第十三章热质传递0852ppt课件

1、第十三章第十三章 热质同时传递的过程热质同时传递的过程 一、过程特征与过程方向判断一、过程特征与过程方向判断二、过程速率二、过程速率 四、过程计算四、过程计算 三、过程极限三、过程极限 一、过程特征与过程方向判断一、过程特征与过程方向判断分类分类 以传热为目的伴有传质：热水塔，凉水塔以传热为目的伴有传质：热水塔，凉水塔 以传质为目的伴有传热：固体干燥、精馏等以传质为目的伴有传热：固体干燥、精馏等 特征：具有发生传热或传质方向逆转的可能性特征：具有发生传热或传质方向逆转的可能性 热质同时传递，相互之间有影响。一个过程进行必将打破另一过程瞬时平衡，使过程发生逆转。 热气冷水塔高温度t水热气t水汽分

2、压p热气逆转传质热水塔冷空气热水塔高温度t热水冷空气tp冷空气水凉水塔pe图象记忆：图象记忆： （1 1水的传质，传热水的传质，传热 热水塔温度始终单调上升热水塔温度始终单调上升凉水塔蒸汽压始终单调下降凉水塔蒸汽压始终单调下降 （2 2逆转逆转 热水塔热水塔传质逆转，凉水塔传质逆转，凉水塔传热逆转传热逆转 逆转原因逆转原因? ? ，水温气体温度t热气向冷水传热。热气向冷水传热。在塔底部造成在塔底部造成 水汽水pps水由液相向气相蒸发水由液相向气相蒸发 对热水塔：对热水塔： 水）(sp水温水温液相液相气相气相传质传热气相气相液相液相热气冷水塔高温度t水热气t水汽分压p热气逆转传质热水塔对凉水塔：

3、对凉水塔： 以致塔底部造成水温以致塔底部造成水温 冷空气温度冷空气温度t t 造成传热逆转造成传热逆转 传热气相气相液相液相热水温度高，因而液相水汽平衡分压热水温度高，因而液相水汽平衡分压psps气相水汽分压气相水汽分压p p水汽水汽液相汽化液相汽化气相气相传质水既传显热又以汽化的水分给气相以潜能，因而水温水既传显热又以汽化的水分给气相以潜能，因而水温 ，冷空气热水塔高温度t热水冷空气tp冷空气水凉水塔pe 液体平衡分压Pe由液温唯一决定，而气体温度与水汽分压则为独立变量。 达平衡，当液气t,epp气而时，气当epp液气t过程方向判断依据：过程方向判断依据： 传热：传热： tttt或高温位高温

4、位 低温位低温位 传质：传质： sppp或ppps高分压相高分压相 低分压相低分压相 热质传递，方向逆转根本原因：热质传递，方向逆转根本原因：问题的解决必须问题的解决必须从空气和水两个从空气和水两个不同方面考虑不同方面考虑二、过程速率二、过程速率 单位质量干气体带有的水汽量单位质量干气体带有的水汽量干气水汽 kgkg空气湿度空气湿度 H= 水汽水汽干气水汽气气水水干气水汽湿空气中干空气质量湿空气中水汽质量pppppnMnMmm622. 029181、传热速率、传热速率 )(tq气体湿度气体湿度 H H 的定义：的定义：2、传质速率、传质速率 )(HHkNSHA以湿度差为推动力以湿度差为推动力

5、)(ppkNsgAPS为液相温度的平衡分压为液相温度的平衡分压道尔顿分压定律：气体分压比等于摩尔比道尔顿分压定律：气体分压比等于摩尔比 H= 水汽水汽气水pPpMM水汽水汽pPpH622. 0空气空气水系统水系统饱和湿度饱和湿度 HSHS气相中水汽分压等于水温下的饱和蒸汽压时气体的湿度气相中水汽分压等于水温下的饱和蒸汽压时气体的湿度ssSpPpH622. 0HHPp622. 0水汽）总ppfH,(或三、过程极限三、过程极限 单一的传热过程的极限：温度相等，达到热平衡状态单一的传热过程的极限：温度相等，达到热平衡状态 单一的传质过程的极限：气相分压与液相平衡分压相等， 达到相平衡状态 热、质传递

