43 第十三章 热、质同时传递过程2.pptx

第1页：第二节气液直接接触时的传热与传质

第二节气液直接接触时的传热与传质

一、过程的分析1、过程的方向温度是传热方向的判据；分压是传质方向的判据。

饱和湿空气Pe=p传质方向发生逆转的原因：Pe=f（t）但不饱和气体的温度与水汽分压p是两个独立变量。

第2页：湿空气

湿空气

例题：温度为30℃，水汽分压为2kPa的湿空气与50℃的水接触，判断热、质传递的方向。

第3页：给热系数

给热系数

i式中q—传热速率，kJ/s.m2α—气相对流给热系数，kJ/s.m2.℃θi—气液界面温度，℃t—气体温度，℃一般地，α液体＞＞α气体；θi≈θq=α(θ−t)2、过程的速率q=α(θ−t)

第4页：传质速率

传质速率

式NA=k（gps−p水汽）NA—传质速率，kmol/s.m2；kg—气相传质分系数，kmol/s.m2.kpa湿度:单位质量的干气体带有的水汽量,kg水汽/kg干气p水汽H=M水×p—气相总压，kPa；M—摩尔质量。

M气p−p水汽对空气—水系统水汽p水汽p−pH=0.622

第5页：传质速率

传质速率

以湿度差为推动力的传质速率式NA=kH(HS−H)kg/s.m2kH—以湿度差为推动力的气相传质系数，kg/s.m2;Hs—气相中水汽分压等于水温下的饱和蒸汽压时气体的湿度；NA—单位时间、单位面积所传递的水分质量数，kg/s.m2。

SSpSp−pH=0.622pS—水温下的饱和蒸汽压。

第6页：传质速率（续）

传质速率（续）

3、过程的极限单一传热过程的极限是温度相等，达到热平衡状态；但一传质过程的极限是气相分压与液相平衡分压相等，达到相平衡状态。

热、质同时传递时过程的极限与单一传热过程的极限不同，分两种情况：（1）、液相状态固定不变，气相状态变化一般来说，大量液体与少量气体接触的极限为气体温度接近于液体温度，气相水蒸汽分压接近饱和蒸汽压。

第7页：液相状态变化

液相状态变化

（2）气相状态固定不变，液相状态变化如果气体进口为未饱和状态，则不可能同时达到传热、传质的平衡状态。

如果θ=t，则p<pe，传质过程仍能进行，传质过程(水分汽化)所伴随热效应必破坏已达成的热平衡。

相反地，如果p=pe，进口气相不是饱和状态，则必有θ<t，继续传热，从而将改变液相温度，破坏原有的平衡。

结论:在气相状态固定不变，液相状态变化时，不能同时达到热质传递平衡状态。

但过程仍有极限。

第8页：二、极限温度—湿球温度与绝热饱和温度

二、极限温度—湿球温度与绝热饱和温度

WW−H)rα(t−t)=k(HWH二、极限温度—湿球温度与绝热饱和温度1、凉水塔塔底液相极限温度—湿球温度α、kH—气体对流给热系数和传质分系数；rW—水温tW下的汽化热，kJ/kg；HW—tW温度下的饱和湿度，kg水汽/kg干气。

第9页：决定于三方面因素

决定于三方面因素

液相的极限温度tW决定于三方面因素：1物系性质：rW、Ps=f(tW)及与αg、kH有关的物性；2气相状态：t、H或气相中的水气分压；3流动条件：影响α、kH的流动参数。

swpsp−pH=0.622WwW(H−H)rt=t−kHα

第10页：水系统

水系统

当流速足够大时，热质传递均以对流为主，且满足：Nu=0.023Re0.8Pr04(Nu=αdPr=Cpμ)DρDSc=μ)λλSh=0.023Re0.8Sc0.33(Sh=kHdHα/k≈1.09Hα/k≈1.67~2.09这样，在温度不变、流速较大时，α与kH之比值与流速无关，而只取决于物系性质与气体状态。

对空气-水系统对于有机液体和空气系统结论：对于一定物系，tW只取决于气相状态（H，t）

第11页：列出了不同温度下水的汽化热

列出了不同温度下水的汽化热

若已知空气状态（t，H）及物系的kH/α值，而rW和HW是tW的函数，所以须经试差才能求出tW。

表13-1（P317）列出了不同温度下水的汽化热与空气的饱和温度；图13-5（P308）表示空气-水系统的湿球温度tW与空气状态（t，H）的关系。

W(Hw−H)rWt=t−kHα

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第14页：湿球温度的实验测定

湿球温度的实验测定

τ湿球温度的实验测定

第15页：分级接触式

分级接触式

2、分级接触式设备中的极限温度—绝热饱和温度理论级:t气相=tas(液相)P水汽=ps气相达饱和Has=f(tas)级数无限多,塔底液体无限接近极限温度.

第16页：的水汽温度升高

的水汽温度升高

VCpH(t−tas)=V(Has−H)rasCpH—气体的湿比热（kJ/kg.℃）。

1kg干气及其HKg的水汽温度升高1℃所需要的热量。

CaspHas(H−H)t=t−rastas—绝热饱和温度tas=f（t，H）

第17页：绝热饱和器工作原理分析气体状

绝热饱和器工作原理分析气体状

态的变化是在绝热条件下降温增湿直至饱和的过程——绝热饱和温度

第18页：物料衡算

物料衡算

•tw：大量空气与少量水接触，空气t、H的不变•tas：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿•tw：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡•tas：是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡•tw与tas数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别3、湿球温度tw与绝热饱和温度tas的关系

第19页：空气系统

空气系统

对空气—水系统aswpHHkt=tα≈C对某些有机溶液—空气系统tw>tas