5.2. Задачи для самостоятельного решения

130. Уголь сжигается в канале при 1050 °С в потоке воздуха. Константа скорости диффузии кислорода при 1050 °С равна 31, 6 см/с. Чему будет равна константа скорости диффузии , если вместо воздуха в канал подавать с такой же скоростью смесь азота с углекислым газом? Коэффициенты диффузии и соответственно равны 2 и 2,35 см²/с. Критерий Нуссельта при ламинарном движении в канале постоянен.

Ответ: 26,89 см/с.

131. Зависимость константы скорости реакции

от температуры выражается уравнением

.

Определить константу скорости диффузии при 1100 °С, если эффективная константа скорости процесса горения при этой температуре равна 23,4.

Ответ: 30,78 см/с.

132. В лабораторной установке при 998 К некоторый объем, заполненный водородом под давлением 1013 гПа, отделен от непрерывно вакуумируемого пространства никелевым диском площадью 10 см² и толщиной 2 мм. Вычислить потерю водорода. Растворимость водорода в никеле при давлении 1013 гПа и равна 8,9 г/см³. Коэффициент диффузии водорода в никеле = 6·10^–5 см²/с.

Ответ: 1,42 см³/час.

133. При решении второго уравнения Фика в случае диффузии в полубесконечное пространство установлено

.

Здесь – текущая концентрация, и – начальная и поверхностная концентрации диффундируемого компонента, х – расстояние от поверхности, – коэффициент диффузии и t – время. Установлено, что

при .

Определить, на какой глубине от поверхности пластины мягкой стали концентрация углерода понизится вдвое по сравнению с исходным содержанием в результате воздействия обезуглероживающей атмосферы при 1273 К через 1 час и 24 часа. Коэффициент диффузии углерода в стали = 3·10^–7 см²/с.

Ответ: 3,28·10^–2 и 0,16 см.

134. Реакция горения углерода

протекает на внутренней поверхности угольного канала в потоке воздуха. Изменение эффективной константы скорости с температурой приведено в таблице. Определить, в каком температурном интервале реакция протекает в кинетическом режиме, и найти энергию активации.

Т, К	773	873	973	1073	1173	1273	1373
k	0,073	0,447	2,150	6,8	13,72	19,49	23,40

Ответ: 773 – 1073 К; 24,4 ккал/моль.

135. В таблице приведены коэффициенты диффузии водорода, азота и углерода в железе при разных температурах. Определить энергии активации диффузии.

t, °С	Коэффициент диффузии , см2/c
	H	N	C
20	1,5·10–5	8,8·10–17	2,0·10–17
500	3,3·10–4	3,6·10–8	4,1·10–8
950	6,7·10–4	3,1·10–6	1,3·10–7

Ответ: 12220, 77800 и 87930 Дж/моль.

136. Как изменится константа скорости диффузии, если диаметр омываемых газом частиц возрастает в 10 раз, но из-за одновременного изменения скорости газового потока число Рейнольдса останется неизменным?

Ответ: уменьшится в 10 раз.