水的饱和蒸汽压

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1、.第十三章热、质同时传递的过程第一节概述13-1-1概述吸收、精馏和萃取各章中都从物质传递的观点对过程的速率和过程的计算作了讨论，即使过程的热效应不容忽略，也只引入了热量衡算，并未涉及热量传递的速率对过程的影响。生产实践中的某些过程，热、质传递同时进行，热、质传递的速率互相影响。此种过程大体上有两类：一、以传热为目的，伴有传质的过程：如热气体的直接水冷，热水的直接空气冷却等。二、以传质为目的，伴有传热的过程：如空气调节中的增湿和减湿等。以上仅从过程的目的进行分类。就其过程实质而言，两者并无重要区别，都是热、质同时传递的过程，必须

2、同时考虑热、质两方面的传递速率。本节以热气体的直接水冷和热水的直接空气冷却为例进行讨论。不难看出这一讨论对热、质同时传递的过程具有普遍意义。热气体的直接水冷为快速冷却反应后的高温气体，可令热气体自塔底进入，冷水由塔顶淋下，气液呈逆流接触，参见图13-1(a)。在塔内既发生气相向液相的热量传递，也发生水的汽化或冷凝，即传质过程。图13-1(b)(c)分别表示气、液两相沿塔高的温度变化和水蒸汽分压的变化。气相和液相的温度显然自塔底向塔顶单调下降。液相的水汽平衡分压pe与液相温度有关，因而也相应地单调下降；可是，气相中的水蒸汽分压p则

3、可能出现非单调变化。气、液两相的分压曲线在塔中某处相交，其交点将塔分成上、下两段，各段中的过程有各自的特点。1.塔下部：气温高于液温，气体传热给液体。同时，气相中的水汽分压图13-1热气的直接水冷过程p低于液相的水汽平衡分压(水的饱和蒸汽压ps),此时p

4、仍然是从气相到液相，但气相中的水汽分压与水的平衡分压的相对大小发生了变化。由于水温较低，相应的水的饱和蒸汽压Ps也低，气相水汽分压p转而高于液相平衡分压pe，水汽将由气相转向液相，即发生水汽的冷凝。在该区域内，液相既获得来自气相的显热，又获得水汽冷凝所释出的潜热。因此，塔上部过程的特点是：热、质同向进行，水温急剧变化。上述过程的显著特点是塔内出现了传质方向的逆转，下部发生水的汽化，上部则发生水汽冷凝。热水的直接空气冷却工业上的凉水塔是最常见的热水用直接空气冷却的实例。热水自塔顶进入，空气自塔底部进入，两相呈逆流接触使热水冷却，以

5、便返回生产过程作冷却水用。图13-2255表示气、液两相的温度和水汽分压沿塔高的变化。图13-2凉水过程此过程中气、液两相的水汽分压及水温沿塔高呈单调变化，但气相温度则可能出现非单调变化，使两相曲线在某处相交，交点将塔分成上、下两段。1．塔上部：热水与温度较低的空气接触，水传热给空气。因水温高于气温，液相的水汽平衡分压必高于气相的水汽分压（ps>p），水汽化转向气相。此时，液体既给气体以显热，又给汽化的水分以潜热，因而水温自上而下较快地下降。该区域内热、质同向传递，都是由液相传向气相。2．塔下部：水与进入的较干燥的空气相遇，发生

6、较剧烈的汽化过程，虽然水温低于气相温度，气相给液相以显热，但对液相来说，由气相传给液相的显热不足以补偿水分汽化所带走的潜热，因而水温在塔下部还是自上而下地逐渐下降。显然，该区域内热、质传递是反向的。不难看出，此过程的突出特点是塔内出现了传热方向的逆转，塔上部热量由液相传向气相，塔下部则由气相传向液相。尤其值得注意的是，用直接空气冷却热水时，热水终温可低于入口空气的温度，这显然是由于该传热过程同时伴有传质过程（水的汽化）而引起的。第二节气液直接接触时的传热和传质13-2-1过程的分析为理解热、质同时进行的过程中出现的新特点，本节对

7、这一类过程作一般的分析。过程的方向在热、质同时进行的过程中，传热或传质的方向可能发生逆转，因此塔内实际过程的传递方向应由各处两相的温度和分压的实际情况确定。在任何情况下，热量(显热)总是由高温位传向低温位，物质总是由高分压相传向低分压相。温度是传热方向的判据，分压是传质方向的判据。气体中水汽分压的最大值为同温度下水的饱和蒸汽压，此时的空气称为饱和湿空气。显而易见，只要空气中含水汽未达饱和(不饱和空气)，该空气与同温度的水接触其传质方向必由水到气。在热、质同时进行传递的过程中，造成传递方向逆转的根本原因在于：液体的平衡分压(即水的

8、饱和蒸汽压ps)是由液温唯一决定的，而未饱和气体的温度t与水蒸气分压p则是两个独立的变量。因此，当气体温度t等于液体温度θ而使传递过程达到瞬时平衡时，则未饱和气体中的水汽分压p必低于同温度下水的饱和蒸汽压ps，此时必然发生传质，即水的汽化。同理，当气体中的水汽分