Конденсация паров в поверхностных конденсаторах
Поверхностный конденсатор — теплообменник, где пар конденсируется на стенках труб, охлаждаемых изнутри водой или снаружи воздухом, и не смешивается с охлаждающей средой. Процесс идёт в три зоны: охлаждение перегретого пара до насыщения, конденсация при постоянной температуре и переохлаждение конденсата. Наибольшая часть тепла отводится в зоне конденсации.
Конденсацией называется процесс перехода пара или газа в жидкое состояние, проводимый путем охлаждения пара (раза) или сжатия и охлаждения одновременно.
Рассмотрим процессы конденсации, проводимые только путем охлаждения пара водой или холодным воздухом. Аппараты, в которых осуществляется сжижение пара, называют конденсаторами.
Конструкция конденсаторов зависит от давления, при котором проводится процесс. Конденсацией часто пользуются для создания и поддержания некоторого постоянного разрежения, например, в процессах выпаривания, вакуум-сушки и др. При конденсации под вакуумом непрерывно охлаждают конденсируемые пары и непрерывно удаляют получающийся конденсат, а также все неконденсирующиеся газы, поступающие в конденсатор с парами или с охлаждающей водой.
Способы конденсации и группы конденсаторов
Конденсацию путем охлаждения холодной водой можно проводить двумя способами:
- в поверхностных конденсаторах, где пар конденсируется на внешних или внутренних поверхностях труб, омываемых с другой стороны холодной водой;
- в конденсаторах смешения, где пар приводится в непосредственное соприкосновение с охлаждающей водой, впрыскиваемой в пар.
Разновидностью конденсаторов смешения являются эжекторные конденсаторы, в которых водяная струя, непосредственно соприкасаясь с паром, не только конденсирует последний, но и одновременно удаляет из конденсатора воздух и неконденсирующиеся газы, попадающие с паром, с охлаждающей водой и через неплотности в соединениях.
Так же как и холодильники, поверхностные конденсаторы могут быть разделены на три группы:
- с водяным охлаждением (погружные);
- с воздушным охлаждением;
- с орошением (оросительные).
Теплообмен в поверхностных конденсаторах
В поверхностных конденсаторах теплообмен между паром и охлаждающей водой (или воздухом) совершается через разделяющую их теплопроводящую стенку; при этом пространство, в котором происходит конденсация, может находиться под атмосферным или другим давлением. Если конденсационная установка работает под вакуумом, необходимо создавать разрежение в том аппарате, откуда поступает на конденсацию пар, и постоянно поддерживать это разрежение, а также возвращать для использования конденсат при возможно более высокой температуре.
Поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением. В конденсаторах этого типа конденсируемый пар и вода движутся противотоком друг к другу; охлаждающая вода поступает снизу и движется вверх, пар поступает сверху, а конденсат отводится снизу.
Поверхность теплообмена, потребная для конденсации заданного количества пара, может быть вычислена опытным путем из уравнения теплопередачи, причем в общем случае могут протекать три отдельных процесса;
- охлаждение поступающих в конденсатор перегретых паров до температуры их насыщения;
- конденсация насыщенного пара, т.е. сжижение пара в жидкость при постоянной температуре;
- охлаждение полученного конденсата до заданной температуры.
По тому же принципу работают конденсаторы холодильных машин — см. воздушный конденсатор: что это и какие бывают.
Коэффициенты теплоотдачи при конденсации
| Пар | Плёночная |
|---|---|
| Водяной пар | 5000–15000 |
| Аммиак | 4000–8000 |
| Фреоны | 1500–3000 |
| Органические пары | 800–2000 |
| Пар с 1 % неконденсирующихся газов | Снижение в 2–3 раза |
Капельная конденсация даёт коэффициенты в 5–10 раз выше плёночной, но устойчиво получается только на гидрофобных поверхностях. Неконденсирующиеся газы собираются у поверхности и резко ухудшают теплоотдачу, поэтому их удаляют. Расход охлаждающей воды: G = Q / (4,19 · Δt). Конденсаторы холодильных машин — в статье пластинчатые конденсаторы.
Частые вопросы
Чем поверхностный конденсатор отличается от конденсатора смешения?
В поверхностном пар и охлаждающая среда разделены стенкой и конденсат получается чистым. В конденсаторе смешения пар контактирует с водой напрямую — аппарат проще, но конденсат смешивается с водой.
Почему неконденсирующиеся газы ухудшают работу конденсатора?
Воздух и другие газы скапливаются у поверхности труб и создают плёнку, через которую пар медленно диффундирует. Коэффициент теплоотдачи падает, и давление конденсации растёт, поэтому газы периодически удаляют.
Почему неконденсирующиеся газы ухудшают работу конденсатора?
Они скапливаются у поверхности теплообмена и мешают пару подойти к ней; даже 1 % воздуха в паре снижает коэффициент теплоотдачи в 2–3 раза.
Читайте также