Лекция 21. Конденсация

1. Модуль № 4 Теплообменные процессы

Лекция № 21
Конденсация

2. Литература:

• Процессы и аппараты пищевых производств.
Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и
др.]; под ред. А.Н. Острикова.
• Шавра В.М. Основы холодильной техники и
технологии – М: ДеЛи принт, 2004. – 272с.

3. План лекции:

• Общая характеристика процесса конденсации.
• Теплоотдача при конденсации пара.
• Теплообмен при пленочной конденсации движущегося
пара внутри труб.
• Основные типы конденсаторов.

4. Контрольные вопросы:

– Что называется конденсацией? При каких условиях происходит
конденсация паров и газов?
– Какие графики дают представления о конденсации влаги воздуха?
– Какие виды конденсации Вы знаете? Дайте им краткую
характеристику.
– Как рассчитывается термическое сопротивление передаче теплоты
от пара к стенке при пленочной конденсации?
– В каких аппаратах осуществляется поверхностная конденсация?
От чего зависит расход охлаждающей воды?
– Чем различаются мокрые и сухие конденсаторы?
– Какие теплообменники по принципу действия относятся к
смесительным?
– Как устроен и работает мокрый прямоточный конденсатор? От
чего зависят расход охлаждающей воды и объем воздуха,
отсасываемого из конденсатора?

5. ВОПРОС № 1. Общая характеристика процесса конденсации

• Конденсация — переход вещества из паро- или
газообразного состояния в жидкое, путем отвода
от него теплоты.
Рис.1. Конденсация на поверхности:
а- пленочная; б-капельная

6.

• 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).
• 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.

7.

8.

Рис. 2. Номограмма для определения
возможности конденсации атмосферной
влаги на поверхности продуктов

9.

Рис. 3.
Диаграмма d-i
для влажного
воздуха

10. ВОПРОС 2. Теплоотдача при конденсации пара.

Термическое сопротивление передаче теплоты
от пара к стенке можно представить в виде
суммы двух слагаемых
(1)

11.

Рис.4. Характер распределения температуры при пленочной конденсации
чистого насыщенного пара

12.

• Межфазное термическое сопротивление
(2)
При конденсации водяного пара с давлением р >> 104 Па
температурный скачок на границе раздела фаз отсутствует и, как
следует из уравнения (1),
(3)

13.

(4)

14.

• При периодическом волновом движении пленки, стекающей по
вертикальной поверхности под действием сил тяжести,
(4)

15. ВОПРОС 3. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара внутри труб

• При конденсации в трубах скорость пара не остается постоянной, т. к. вдоль
течения расход пара убывает, но возрастает расход конденсата. Наибольшую
величину скорость пара имеет на входе в трубу. Ее среднее значение на входе
достаточно просто вычисляется: если в трубу втекает сухой насыщенный пар,
который полностью конденсируется в ней, то тогда
(5)
В уравнении (5) теплота переохлаждения конденсата не учитывается, поэтому
средняя скорость пара на входе wn0 будет
(6)

16.

• Ламинарное течение пленки конденсата. Исследование
теплоотдачи при конденсации насыщенного водяного пара в
вертикальной трубе при входе пара сверху позволило получить
зависимость для определения относи
(6)
• местными. Значения α0х вычислялись по формуле для
неподвижного пара, конденсирующегося на вертикальной стенке.

17.

• Относительный коэффициент теплоотдачи, находится по
формуле
(7)
Турбулентное течение конденсата. При турбулентном течении пленки
конденсата при преобладающем влиянии сил трения пара получена формула для
расчета местных коэффициентов теплоотдачи
(8)
где х — массовое расходное паросодержание в рассматриваемом сечении.
Среднее значение коэффициентов теплоотдачи для режима неполной конденсации пара из
пароводяной смеси определяется формулой

18.

(9)
для медных с=0,032. в формулах (9) и (10)
(10)
Все физические параметры выбираются по температуре насыщения.
Уравнения (9) и (10) получены для случая, когда 1>хг>0 и 1 > х2 > 0. В зависимости от
значений хг и х2 можно выделить частные режимы: а) х1 = 1; х2 = 0 — полная конденсация
сухого пара в трубе; б) х1 = 1; 1 > хг > 0 — частичная конденсация пара; в) 1 > хг > 0; хг =
0 — полная конденсация пара из пароводяной смеси, поступившей в трубу. При хх = х2 = 0
формулы (9) и (15.39) принимают структуру уравнений, используемых при расчете
теплообмена однородных жидкостей.

19. Теплоотдача при капельной конденсации пара.

Рис.5. схема формирования капельной конденсации пара на стенке

20.

• Минимальный диаметр образуемой капли конденсата при
переохлаждении пара на ΔТ0ХЛ
(11)
Описанная модель явления капельной конденсации пара на стенке позволяет
составить следующее критериальное уравнение для определения теплоотдачи
(12)
Уравнение (11) указывает, что основным фактором, определяющим коэффициент
теплоотдачи при капельной конденсации пара, является удельная тепловая
нагрузка. Все остальные факторы в основном зависят от давления пара.

21.

(13)
(14)
Физические параметры конденсата в формулах (13) и (14) выбираются по температуре
насыщения tn.

22.

• Масштабами линейных размеров и скорости являются
критический радиус RK и условная скорость, м/с, роста
конденсированной фазы при отводе теплоты фазового перехода
теплопроводностью
(15)
Безразмерное число П учитывает влияние капиллярных сил.

23. Вопрос 4. Основные типы конденсаторов.

• Смесительные теплообменные аппараты.
Смесительные теплообменные аппараты, в которых
осуществляется конденсация каких-либо паров
холодной жидкостью, называют конденсаторами
смешения.
• По конструктивному устройству смесительные
теплообменные аппараты разделяют на полочные,
насадочные, полые с разбрызгивателями охлаждающей
жидкости и струйные.

24.

Рис.6. Сухой противоточный барометрический конденсатор:

25.

Рис.7. Сухой насадочный конденсатор:

26.

Рис.8. Мокрый конденсатор с разбрызгивателем:
1-корпус; 2-разбрызгиватель воды

27.

Рис.9. Многоходовые кожухотрубные теплообменники:
а-вертикальный (по трубному пространству); 1-днище; 2-перегародки; бгоризонтальный (по межтрубному пространству); 1-кожух; 2-направляющие
перегородки; І, ІІ-теплоносители.

28.

Рис. 10. Теплообменники с
компенсацией
температурных удлинений:
а — с «плавающей» головкой
открытого типа; б — с
«плавающей» головкой
закрытого типа; в — с
линзовым компенсатором; г —
с сальниковым
компенсатором; д — с Uобразными трубами: е — с
двойными трубами;
1 — кожух; 2 — «плавающая»
головка; 3 — линзовый
компенсатор; 4 — сальник; 5
— U-образные трубы; 6 —
наружная труба с закрытым
нижним концом; 7 —
внутренняя труба с
открытыми концами;
I, II — теплоносители