西北大学：《化工原理》课程教学资源（课件讲稿）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

西北大学化工原理 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

西北大学化工原理 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

西北大学化工原理 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

西北大学化工原理 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

西北大学化工原理 2、过程的速率 = α θ − tq )( 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 tq )( = α θ i −

西北大学化工原理 2、过程的速率 = α θ − tq )( 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 tq )( = α θ i −

西北大学化工原理 传质速率式 （ sgA −= ppkN 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 水汽 水汽 气 水 pp p M M H − ×= p—气相总压，kPa； M—摩尔质量。 对空气—水系统 水汽 水汽 pp p H − = 622.0

西北大学化工原理 传质速率式 （ sgA −= ppkN 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 水汽 水汽 气 水 pp p M M H − ×= p—气相总压，kPa； M—摩尔质量。 对空气—水系统 水汽 水汽 pp p H − = 622.0

西北大学化工原理 以湿度差为推动力的传质速率式 HHkN )( = SHA − 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。 S S S pp p H − = 622.0 pS—水温下的饱和蒸汽压

西北大学化工原理 以湿度差为推动力的传质速率式 HHkN )( = SHA − 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。 S S S pp p H − = 622.0 pS—水温下的饱和蒸汽压

西北大学化工原理 3、过程的极限 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： 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。 （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

西北大学化工原理 3、过程的极限 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： 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。 （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

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

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

西北大学化工原理 二、极限温度—湿球温度与绝热饱和温度 W WH W α − = − )()( rHHktt 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

西北大学化工原理 二、极限温度—湿球温度与绝热饱和温度 W WH W α − = − )()( rHHktt 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

西北大学化工原理 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。 s s w pp p H − = 622.0 w W H W rHH k tt −−= )( α

西北大学化工原理 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。 s s w pp p H − = 622.0 w W H W rHH k tt −−= )( α

西北大学化工原理 当流速足够大时，热质传递均以对流为主，且满足： (PrRe023.0 )Pr 048.0 λμ λ αd Cp Nu = Nu = = (Re023.0 ) 33.08.0 D Sc Ddk Sh ShSc H ρμ = = = ≈ 09.1/ H α k ≈ 09.2~67.1/ H α k 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）

西北大学化工原理 当流速足够大时，热质传递均以对流为主，且满足： (PrRe023.0 )Pr 048.0 λμ λ αd Cp Nu = Nu = = (Re023.0 ) 33.08.0 D Sc Ddk Sh ShSc H ρμ = = = ≈ 09.1/ H α k ≈ 09.2~67.1/ H α k 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）