冶金传输原理质量传输第11章扩散传质试题库

1、第11章扩散传质题1、一直径为2.44cm，长为61cm的圆管，其两端分别与两个巨大容器相连，如下图 所示，这是一个氨（NH3）-氮（2）扩散系统.设系统压力为1.0132X 105pa温度为50C, 近似地将圆管内气体的扩散视为等摩尔逆向扩散.设圆管两端NH3的分压分别为PA1 =1.999 104Pa,PA2 = 6.66 1 03 Pa,并且已知扩散系数 DA 2.648 10，m2/s。试计算:P巴° 奴毎炸冷尔逆阿扩示盘帕NaABRT z(pA1- pA2)2.648 108.314 323 0.61(1.999 104（1 ）氨（A）的扩散通量;（2）氮（B）的扩散通量;

2、（3）氨（A）浓度分布.（12分） 解: （1）-6.66 103) =2.155 10鼻mol/(m2 s)(2)Na =-Nb(3)PA -PA2 - pA1zz Pa1(6.66 103 -1.999 104)0.611.999 104 =1.999 104 -2.1852 104z题2、将初始碳浓度为0.2%（质量百分比）的厚钢板置于1193K的渗碳气氛中渗碳处理，此情况下钢板表面的碳浓度为0.9%.已知碳在钢中的扩散系数为1.0 X0-11m2/s要求钢件表面下0.2mm深处的碳浓度达到0.6%，求渗碳处理时间？K16.14 髙斯滾蓋函数的图示解:可按半无限大介质中的非稳定态扩散求解

3、，即代入已知数据，则有0.009 -0.0060.009 -0.002Was -WaWas 'Wao= 0.4286七2如0，=erf I2J1.0H101 x：t 丿2 10，2,1.0 10J1 t二 0.4解得t = 6253s =1.737h题3、如下图所示，气体氨（A）与气体氮在具有均匀直径的管子两端进行等分子反向稳态扩散，气体的浓度为298K，总压力为1.01 32 5X 105Pa,扩散距离为0.1m,在端点1处44_4 2Pa1 =1.013 10 Pa,另一端 Pa2 =0.507 10 Pa, Dab =0.23 10 m /s。题3图氨-氮的互扩散试计算：（1）扩

4、散通量Na、Nb（2） 组分A的浓度分布解：（1）求 Na、NbAA= 4.7 10 kmol /(m2 s)Dab “、0.23 10(1.013 -0.507) 104Na(PA1 一 Pa2):RT z8314 298 0.1Pb1 = P 一 PA1 =1.91325 105 -1.013 10 =9.119 104Pa544Pb2 二P-Pa2 =1.91325 10 -0.507 10 =9.625 10 PaNbDab0.23 10，(1.013- 0.507) 108314298 0.1二-4.7 10kmo/(m2 s)可知NA - -Nb（2 ）浓度分布由浓度分布公式（11

5、.3）,有Pa 二PA2 - PA1LZ Pa1(0.507 -1.013) 1040.1z 1.013 104 =1.013 104 -5.06 104z题4、在一细管中，底部的水在恒定温293K下向干空气蒸发，干空气的总压力为1.03125 x 105Pa,温度为293K，设水蒸发后，通过管内Az=15cm的空气进行扩散（见下图），若在该条件下，水蒸气在空气中的扩散系数为0.25 10*m2/s,已知293K时水的蒸气压力为0.02338 x 105Pa,试计算稳态扩散时的摩尔通量及其浓度分布题4图 水蒸气通过空气的扩散解：由于空气不溶于水， 则为停滞组分，水蒸气扩散至管口后就被流动空气带

6、走，属于不扩散组分A, Na由下式确定式中 Naz 亘丄加匕広RT(Z2 - 乙)p - PaiDAb = 0.25 10鼻 m2 /sp =1.01325 105 paR =8314J /(kmol K)T =293Kz = 0.15mpA1 =0.02338 105 PaPA2 二 0将以上数据代入前式，得浓Naz450.25 101.01325 1051.01325 10 -0度分布式为（11.15 ）式RT(Z2 zjp - Pa1= 1.619 10 kmol/(m2s)式中XB1pB18314 293 0.15XbXb1P-PA1(1.0325-0.02338) 1051.0325

7、 105ln 1.01325 105 -0.02338 105二 0.9764XB2 -5Pb2P - Pa2 (1.0325-0) 1011.0325 105z所以，xB =0.9764 1.0241015 即为所求题5、为测定Mn蒸气在氩气中的扩散系数，将装有 Mn熔体的坩埚置于纯氩气通过的1600C的装置中，Mn的液面在坩埚边沿下 2cm处.连续测定坩埚的质量，当失重速率达稳定时，测得失重速率为2.65 10 J mol/(cm s),已知Mn在1600 C时，蒸气压为 0.03atm,试计算Mn蒸气在氩气中的扩散系数DMn川解：因实测中，氩气不断从坩埚上部流过，故坩埚边沿处pMn2可取

8、为零，且pMn1很小,可近似为等分子逆向扩散计算 由N MnD Mn _Ar ( pp )(pMn1 一 pMn2 )=RTzMn _ArNMn RTz _ 2.65 10立 82.06 1873 2pMn1 一 pMn20.032=2.7cm /s题6、氧和四氯化碳气体的互扩散系数是采用在装有Q的管内观测CCL的蒸发而测定的,从CCL液面到管的顶端的距离 z2 -乙=17.1cm,系统总压力为1.007 105Pa,温度为273K,CCL4的饱和蒸气压为 4400Pa,扩散管截面积为 0.82cm2,已知在10h内，蒸发了 0.0208cm3, 已知cCCL =0.01032mol/cm3。试求CCLO的扩散系数？解、此题可按照通过静止气膜的单向扩散计算，NCCL4 =DTC2 * lnCRT(Z2 -乙) p- Pccl4,1Nccl4曲叫 O'01032 0.0208 =7.26 10mol/(cm3 s)4 At 10 3600 0.82由下式可得Dccl4 仝NCCL4 RT(z2 -乙)7.26 10 (8.314 106) 273 17.1p InP PcCL4,2p _ Pccl4,1100700 In100700 - 0100700-440