第13章热,质同时传递的过程

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1、第13章热、质同时传递的过程13.1  概述    化工生产过程中，许多过程热质传递同时进行。如干燥、吸附、热气直接水冷和热水的直接空气冷却。在这些过程中热质传递相互影响。  例1热气的直接水冷温度水汽分压传质传热塔下部随塔高增加p水汽θt下降　θ下降p水汽上升ps下降水由液相向气相蒸发气体传热给液体热质传递反向,t变化缓慢，θ变化急剧,P水汽急升塔上部随塔高增加p水汽>pst>θt下降　θ下降p水汽下降ps下降水由气相向液相冷凝气体传热给液体热质传递同向,即由液相到气相总特点出现传热方向逆转，下

2、部水汽化，上部水冷凝，上部液相到气相,下部反之例2热水的直接空气冷却温度水汽分压传质传热塔下部随塔高增加p水汽θt下降θ上升p水汽下降ps上升水由液相向气相蒸发气体传热给液体热质传递反向塔上部随塔高增加p水汽

3、物质总从高分压相传向低分压相,且气体中的水气分压最大值为同温下水的饱和蒸汽压ps。当p水汽=ps时,传质达到极限,此时的空气称为饱和湿空气.⑵传递方向逆转的原因在上节图中可看到,当t=θ时;即传热达到瞬时平衡时，未饱和气体中p水汽θ，传热由气相到液相,传递方向就发生逆转。同理，p水汽=ps即传质瞬时达到平衡时,不饱和气体t>θ,传热由气相到液相,θ上升,ps也增大,p水汽

4、一过程的继续进行必打破另一过程的瞬时平衡，从而使传递方向逆转。2过程的速率⑴传热速率假设：①气液相界面温度θi高于气相温度t②由于水气直接接触时液相侧给热系数α远大于气相,所以气液相界面温度与液相主体温度相等，即θ=θi。传热速率:q=α(θ-t)　kw/m213-1⑵传质速率以水汽分压差为推动力表示当液相平衡分压ps高于气相中水汽分压p水汽时,传质速率：NA=kg（ps-p水汽）    kmol/(s·m2)13-2kg气相传质系数kmol/(m2·s·kPa)②以气体湿度差为推动力表示a：湿度H的定义：

5、单位质量干气中带有的水汽量kg水汽/kg干气b：H与p水汽的关系为:H=13-3p为气相总压kPa M水，M气为水与气体的摩尔质量对水与空气系统H=0.62213-4 饱和湿度Hs=0.62213-5c：传质速率：NA=kH(Hs-H)13-6 kH以湿度表示的气相传质系数kg/(s·m2)3、过程的极限 热质同时传递时，过程的极限与单一传递过程不同，可区分为两种情况:⑴大量气体与少量液体接触过程的极限 液相状态固定不变，气相状态变化。液体从无限高塔顶进入，气体与液体逆流充分接触，且液气比很大，气相将在塔顶

6、同时达到热平衡和相平衡。即t=θ，p水汽=ps⑵大量气体与少量液体接触过程的极限气相状态固定不变，液相状态变化。气体从无限高塔底进入，状态保持不变，气体与液体逆流充分接触，且液气比很小。此时，气液不可能在塔底同时达到传热与传质平衡。 原因：达到热平衡时，即t=θ，若进口气相不饱和，即p水汽θ,传热必将继续进行，从而也破坏了相平衡。注意：上述过程虽然不能同时达到

7、热质传递平衡，但过程仍有极限(下面将讨论).4、极限温度⑴湿球温度①实验现象用湿纱布包扎温度计水银球感温部分，纱布下端浸于水中，以维持纱布处于湿润状态。此时的温度计称为湿球温度计，所指示的温度为湿纱布中水的温度。将它置于温度为t，湿度为H的流动不饱和空气中，假设纱布中水温与气温相同.因不饱和气体与水分存在湿度差H

8、湿球温度tw。②湿球温度的计算a计算式:当大量空气与少量水充分接触，湿球温度计的温度不再变化时，表明由气相向液相的传热速度α(t-tw)等于液相向气相的传质带走的潜热速度kH(Hw-H)rw，即:α(t-tw)=kH(Hw-H)rw13-7    rw湿球温度tw下水的汽化热kJ/kg  Hw湿球温度tw下饱和湿度kg/kg干气Ps饱和蒸汽压kPa由(式13-7)得：13-8b应用:⑴已知气体状态(t,H),求气