空气的热湿处理---热质交换与设备原理52页PPT
《热质交换原理与设备》课件：第5章 吸附和吸收处理空气的原理与方法
§5.1 吸附材料处理空气的机理和方法 §5.2 吸收剂处理空气的机理和方法
5.1 吸附材料处理空气的机理和方法
5.1.1 吸附的基本知识和概念
（1）吸附、吸附质和吸附剂
吸附现象是产生在相异两相的边界面上的一种分子 积聚现象。吸附就是把分子配列程度较低的气相分子浓 缩到分子配列程度较高的固相中。
化学吸附起因于吸附质分子与吸附剂表面分子(原子)的化学作用， 在吸附过程中发生电子转移和共有原子重排以及化学键断裂与形 成等过程。化学吸附多是单层吸附。
很多时候物理吸附和化学吸附很难严格划分
（3）吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线
对于给定的吸附质-吸附剂组合对，在平衡状态下吸附剂对吸 附质的吸附量可直观地表示为
真密度ρs：表示单位体积吸附剂物质的质量 颗粒密度（表观密度） ρp：为吸附剂颗粒的质量与吸附剂颗粒的体积
之比。颗粒体积包括吸附物质体积和颗粒内孔隙体积。
5.1.2 等温吸附线
常见的吸附剂的吸附等温线有
朗谬尔公式（Language isotherm）
适于单层等温吸附
弗雷德里克公式
仅用于吸附质未达到饱和状态时的吸附现象描述，出现凝结 和结晶时，吸附现象不明显
（5-1）
则其单位质量的总内能为
（5-2）
当物质的比表面积很大时，表面能就会对物质的性能产生很大 的影响。
两相物质边界上的非平衡力(表面力)使得边界表面上的分子(原 于、离子)数目与所接触相内部对应的微粒数目不同。这种非平衡力 导致的物质微粒在表面上聚集程度的改变就是通常所说的吸附。
（2）吸附的种类
吸附为界面现象，性能好的吸附剂单位质量具有较高的表面积 (称为比表面积，m2/g吸附剂)，因此好的吸附剂都为多孔介质。
热质交换原理与设备(chapter4 new)
固体除湿器－旋转式 旋转式是通过转轮的旋转，使被除湿的气 流所流经的转轮除湿器的扇形部分对湿空 气进行除湿，而再生气流流过的剩余扇形 部分同时进行吸附剂的再生。被除湿的处 理气流和再生气流一般逆流流动。转轮式 除湿器可以连续工作、操作简便、结构紧 凑、易于维护，所以在空调领域常被应用 （图4-24）。
总结：显热和潜热传递的方向 （1）当空气与水直接接触时，从空气侧而言：空 气达到一定的状态为换热目的
3）潜热交换以空气初状态的露点温度TL1为界，当 Tw＞TL1时，空气得到潜热量，当Tw＜TL1时，空气 失去潜热量。同样，总热流方向还要看显热流量而 定。 4）当水温Tw＞T1时，显热、潜热都向着空气，总 热流方向总是向着空气。
在dX微元体上的导热增量为：
dqF qF 2 qF1 0
在dX的微元体上，凝结水膜与肋片的传热量为：
与导热增量平衡
空调温度范围内，为了简化计算过程，饱和空气 的焓可近似用下式表示为：
i a b t
a、b分别为计算空气焓的简化系数
iw a b t w
iF a b t F
空气干燥循环 吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂（限定）。 干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环 境空气的蒸汽压差决定的： 当干燥剂表面的蒸汽压较低时，干燥剂吸湿，反之 放湿，两者相等时，达到平衡，即既不吸湿，也不 放湿。 当表面水蒸气分压超过周围空气分压时，干燥剂脱 湿，这个过程称为干燥剂再生过程
结论：温差是热交换的推动力（高温向低温传递）， 水蒸气分压力差是质交换的推动力（高分压向低分 压传递）。
当空气与水在一微元面积dA（ m2）上接触时，空 气温度变化为dt，含湿量变化为 d(d)，显热交换量 将是：
空气处理设备
A
C
100%
tW B
空气与水直接接触时的热湿交换原理
2.空气与不同温度的水直接接触时的状态变化
从上面的分析可知
“水”的状态点只能在
100%
=100% 的 饱 和 线 上 ， 空 气
A
与水直接接触时的状态变化
方向又受制于这一“点”，
由此而决定了空气与水直接
接触时的状态变化范围，是 C 由空气初状态点A与饱和线的
空气与水直接接触时的热湿交换原理
▪ 由于未饱和空气与水滴之间 存在一个饱和空气边界层， 因此空气与水滴直接接触时 的热湿交换实质上是空气与 水滴表面饱和空气边界层的 热湿交换。
▪ 如果边界层的温度高于周围 空气的温度，则边界层向周 围空气传热；反之则周围空
气向边界层传热。
空气与水直接接触时的热湿交换
空气处理设备
学习目标
▪ 了解空气热湿处理的原理 ▪ 掌握空气热湿处理的常用方法 ▪ 重点掌握各种空气热湿处理设备
的构造与工作原理
热湿交换介质与热湿处理装置
▪ 对空气进行热湿处理，即对空气进行加热、冷却或加湿、 除湿。
加热
加湿
空气的 热湿处理
冷却
除湿
热湿交换介质与热湿处理装置
热湿交换介质与热湿处理装置
串片管
轧片管
表面式换热器
(4)二次翻边片管
▪ 二次翻边片由于翻了二次边，既保 证了肋片的间距，又增加了肋片与 管壁的接触强度，从而增加了肋片 管的传热效果。
