第十三章 热、质同时传递过程-第二节-气液直接接触时的传热与传质

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2、过程的速率
q = α (θ i − t )
式中 q—传热速率，kJ/s.m2 α—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≈θ
q = α (θ − t )
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传质速率式
N A = k （p s − p 水汽） g
ps H w = 0.622 p − ps
tW = t −
kH
α
(H w − H ) rW
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。
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当流速足够大时，热质传递均以对流为主，且满足： αd Cpμ 0.8 04 Pr = ) Nu = 0.023 Re Pr ( Nu = λ λ μ kH d 0.8 0.33 ) Sh = 0.023Re Sc (Sh = Sc = D ρD
西北大学化工原理 （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。
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。
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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
H= M水 M气 × p 水汽 p − p 水汽
p—气相总压，kPa； M—摩尔质量。
对空气—水系统
H = 0.622 p 水汽 p − p 水汽
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湿球温度的实验测定
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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.
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VC pH (t − t as ) = V ( H as − H )ras
CpH—气体的湿比热（kJ/kg.℃）。1kg干气及其H Kg的水汽温度升高1℃所需要的热量。
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
α / k H ≈ 1.09 α / k H ≈ 1.67 ~ 2.09
结论：对于一定物系，tW只取决于气相状态（H，t）
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tW = t −
kH
α
( H w − H ) rW
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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。
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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。
以湿度差为推动力的传质速率式
N A = k H (H S − H )
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kg/s.m2
kH—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。
pS H S = 0.622 p − pS
pS—水温下的饱和蒸汽压。
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对空气—水系统
α
kH
≈ C pH
t w = t as
对某些有机溶液—空气系统
t w > t as
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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 (t − tW ) = k H (HW − H ) rW
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。
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ras t as = t − ( H as − H ) C pH
tas—绝热饱和温度 tas=f（t，H）
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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
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3、湿球温度tw 与绝热饱和温度tas 的关系
• 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
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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。