Конденсация Лекция 10 Конденсация процесс

Конденсация Лекция № 10

Конденсация – процесс сжижения пара (газа), применяющийся в следующих областях: – при создании разряжения в выпарных аппаратах, в вакуум-сушилках и в вакуум-фильтрах; – при использовании теплоты конденсации пара как теплоносителя; – в холодильных установках; – при разделении газовых смесей с различной температурой конденсации.

Конденсация осуществляется в конденсаторах, которые подразделяются на поверхностные и смесительные. В поверхностных конденсаторах теплообмен между конденсирующимся паром и охлаждающей средой осуществляется через разделительную стенку. Это позволяет сохранить конденсат в чистом виде. В качестве поверхностных конденсаторов используют кожухотрубные, элементные, оросительные и др. рекуперативные теплообменные аппараты.

В смесительных конденсаторах пар и охлаждающая среда приводятся в непосредственный контакт (смешиваются). Смесительные конденсаторы подразделяются на прямоточные, противоточные и струйные (эжекторные). Смесительные конденсаторы могут быть мокрыми и сухими. В мокрых конденсат и неконденсирующиеся газы удаляются совместно мокровоздушным насосом. В сухих неконденсирующиеся газы удаляются отдельным вакуум-насосом. В качестве охлаждающих сред в конденсаторах чаще всего используются вода и воздух.

1. Основы расчета поверхностных конденсаторов Расчет поверхностных конденсаторов подобен расчету рекуперативных теплообменных аппаратов. Спецификой расчета является то, что в ряде случаев аппарат разделяют на отдельные зоны. При конденсации насыщенного пара с переохлаждением таких зон две: зона конденсации и зона переохлаждения конденсата. При конденсации перегретого пара с переохлаждением – три зоны: зона охлаждения перегретого пара до температуры конденсации, зона переохлаждения конденсата.

В этих случаях производят зональный расчет аппаратов. Уравнения теплового баланса и теплопередачи записываются для каждой зоны. Определяются средние температурные напоры, коэффициенты теплопередачи и поверхности теплообмена в каждой зоне. По результатам зонального расчета определяют суммарную поверхность теплообмена. При конденсации насыщенного пара без переохлаждения необходимость в зональном расчете отпадает.

Спецификой конденсации смесей газов (паров) является то, что процесс идет при переменной температуре конденсации и переменных составах пара и конденсата. В этих случаях для расчета используют диаграммы равновесия «пар – жидкость» в координатах «состав – температура» при постоянном давлении. Весь интервал температур от начала до конца конденсации газовой смеси разбивается на малые температурные интервалы, для каждого из которых проводится расчет поверхности теплообмена. Общая поверхность теплообмена определяется как сумма поверхностей на каждом интервале.

2. Смесительные конденсаторы Среди противоточных смесительных конденсаторов наибольшее распространение получили каскадные конденсаторы с водяными завесами. В них вода подводится сверху через питатель, сглаживающий пульсации, стекает вниз по полкам, образующим каскады, создавая водяные завесы. Полки имеют форму сегментов. Вместо полок могут использоваться тарелки с кольцевыми или круглыми отверстиями. Пар движется снизу вверх, конденсируясь на водяных завесах. Слив воды и конденсата осуществляется через сливную (барометрическую) трубу, опущенную в сосуд (ящик). Неконденсирующиеся газы отсасываются сверху вакуумнасосом через ловушку для отделения брызг, которая соединена со сливной трубой. В некоторых случаях применяют многоступенчатую конденсацию, располагая несколько конденсаторов (ступеней) последовательно.

В прямоточных конденсаторах вода впрыскивается в паровой поток через сопла с помощью насоса или за счет разряжения. Здесь для дробления воды могут также использоваться дырчатые тарелки, перегородки и пр. В струйных конденсаторах вода поступает в смесительную камеру через сопла с большой скоростью, в результате происходит подсос пара и неконденсирующихся газов. Пар конденсируется при соприкосновении со струями холодной воды. Неконденсирующиеся газы вместе со струями воды попадают в диффузор. Давление в диффузоре возрастает, воздух сжимается и выбрасывается наружу вместе с водой. Необходимость в насосах в данном случае отпадает.

2. 1. Основы расчета смесительных конденсаторов Уравнение теплового баланса конденсатора отражает равенство теплоты конденсации пара и теплоты, воспринятой охлаждающей водой. При необходимости учитывают теплоту охлаждения пара до температуры конденсации и теплоту переохлаждения конденсата. Уравнение теплового баланса позволяет найти необходимый расход охлаждающей воды при заданных начальной и конечной температурах воды и расходе пара. Необходимым условием в данном случае является то, что конечная температура воды должна быть ниже температуры конденсации.

Производительность и мощность вакуумного насоса для откачки неконденсирующихся газов определяется в зависимости от расхода газов, начального (перед насосом) и конечного (за насосом) давлений. Расчет высоты конденсатора основывается на определении необходимого времени контакта конденсирующегося пара и охлаждающей воды. При этом время стекания воды определяется как время свободного падения. Необходимая продолжительность контакта пара и воды определяется с помощью специальных таблиц, полученных на основе критериального уравнения нестационарного теплообмена водяной струи (завесы) и конденсирующегося пара.

Площадь поперечного сечения конденсатора определяется, исходя из допустимой скорости пара. Высота барометрической трубы зависит от разряжения в конденсаторе и потерь напора, возникающих при движении воды в барометрической трубе.