Determine the effective diffusion coefficient for hydrogen gas (
, species A ) diffusing into nitrogen gas (
, species B) at
and 1.0 atm within the following materials:
Random pores
in diameter with void fraction of 0.4;
Random pores
Passo 1
O enunciado pede o coeficiente de difusão efetivo de
(espécie A) em
(espécie B) a
e
atm em um meio poroso de diâmetro de poro
,\AA\ e fração de vazio
. Para isso vamos:
- Calcular o coeficiente de difusão molecular
no gás a ,K e ,atm. - Calcular o coeficiente de difusão de Knudsen
para em poros de raio . - Combinar
e via Bosanquet para obter . - Aplicar a correção por porosidade
e tortuosidade para obter o coeficiente efetivo .
Passo 2
Estimamos
a
,K e
,atm a partir do valor a
,K, típ.
,K
,cm
/s. Como
,
Passo 3
O coeficiente de difusão de Knudsen para
em poros de diâmetro
,\AA\ (raio
,\AA
,m é dado por
onde
,kg/mol. Substituindo
,J/(mo
) e
,K,
Passo 4
Para gases em poro estreito combinamos as difusões molecular e de Knudsen pela relação de Bosanquet:
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Passo 5
A difusão efetiva no meio poroso incorpora fração de vazio
e tortuosidade
. Usando
,
Resposta
O coeficiente de difusão efetivo vale aproximadamente