2.7cm/s 0.03 題6、 氧和四氯化碳?xì)怏w的互擴(kuò)散系數(shù)是采用在裝有 C2的管內(nèi)觀測(cè)CCL的蒸發(fā)而測(cè)定的, NCCL4 DCCL4-o2 RT(Z2-1) .p-pCCL4,2 ln p-pCCL4,1 NCCL4 CCCL,VCCL,0.010320.0208 At1036000.82 _93 =7.2610mol/(cms) DCCL4q NCCL4 RT(Z2-4)_7.26104(8.314106)27317.1 pln p-pCCL4,2 p-PCCL4,I 100700-0 100700ln 100700-4400