ВОПРОС № 1. Общая характеристика процесса конденсации

Конденсация

Лекция № 21

Теплообменные процессы

Литература:

1. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

План лекции:

1. Общая характеристика процесса конденсации.

2. Теплоотдача при конденсации пара.

3. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара внутри труб.

4. Основные типы конденсаторов.

Контрольные вопросы:

1. Что называется конденсацией? При каких условиях происходит конденсация паров и газов?

2. Какие виды конденсации Вы знаете? Дайте им краткую характеристику.

3. Как рассчитывается термическое сопротивление передаче теплоты от пара к стенке при пленочной конденсации?

4. В каких аппаратах осуществляется поверхностная конденсация? От чего зависит расход охлаждающей воды?

5. Чем различаются мокрые и сухие конденсаторы?

6. Какие теплообменники по принципу действия относятся к смесительным?

7. Как устроен и работает мокрый прямоточный конденсатор? От чего зависят расход охлаждающей воды и объем воздуха, отсасываемого из конденсатора?

Конденсация — переход вещества из паро- или газообразного состоя­ния в жидкое путем отвода от него теплоты. Конденсация пара (газа) мо­жет быть осуществлена либо путем охлаждения пара (газа), либо посредс­твом охлаждения и сжатия одновременно. Далее рассмотрены только процессы конденсации, проводимые путем охлаждения паров водой и хо­лодным воздухом.

Данный процесс часто встречается на практике — в конденсаторах вы­парных аппаратов, в теплообменниках холодильных и других установок. Конденсацию паров часто используют при выпаривании, вакуум-сушке и др., для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат — конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом.

Объем получаемого конденсата в тысячу и более раз меньше объема пара, из которого он образовался. В результате в конденсаторе создается разре­женное пространство, причем разрежение увеличивается с уменьшением температуры конденсации. Последняя, в свою очередь, тем ниже, чем боль­ше (при прочих равных условиях) расход охлаждающего агента и ниже его конечная температура. Одновременно с процессом конденсации в рабочем пространстве конденсатора происходит накопление воздуха и других некон­денсирующихся газов, которые выделяются из жидкости, а также проника­ют через неплотности аппаратуры из окружающего воздуха. По мере накоп­ления неконденсирующихся газов и возрастания их парциального давления уменьшается разрежение в аппарате. Поэтому для поддержания вакуума на требуемом уровне необходимо непрерывно отводить из конденсатора некон­денсирующиеся газы. Обычно эти газы откачивают с помощью вакуум-насо­са, который одновременно предотвращает колебания давления, обусловлен­ные изменением температуры охлаждающего агента.

Конденсация происходит как в объеме пара, так и на охлаждаемой повер­хности теплообмена. В первом случае образование конденсата происходит самопроизвольно при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения на холодных жидких или твердых частицах, вво­димых в пар. Конденсация пара осуществляется на границе с охлаждаемой поверхностью какого-либо тела или на каких-либо «центрах», способных конденсировать охлаждаемый пар в объеме (ионизированные молекулы газа, различные взвешенные частицы и т. п.).

Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже темпера­туры насыщения (t _ст < t_H), то пар конденсируется и конденсат оседает на стенке. При охлаждении пара на поверхности тела в зависимости от состоя­ния его поверхности и свойств поверхностного слоя может образоваться пленка конденсата с толщиной, намного превышающей расстояние эффек­тивного действия межмолекулярных сил (пленочная конденсация пара), или поверхность может быть покрыта отдельными каплями конденсата (ка­пельная конденсация пара) (рис.1).

Рис.1. Конденсация на поверхности:

а- пленочная; б-капельная

Пленочной называется конденсация, когда жидкая конденсированная фаза образуется на поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки. Пленочная конденсация имеет место, если конденсат смачивает данную по­верхность теплообмена. Если же конденсат не смачивает поверхность, то происходит капельная конденсация.

Капельная конденсация наблюдается при пуске теплообменного аппара­та, когда на поверхностях стенок имеются различные, в том числе и масляные загрязнения, и в некоторых других случаях. Она может быть вызвана с помощью специальных веществ, называемых лиофобизаторами (при кон­денсации водяного пара — гидрофобизаторами). Эти вещества наносятся на поверхность теплообмена или вводятся в пар.

Капельная конденсация водяного пара по сравнению с пленочной, при прочих одинаковых условиях, обеспечивает более интенсивную теплоотда­чу. Это объясняется тем, что пленка конденсата обладает большим терми-1еским сопротивлением передаче теплоты фазового перехода от поверхнос­ти конденсации к стенке. При капельной конденсации в силу разрыва Пленки это сопротивление гораздо меньше. В ходе конденсации пара на по­верхности охлаждаемой стенки осуществляется конвективный перенос пapa из окружающего пространства к месту конденсации. Для осуществления непрерывного процесса конденсации пара необходимо обеспечить соответствующий отвод освобождаемой энергии охлаждением поверхностного слоя жидкости. При этом перенос теплоты к охлаждаемой стенке в условиях пленочной конденсации пара осуществляется в основном теплопроводностью через пленку конденсата. Толщина его пленки на поверхности охлаждаемой стенки зависит от интенсивности конденсации пара и от ус­ловий стока жидкости. В промышленных теплообменных аппаратах чаще имеет место пленочная конденсация.

Дата добавления: 2014-01-04