(5)新型肋片管 ▪ 为了进一步提高肋片管的传热性能，
▪ 空气热湿处理设备的类型
﹡直接接触式热湿处理装置 ﹡间接接触式热湿处理装置
空气热湿处理装置
(1)直接接触式热湿处理装置
热质交换原理与设备
质量通量用绝对速度表示A A A u m ρ=用扩散速度表示()u uA A JA -=ρ摩尔通量用绝对速度表示A A A u C N =用扩散速度表示)(M A A A u u C J -=传质通量是单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量，传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
)(/1B B A A u u u ρρρ+=质量传质：分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
对流传质：指避免和运动流体之间或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。
分子扩散和对流扩散的总作用成为对流传质交换斐克定律（扩散基本定律）—在浓度场不随时间变化的情况下，组分A 向组分B 的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比，表达式：质量扩散通量dzB d D BA jB dz A d D AB ja ρρ-=-=,摩尔扩散通量dZdCB D BA JB dZ dCA D AB JA -=-=,两组分扩散系统有：JB JA jb jA -=-=,所以扩散系数D D BA D AB ==注：菲克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度为扩散速度，一般表达式：)(B A A z A A m m a d d D m ++-=ρ M M a A A = )(B A A Z CA A N N x d d D N ++-= nn x A A =组分的实际传质通量=分子扩散通量+主题流动通量。
扩散系数：物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物理性质之一，定义：扩散系数是沿扩散方向，在单位时间浓度降得条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，单位㎡/s 。
浓度边界层决定了对流传质，如果在表面处流体中的某种组分A 的浓度S A C ,和自由流体的∞,A C 不同，就将产生浓度边界层，它是存在浓的梯度的流体区域，并且它的厚度c δ被定义为[][]99.0/,=--∞AS A S A C C C C 时的y 值，在表面和自由流的流体之间的对流造成的组分的传递是由这个边界层中的条件决定的。
热质交换原理与设备
当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度。
物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量称为该组分的物质的量浓度，符号C。
绝对速度= 主体流动速度+ 扩散速度单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。
传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
质量传递的方式分为分子传质和对流传质。
分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
对流传质是指壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。
在湍流流体中，由于存在大大小小的漩涡运动，而引起各部位流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质便朝着浓度降低的方向进行传递，这种凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。
斐克定律：在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散，其中组分A 向组分B的扩散通量与组分A的浓度梯度成正比。
斐克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速度。
组分的实际传质通量= 分子扩散通量+ 主体流动通量在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，双向扩散和单向扩散。
等分子反方向扩散（双向扩散）：设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则成为等分子反方向扩散。
组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）：设组分A、B两组分组成的混合物中，组分A 为扩散组分，组分B为不扩散组分，组分A通过停滞组分B进行扩散。
