冶金传输原理质量传输扩散传质试题库.doc

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（N2）扩散系统。设系统压力为1.0132×105Pa,温度为50℃，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 并且已知扩散系数试计算： （1）氨（A）的扩散通量； （2）氮（B）的扩散通量； （3）氨（A）浓度分布。（12分） 解：（1） （2） （3） 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1.0×10-11m2/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？ 解： 可按半无限大介质中的非稳定态扩散求解，即 代入已知数据，则有 解得 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1.01325×105Pa,扩散距离为0.1m,在端点1处另一端 题3图 氨-氮的互扩散 试计算：(1)扩散通量 (2)组分A的浓度分布 解：（1）求 可知 （2）浓度分布 由浓度分布公式（11.3），有 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1.03125×105Pa,温度为293K，设水蒸发后，通过管内的空气进行扩散（见下图），若在该条件下，水蒸气在空气中的扩散系数为已知293K时水的蒸气压力为0.02338×105Pa,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走，属于不扩散组分A，由下式确定 式中 将以上数据代入前式，得 浓度分布式为（11.15）式 式中 所以，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 1600℃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，测得失重速率为已知Mn在1600℃时，蒸气压为0.03atm,试计算Mn蒸气在氩气中的扩散系数。 解：因实测中，氩气不断从坩埚上部流过，故坩埚边沿处可取为零，且很小，可近似为等分子逆向扩散计算。 由 题6、氧和四氯化碳气体的互扩散系数是采用在装有O2的管内观测CCL4的蒸发而测定的，从CCL4液面到管的顶端的距离系统总压力为温度为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,已知试求CCL4-O2的扩散系数？ 解、此题可按照通过静止气膜的单向扩散计算， 由下式 可得 题7、厚0.01cm的薄铁皮，一面暴露在925℃的渗碳气氛中，测得该面含1.2%的碳，另一面含0.10%的碳，问在稳定条件下，穿过该铁皮的质量通量是多少（碳的扩散系数为 解：略 （1.44×10-3mol/m2·s）