6、同时进行 1、气相状态固定不变，液相状态变化、气相状态固定不变，液相状态变化 （大量空气，少量水长期接触）（大量空气，少量水长期接触）2、液相状态固定不变，气相状态变化、液相状态固定不变，气相状态变化 液相极限温度液相极限温度wt湿球温度湿球温度 ast液相极限温度液相极限温度绝热饱和温度绝热饱和温度（少量空气，大量水长期接触）（少量空气，大量水长期接触） 起初起初 水t由于由于 水水汽Spp过程逆转传热）过程逆转传热） 水汽化从其自身吸热使水温水汽化从其自身吸热使水温 ，空气传热给水，当水气t 空气 传 热 水 ptpWs)(水 传 质空气 1 1、气相状态固定不变，液相状态变化、气相状态固

7、定不变，液相状态变化 液相极限温度液相极限温度wt湿球温度湿球温度 如果这一热量不足以补偿水的汽化所需热量，水的温度继续下降。 当空气传给水显热与水汽化所需热量相等时，达到平衡状态。这时的温度即为极限温度湿球温度过程分析： 从分析过程可见，水汽化温度下降接受空气传给的热，由于水汽化以后水汽进入气相将热量又带到气相，形成动态平衡，此时，空气传给水的热量恰等于水分因分压差而汽化所需的热量，水温不再变化。 wwHwAwrHHkrNttq)()(所以)(HHrkttwwHwwt既与传热既与传热 有关又有关又与传质与传质Hk有关有关 留意：留意： 后，后， 这里的这里的 wt不可能无限制下降，由于不可能

8、无限制下降，由于 sp汽化热下降，汽化热下降， ）t (，气相传给水热量上升，最终达到平衡。 讨论：讨论： （1 1） ),( Htftw是空气状态参数，与水的初始情况无关是空气状态参数，与水的初始情况无关这就是水液相的极限温度这就是水液相的极限温度湿球温度湿球温度 wt凉水塔底情况即如此。凉水塔底情况即如此。 （2 2对空气对空气水系统水系统 09. 1HkCkgkJ0)(09. 1HHrttwwwwwtH下的饱和湿度 （3 3求解求解 是个试差过程是个试差过程 wt解法二：查图求解解法二：查图求解 图图135 P308135 P308（求 计 比较 计 设） wtwtwt?解法一：解法一：

9、 设 wtwt查 wr查 wwwwpPpHp622. 0tas Has 液相温度tastas气相流量V温度t 湿度H无穷多塔板，塔底温度无限趋近极限温度无穷多塔板，塔底温度无限趋近极限温度 ast ttppeH()2 2、液相状态固定不变，气相状态变化、液相状态固定不变，气相状态变化 ast绝热饱和温度绝热饱和温度 因为是理论塔板，该级气相温度必与液体温度 ast相等相等气相中水汽分压与该级水温下的饱和蒸汽压相等气相中水汽分压与该级水温下的饱和蒸汽压相等 )(asastfHasasasPHrHHVttVC)()(空气传给水的显热空气传给水的显热 = = 水汽化后带回空气的潜热水汽化后带回空气的

10、潜热 asastH下的饱和湿度 干气水汽kgkg/asastr下的汽化热 kgkJ / 在绝热、无热损失条件下液相从气相得到的显热恰好用于汽化水分所需的潜热 2./ mskgV表示，气相流率，以干气质量讨论：讨论： ast是气体在绝热条件下等焓降温增湿到饱和的过程是气体在绝热条件下等焓降温增湿到饱和的过程（1 1） 绝热饱和温度的含义绝热饱和温度的含义（2） )(HHCrttasPHasas空气空气水系统水系统 09.1HPHkC（3） aswtt（具有巨大的应用价值）干燥的理论基础 易测易测 易查易查 二者区别物理意义不同二者区别物理意义不同 传热和传质速率均衡的结果动力学 wtast热量衡

11、算和物料衡算导出热量衡算和物料衡算导出静力学静力学 水温20 10传热方向 气 水 气 水传质方向 气 水 气 水解：解： 判断依据：传热判断依据：传热 tt比较温度高低由高比较温度高低由高 低低 传质传质 或或 查表查表 pHaCskpp337.2020aCskpp227.1010014895. 0sH007733. 0sH常压下常压下P P总总=100 =100 akp与二种状态水接触，试判断传热传质方向与二种状态水接触，试判断传热传质方向1. 已知常压下，湿空气已知常压下，湿空气 Ct026，湿度H=0.0127kg水汽/kg干气课堂讨论课堂讨论判别 方法一、由方法一、由 pakpHPH