液体中的等分子反方向扩散发生在摩尔潜热相等的二元混合物蒸馏时的液相中，此时，易挥发组分A向气液相界面方向扩散，而难挥发组分B则向液相主体的方向扩散。
热质交换原理与设备-连之伟
2019/11/8
60-37
5.2 吸收剂处理空气的机理和方法
5.2.1 吸收现象简介 气体吸收是用某种液体吸收气体中某种组分。 吸收能力与气体分压、温度、吸收液浓度等有关。 工作过程：吸收 - 再生（浓缩吸收液）- 吸收。
2019/11/8
60-38
多孔介质比表面积大，所以吸附剂多为多孔介质。 多孔介质孔隙越小，比表面积越大，孔隙内吸附能力越强
（5）吸附剂的特性参数 1）多孔吸附剂的 外观体积
V堆 V隙 V孔 V真
V隙 颗粒间隙体积
V孔 颗粒内细孔体积
V真 骨架体积
2019/11/8
60-12
2）吸附剂密度 堆积密度：
吸附剂：使气相浓缩的物质 吸附质：被浓缩的物质
分子力（Van der Waals）:
同相间分子力处于平衡状态，相界处不平衡。
2019/11/8
60-4
表面能 物质的总能量
U umM us A
U M
um us
A M
当物质的比表面积比较大时，表面能就会对物质 的性能产生很大的影响。
相界上的非平衡力导致物质微粒在界面上的聚 集程度的改变就是吸附。
而实现脱附。
置换脱附再生方式：用具有比吸附质更强的选择吸
附性物质来置换而实现脱附。
2019/11/8
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除湿方式： 冷却除湿（近似等温过程）：除湿的同时通过冷却流
体带走吸附热； 绝热除湿（近似等焓过程）：除湿的同时温度升高。
吸附剂的选择 阻力小（空气压力损失小）；比表面积大；吸
附容量大；具有较好机械强度、热稳定性及化学稳 定性；
2019/11/8
空气处理设备(AHU) ppt课件
热能学院 建环教研室
1
PPT课件
本讲需主要解决的问题
空气处理的主要原理
– 空气－水质交换
空气热湿处理设备及原理
– 表冷器 – 喷水室 – 加热器、加湿器 – 除湿设备 – 空气净化设备 – 热回收设备空气的输送与分配设备
2 空气的输送与分配设备
PPT课件
一、组合式空调机组
– 表面式热湿交换设备：肋管式、光管式
8
PPT课件
二、空气-水热交换原理
序 过程 喷淋室 表面式 蒸汽/电 电加 房间加 间接蒸 除湿机 固体吸 液体吸
号
换热器 加湿器 热器 湿器 发表冷器
湿剂 收减湿
1 冷却除湿 *
*
*
*
2 等湿冷却
*
*
3 减焓冷却 *
加湿
4 绝热加湿 *
*
5 增焓冷却 *
加湿
6 等温加湿 *
*
7 加热加湿 *
8 等湿加热
*
*
9 加热减湿
*
*
10 绝热减湿
*
*
11 等温减湿
*
9
PPT课件
三、表面式换热器
三、表面式换热器 cooling/heating coil
1.构造与类型
– 肋管式与光管式
多用肋管式 绕片、串片、轧片；内拉螺旋槽。
– 材料
铜、钢、铝
– 安装形式：
六、除湿设备
1. 吸收除湿
液体吸湿剂如LiCl、LiBr、CaCl溶液，固体吸湿 剂如CaCl2，生石灰（liquid dessicant）
– 原理：温度相同条件下Pqb盐水<Pqb水。物理化学作用： 吸收水分成为含有更多结晶水的化合物
空气自然对流换热
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
三、通过肋壁的传热
在制冷及低温工程中，通常会遇到两侧表面传热系数 相差较大的传热过程。例如：一侧是单相液体强迫对流换 热或相变换热(沸腾或凝结换热)，其表面传热系数一般在 500W/(m2· K) 以上；另一侧是气体强迫对流换热或自然对 流换热，表面传热系数一般在50W/(m2· K)以下。这种情况 下，强化传热主要考虑的是增强表面传热系数较小一侧壁 面的对流换热，由于增大流速所起的作用有限，且会增加 风机的耗能，一般采用加肋方式扩展换热面积以增大肋侧
侧的对流换热热阻是1/βηho，而未加肋时为1/ho，加肋后热 阻减小的程度与 (βη) 有关。由肋化系数的定义易知 β ＞ 1 ， 其大小取决于肋高与肋间距。增加肋高可以加大β，但增加 肋高会使肋效率ηf降低。减小肋间距也可以加大β，但肋间 距过小会增大流体的流动阻力。一般肋间距应
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
一、通过平壁的传热
对于无内热源、热导率λ为常数、厚度为δ、两侧流体 温度为tf1与tf2、表面传热系数为h1与h2的单层无限大平壁的 稳态传热过程，通过平壁的热流量可由下式计算： (6－1) kA(t f 1 t f 2 ) kAt 式中：φ－通过平壁的热流量，W； A－传热面积，m2； K－传热系数，W/(m2· K)。 式(6－1)可改写热流密度的形式 q kt (6－2) 式中：q—热流密度，W/m2。
第一节 热交换设备的传热过程及传热计算
整个传热过程可分成三个分过程：高温流体与壁面的
对流换热、平壁导热以及壁面向低温流体的对流换热。传 热系数为 1 k (6－3) 1 1 hi ho 相应的传热热阻为
空气处理设备(AHU)(课堂PPT)
