ПРОЦЕСС КОНДЕНСАЦИИ
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.
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.
Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения (tст < tн), 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).
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 термическим 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 пара 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.