12、p20127. 0622. 00127. 0100622. 0Cospp10水汽气 水 Cspp020水汽水 气 方法二、方法二、 CsHH010气CsHH020气气 水 水 气 解： 其中 037. 063. 510063. 5622. 0622. 0wwwpPpH干气水气kgkgH/0303. 02418)3550(09. 1037. 0)(09. 1HHrttwww由)(09. 1wwwttrHH得2. 知 akpP100求湿度 H 湿空气 50t35wt（pw=5.63kPa、rW=2418 kJ/kg）四、过程计算四、过程计算 1、湿空气热焓、湿空气热焓 I 干气单位kgkJ /定义

13、：定义：1 kg1 kg干气焓干气焓 + H kg+ H kg水汽焓水汽焓 焓基准：干气0 水汽0 所以：oPVPgHrtHCtCI干气比热 水汽比热 水汽化热 HrtHCCPVPg0)(PHPVPgCHCC空气湿比热容 HrtCPH0HtHI2500)88. 101. 1 (2 2、凉水塔高度估算、凉水塔高度估算全塔物料衡算：全塔物料衡算：1212LLHHV全塔热量衡算：全塔热量衡算：112212pLpLCLCLIIV由于凉水塔内水分蒸发量不大，故 LLL121212pLLCIIVHrtCIPH0dHrdtCdIPH0热量衡算式热量衡算式 dHVrdtVCVdIPH0传质速率式传质速率式 d

14、ZHHakVdHsH)(传热速率式传热速率式 dZtadtVCPH)( 物料衡算式物料衡算式dLVdH L近似不变微元塔段内过程的数学描述微元塔段内过程的数学描述近似计算出发点近似计算出发点 CPH = 常数常数（2 2以焓差为推动力的近似计算法以焓差为推动力的近似计算法 计算简便，存在误差计算简便，存在误差计算方法：计算方法：（1逐段计算法逐段计算法 适用范围广，从塔底开始，取适用范围广，从塔底开始，取Z逐段计算逐段计算 塔高的计算塔高的计算 NOG的近似求解的近似求解 dZHHarkdZtaVdIsoH)()(设 PHHCakadZHHrdZtCdIakVsPHH)()(0dZHrtCHr

15、CPHsPH)()(00dZIIs)(OGOGIIsZHNHIIdIakVdZZ210饱和湿空气热焓 湿空气热焓 塔高的计算Is=（1.01 + 1.88Hs） + roHs水温下饱和湿空气的焓水温下饱和湿空气的焓又 )()(1212PLLCIIV（L近似不变，CPL水比热） 1122)(IVLCILPI为直线关系操作线 )(fIS由表131 查出为非线性关系 P317/230* 全塔热量衡算全塔热量衡算计算用数值积分求解 OGNII1I212IS2IS1Ie=f（）假设 )(fIS近似为直线计算同解吸一样mOGIIIN1222112211ln)()(IIIIIIIIIssssmNOG的近似求

16、解的近似求解解题示例解题示例习题 P319/231/2.1.知：知：P = 1 atm，填料塔，填料塔 H = ，t = 25，tW = 20= 40，逆流接触，逆流接触求；（求；（1大量空气，少量水时的大量空气，少量水时的1； （2少量空气，大量水时的少量空气，大量水时的t2、H2解：解：（1大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度1= tW = 20（2大量水处理少量空气的极限温度大量水处理少量空气的极限温度t2为水的温度为水的温度t2= 1= 40 且湿度为饱和湿度且湿度为饱和湿度HS查40 下表13-1中的PS或HS项PS=7.375kPa HS=0.0495kg水/kg干气04952. 0375. 7100375. 7622. 0622. 0SSSPPPHHC0120C0234查表得 P317. kgkJIs/86.571kgkJIs/72.12322. 习题习题P.319/231/8知：填料式凉水塔，知：填料式凉水塔， 2= 34 ，1= 20L=2.7110-2 kg/s.m2 V = 410-2 kg/s.m2 H1 = 0.004 kg水水/kg干气干气 kHa = 1.6 10-2 kg/m3.s t1= 40， P = 100kPa求；求；Z塔高）塔高）解：解：kJHtHI35.3000