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五、加湿设备
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等温加湿：
红外线式加 湿器用于柜
式空调器
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五、加湿设备
等焓加湿：滴下浸透气化式加湿器
加湿材料（湿材）可以是
有机、无机或金属材料
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五、加湿设备
湿材：特制的规则波纹状纤维纸增加了热质交换的面积
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五、加湿设备
等焓加湿：超声波式加湿器
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五、加湿设备
等焓加湿：水泵加压喷雾式加湿器
再生溶液
风机
溶 液 箱
浓 溶 液
再生溶液泵
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六、除湿设备
2. 吸附除湿
原理
–固体吸附剂（Solid dessicant）孔隙内表面吸附 作用，曲率半径小的凹面上水蒸汽分压力 <平 液面上水蒸汽分压力，孔隙表面水蒸汽分压力 <环境空气水蒸汽分压力。空气中水蒸汽向吸 附剂表面迁移，发生相变。
–物理作用：如硅胶、活性炭等。
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9 加热减湿
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10 绝热减湿
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11 等温减湿
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三、表面式换热器
三、表面式换热器 cooling/heating coil
1.构造与类型
– 肋管式与光管式
多用肋管式 绕片、串片、轧片；内拉螺旋槽。
– 材料
铜、钢、铝
– 安装形式：
水与空气侧均可串、并联。蒸汽回路只能并联。
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三、表面式换热器
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五、加湿设备
五、加湿设备
基本类型：
– 等温加湿－蒸汽加湿
干蒸汽加湿器 电热式加湿器 电极式加湿器
– 等焓加湿－喷水雾加湿
热质交换原理与设备
1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1。
405*10-5 m2/s。
2、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。
3、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。
4、冷却塔填料的作用是将进塔的热水尽量细化，增加水和空气的接触面，延长接触时间，增进水汽之间的热值交换延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量，均匀布水。
5、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中，当空气温度及含湿量在实用范围内变化很小时，换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。
6、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。
7、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。
8、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和质量的传递现象。
9、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。
10、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。
11、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。
12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。
13、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。
14、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的质量扩散；描述这三种分子传递性质的定律分别是牛顿粘性定律、傅里叶定律、菲克定律。