Тепло- и массообмен в мокрых пылеуловителях

Мокрые пылеуловители отличаются тем, что, вследствие непосредственного соприкосновения газов и жидкости, имеющих различную температуру, одновременно с пылеулавливанием идут тепло- и массообменные процессы.

Количество тепла Q₁, Вт, передаваемое, как правило, от газа к жидкости или (реже) наоборот, можно определить с помощью уравнения теплоотдачи

,                                                                                                    (4.1)

где К_{Т –}  коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К); F – поверхность, через которую происходит теплообмен, м²; Q_пот - потеря тепла в окружающую среду, Вт; DТ_ср - средняя разность температур обменивающихся теплом сред, К, определяется по формуле

,                                                                                          (4.2)

где Т_н и Т_к – соответственно начальная и конечная температура воды, К; Т₁ и Т₂ – соответственно начальная и конечная температура газов, К;

Уравнение массообмена, протекающего в мокрых пылеуловителях, имеет вид

                                                                                                    (4.3)

где b_м – коэффициент массообмена, кг/(м²×с×Па); р_г и р_ж - парциальные давления пара в газе и над жидкостью, кПа.

Процесс массообмена сопровождается выделением (при конденсации) или поглощением (при испарении) тепла Q₂, Вт, величину которой можно найти, зная теплоту парообразования r

.                                                                                        (4.4)

В уравнениях (4.1) и (4.3) знак «+» ставится в случае перехода тепла и массы от газа к жидкости, а знак «-» в случае перехода тепла и массы от жидкости к газу.

В мокрых пылеуловителях чаще протекают процессы охлаждения газов. Эти процессы могут проходить как с испарением воды (испарительное охлаждение), так и с конденсацией водяных паров (конденсационное испарение).

При конденсационном охлаждении, когда горячий газ встречается с холодной водой, часть водяного пара в газе конденсируется, а газ подсушивается. Вода при этом нагревается, получая тепло в количестве Q₁+Q₂.

При испарительном охлаждении, когда горячий ненасыщенный влагой газ встречается с подогретой водой, увеличивается влагосодержание газа за счет испаряющейся воды. Количество тепла, передаваемое от газа к воде, составляет Q₁-Q₂. Вода при этом нагревается до температуры мокрого термометра Т_м, перестает нагреваться, а только испаряется.

Тепловой баланс процесса охлаждения имеет вид

,          (4.5)

где М_г и М_ж - соответственно массовые расходы сухого газа и жидкости, кг/с; Т₁ и Т₂ - соответственно начальная и конечная температуры газа, °С; Т_н и Т_к - соответственно начальная и конечная температуры жидкости, °С; с_г и с_ж - теплоемкость газа и жидкости, кДж/(кг×К); d₁ и d₂ - начальное и конечное влагосодержание газа, кг/кг; i₁  и i₂ - начальная и конечная энтальпии водяных паров, кДж/кг.

Если пренебречь потерями тепла в окружающую среду Q_пот и не учитывать изменения количества воды вследствие ее испарения, то из уравнения (4.5) можно получить выражение для определения температуры на выходе из аппарата:

.                                                                          (4.6)

Из приведенного выражения видно, чем меньше подача жидкости, тем выше ее конечная температура. При расчетах испарительных скрубберов можно принимать величину Т_к на 5-10 ^оС ниже температуры мокрого термометра Т_м.