WYMIANA MASY

Zakres wiadomości: Podstawy wymiany masy w wyniku dyfuzji, podobieństwa między transportem ciepła i masy, masowy i molowy opis dyfuzji, prawo Henry'ego o rozpuszczalności, migracja pary wodnej w budynkach, niestacjonarna dyfuzja masy, dyfuzja pary w gazie nieruchomym

1. W pokoju o temp. 20ºC i ciśnieniu 97 kPa pozostawiono szklankę z wodą. Wilgotność względna w pokoju wynosi 100 %. Określ udział molowy pary wodnej do powietrza oraz udział molowy powietrza do wody.

2. Nad ciałem pokrytym warstwą naftalenu przepływa z prędkością 2 m/s suche powietrze o temp. 25ºC i ciśnieniu 1 atm. Zaobserwowano, że 12 g naftalenu sublimuje w 15 min. Pole powierzchni rozpatrywanego ciała wynosi 0.3 m². Temperatura powierzchni wynosi 25ºC. Ciśnienie pary naftaliny w 25ºC wynosi 11 Pa, natomiast współczynnik dyfuzji masy naftaliny w 25ºC wynosi D_AB = 0,61⋅10^-5 m²/s. Określić współczynnik wymiany ciepła nad powierzchnią.

3. Rozważmy napój gazowy w butelce o temp. 37ºC i ciśnieniu 130 kPa. Zakładając, że przestrzeń gazowa ponad cieczą składa się z nasyconej mieszaniny CO₂ i pary wodnej oraz traktując napój jako wodę oblicz: udział molowy pary wodnej w CO₂, masę rozpuszczonego CO₂ w 200 ml napoju.

4. Stalowa część, której początkowa zawartość węgla wynosi 0,12 % masy jest nawęglana w piecu o temp. 1150 K. Współczynnik dyfuzji węgla w stali wynosi D_AB = 7,2⋅10^-12 m²/s. Ułamek masowy węgla na powierzchni stali wystawionej na działanie jest utrzymywany w wielkości 0.011. Jeśli proces utwardzania jest kontynuowany do momentu, kiedy ułamek masowy węgla na głębokości 0,7 mm jest do 0,32%, określ czas przebywania stalowej części w piecu.

5. Temperatura z jednaj strony 20 cm ceglanej ściany wynosi 25ºC, z drugiej 40ºC. Wilgotność względna po obu stronach ściany wynosi 50 %. Określ ilość wilgoci przepływającej przez ścianę w ciągu 24 godzin.

6. Częściowo wypełniona wodą rura o średnicy 3 cm, znajduje się w powietrzu o temp. 2025ºC i ciśnieniu 83.5 kPa. Odległość od powierzchni wody do otwartego końca rurki wynosi 40 cm. Suche powietrze jest wdmuchiwane przez otwarty koniec rurki tak, że para wodna unosząca się do góry jest usuwana natychmiast a koncentracja pary wodnej na górze rurki wynosi 0. Przez 15 dni odparowano 1,23 g wody przy niezmiennych warunkach. Określ współczynnik dyfuzji pary wodnej w powietrzu.

Stała Henry'ego H (bar) dla wybranych gazów rozpuszczonych w wodzie.

L.p.	Substancja rozpuszczona	290 K	300 K	310 K	320 K	330 K	340 K
1.	H2S	440	560	700	830	980	1140
2.	CO2	1280	1710	2170	2720	3220	-
3.	O2	38000	45000	52000	57000	61000	65000
4.	H2	67000	72000	75000	76000	77000	76000
5.	CO	51000	60000	67000	74000	80000	84000
6.	POWIETRZE	62000	74000	84000	92000	99000	104000
7.	N2	76000	89000	101000	110000	118000	124000

Własności fizyczne wody przy ciśnieniu nasycenia

Temperatura T, ºC	Ciśnienie P, MPa	Gęstość ρ, kg/m^3	Ciepło właściwe, cp, kJ/(kg⋅K)	Współczynnik przewodzenia ciepła 10^2 λ, W/(m⋅K)	Współczynnik dyfuzyjności termicznej 10^6 a, m^2/s	Liczba Prandtla Pr	Współczynnik lepkości dynamicznej 10^6 μ, N⋅s/m^2	Współczynnik lepkości kinematycznej 10^6 ν, m^2/s
0,01	0,00061	999,9	4,212	55,1	13,1	13,67	1788	1,789
10	0,00123	999,7	4,191	57,4	13,7	9,52	1306	1,306
20	0,00234	998,2	4,183	59,9	14,3	7,02	1004	1,006
30	0,00424	995,7	4,17,4	61,8	14,9	5,42	801,5	0,805
40	0,00737	992,2	4,174	63,5	15,3	4,31	653,3	0,659
50	0,01234	988,1	4,174	64,8	15,7	3,54	549,4	0,556
60	0,01992	983,2	4,179	65,9	16,0	2,98	469,9	0,478
70	0,03117	977,8	4,187	66,8	16,3	2,55	406,1	0,415
80	0,04736	971,8	4,195	67,4	16,6	2,21	355,1	0,365
90	0,07011	965,3	4,208	68,0	16,8	1,95	314,9	0,326
100	0,1013	958,4	4,220	68,3	16,9	1,75	282,5	0,295
110	0,143	951,0	4,233	68,5	17,0	1,60	259,0	0,272
120	0,198	943,1	4,250	68,6	17,1	1,47	237,4	0,252
130	0,270	934,8	4,266	68,6	17,2	1,36	217,8	0,233
140	0,361	926,1	4,287	68,5	17,2	1,26	201,1	0,217

---