Конденсация паров
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.
Конденсацию паров часто используют в основных химико-технологи- ческих процессах, например при выпаривании, вакуум-сушке и др., для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат, служащий для конденсации паров—. конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом.
326 Гл. VIII. Нагревание, охлаждение и конденсация 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. Одновременно вакуум-насос предотвращает колебания давления, обусловленные изменением температуры охлаждающего агента. По способу охлаждения различают конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы. В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и получаемый конденсат смешивается с последней. Конденсацию в таких аппаратах обычно проводят в тех случаях, когда конденсируемые пары не представляют ценности. При этом для улучшения теплообмена между водой и паром поверхность соприкосновения между ними увеличивают путем распределения воды в паровом пространстве в виде капель, струек и т. д. В зависимости от способа отвода воды, конденсата и некоиденсирую- щихся газов конденсаторы смешения делятся на мокрые и сухие. В м о к- рых конденсаторах вода, конденсат и газы откачиваются одним и тем же мокровоздушным вакуум-насосом. В сухих, или барометрических, конденсаторах вода и конденсат удаляются совместно самотеком, а газы откачиваются отдельно посредством сухого вакуум-насоса. Устройство конденсаторов смешения будет рассмотрено ниже. В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внешних или внутренних поверхностях труб, омываемых с дру гой стороны водой или воздухом. Таким образом, получаемый конденсат и охлаждающий агент отводят из конденсатора раздельно, и конденсат^ если он представляет ценность, может быть использован. Так, поверхностные конденсаторы зачастую применяют в тех случаях, когда сжижение и охлаждение конечного продукта, получаемого, например, в виде перегретого пара, являются завершающей операцией производственного процесса. Вместе с тем поверхностные конденсаторы более металлоемки, чем конденсаторы смешения, а следовательно, более дороги и требуют больших расходов охлаждающего агента. Последнее объясняется тем, что стенка, разделяющая участвующие в теплообмене среды, оказывает добавочное термическое сопротивление. Это вызывает необходимость повышения средней разности температур. В качестве поверхностных конденсаторов в принципе могут быть использованы теплообменники различных типов, но наиболее часто применяют трубчатые и оросительные холодильники-конденсаторы (см. ниже). В. КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников: поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена —■> глухую стенку;
И. Трубчатые теплообменники 327 теплообменники смешения, в которых тепло пере- дается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении. Значительно реже применяются в химической промышленности р е - генеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твердыми телами — насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагре- ваемой другим теплоносителем. Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конст- рукции весьма разнообразны. Ниже рассмотрены типовые, в основном нормализованные, конструкции поверхностных теплообменников и рас- пространенные конденсаторы смешения. В химической технологии применяются теплообменники, изготовлен- ные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала. Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удоб- ством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности тепло- обмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.