3. Конденсация

Конденсацией в технике называют процесс перехода пара или сжатого до критического состояния газа в жидкое состояние. Сжижение пара достигается его охлаждением, а газа – сжатием с последующим охлаждением.

Процесс конденсации широко используется при выпаривании растворов, в процессах ректификации, сушки, фильтрования, для сжижения паров хладагента в холодильных установках и т.д. Для этого пары (газы), подлежащие конденсации, направляют из аппарата, в котором они образуются, в другой (закрытый) аппарат, охлаждаемый водой или воздухом и называемый конденсатором.

При конденсации в конденсаторе объем образующегося конденсата примерно в 1000 раз меньше объема поступившего пара, в результате чего там создается разрежение, увеличивающееся с понижением температуры конденсации. Поэтому конденсаторы используют для создания вакуума в аппаратах. Однако одновременно с конденсацией в конденсаторе происходит выделение воздуха и неконденсирующихся паров из жидкости, а также подсос газа через неплотности аппаратуры. По мере их накопления и возрастания парциального давления уменьшается разрежение в аппарате. Поэтому для поддержания вакуума в конденсаторе выделяющиеся неконденсируемые газы непрерывно должны отводиться из него. Обычно их откачивают с помощью вакуум-насоса, который помимо этого предотвращает колебание давления в конденсаторе, связанное с изменением температуры охлаждающего агента (воды).

В зависимости от свойств и назначения конденсата конденсация паров проводится в поверхностных конденсаторах или конденсаторах смешения.

В поверхностных конденсаторах конденсирующиеся пары или газы и охлаждающийся агент разделены теплопроводящей стенкой, и конденсация паров происходит на внутренней или внешней поверхности холодной стенки. Это позволяет удалять получаемый конденсат и охлаждающий агент раздельно. Такой способ конденсации применяют в тех случаях, когда необходимо получить конденсат в чистом виде или сконденсировать пары ценной жидкости (спирта, ацетона, бензола и т.д.). Температура охлаждающей воды на входе в поверхностный конденсатор должна быть ниже температуры уходящего конденсата не менее чем на 4–5 С. С целью утилизации тепла часто стремятся к тому, чтобы охлаждающая вода уходила из конденсатора с возможно более высокой температурой. При этом уменьшается расход холодной воды, а получаемая горячая вода может быть использована на технологические нужды. Вместе с тем,при использовании для целей охлаждения воды с высокой жесткостью при нагревании ее до температуры выше 60–65С, наблюдается значительное отложение накипи на теплопередающей поверхности. В результате резко ухудшается процесс теплообмена, установку приходится останавливать на чистку.

В конденсаторах смешения пары конденсируются в результате непосредственного смешения с охлаждающим агентом (водой). Поэтому их применяют для конденсации неиспользуемых в производстве водяных паров низкого потенциала и паров жидкостей, практически не растворяющихся в воде. В зависимости от способа вывода воды и газов из конденсатора смешения их подразделяют на мокрые и сухие. Из мокрого конденсатора смешения охлаждающая вода, образующийся из пара конденсат и выделяющиеся из них неконденсирующиеся газы откачиваются совместно мокровоздушным насосом, тогда как из сухого (барометрического) конденсатора охлаждающая вода вместе с конденсатом отводится из конденсатора самотеком, а неконденсирующиеся газы откачиваются вакуум-насосом.

Основным регулируемым параметром процесса конденсации в конденсаторах смешения является величина вакуума, создаваемого в корпусе; она зависит от нагрузки конденсатора по пару, расхода и температуры воды, содержания неконденсирующихся газов в системе и подсоса воздуха извне. Температура смеси воды и конденсата на выходе из конденсатора обычно на 2–6 С ниже температуры пара, поступающего в конденсатор. На практике для создания в конденсаторе необходимого вакуума температуру уходящей смеси поддерживают на уровне 45–46С. Если производству требуется смесь с более высокой температурой (55–56С), конденсацию паров производят в двух последовательно соединенных корпусах. В первый корпус подают лишь часть необходимой воды, и в нем происходит частичная конденсация пара с получением на выходе из конденсатора более горячей воды, а во втором – окончательная конденсация оставшегося пара, и из него получают теплую воду.

Расход энергии на конденсаторы смешения значительно меньше, чем на поверхностные. Кроме того, поверхностные конденсаторы более металлоемки и требуют больших расходов охлаждающего агента. Поэтому в промышленности для конденсации паров, не являющихся продуктами производства, более широкое применение получили конденсаторы смешения.