3.4.2.Выпаривание, испарение и конденсация

Выпаривание – процесс удаления растворителя в виде пара из раствора нелетучего вещества при кипении этого раствора. Выпаривание применяется для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения нелетучих веществ в твердом виде, а также для получения чистого растворителя. Последняя задача решается, например, в опреснительных установках.

Чаще всего выпариванию подвергаются водные растворы, а теплоносителей служит водяной пар. Как и для всех тепловых процессов движущей силой процесса является разность температур теплоносителя и кипящего раствора. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах.

Испарение – процесс удаления жидкой фазы в виде пара из различных сред, главным образом путем их нагрева, или создания иных условий для испарения.

Испарение осуществляется при проведении многих процессов. В методах искусственного охлаждения применяют испарение различных жидкостей, обладающих низкими, обычно отрицательными, температурами кипения.

Конденсация пара (газа) – осуществляют либо путем охлаждения пара (газа), либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Конденсацию используют при выпаривании, вакуум – сушке, для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, отводят из аппарата, где они образуются, в закрытый аппарат, служащий для сбора паров-конденсатов, охлаждаемый водой или воздухом.

В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и полученный конденсат с ней смешивается. Так проводят конденсацию, если конденсируемые пары не представляют ценности.

В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внутренних или внешних поверхностях труб, омываемых с другой стороны водой или воздухом. Конденсат отводят отдельно от хладагента и если он представляет ценность, то может быть использован.

3.4.3.Процессы искусственного охлаждения

Ряд процессов технологии проводят при температурах, значительно более низких, чем те, которые можно получить, используя в качестве охлаждающих агентов воздух, воду и лед.

К числу процессов, осуществляемых при искусственном охлаждении относятся некоторые процессы абсорбции, процессы кристаллизации, разделения газов, сублимационной сушки, для хранения пищевых продуктов, кондиционирования воздуха. Большое значение приобрели такие процессы в металлургии, электротехнике, электронике, ядерной, ракетной, вакуумной и других отраслях.

Так, используя глубокое охлаждение разделяют газовые смеси путем их частичного или полного сжижения и получают многие технологически важные газы, например, азот, кислород и другие газы при разделении воздуха, водород из коксового газа и т.д. Обеспечивается интенсификация доменных процессов черной металлургии, производства минеральных кислот путем широкого внедрения в них кислорода.

Условно различают: 1) умеренное охлаждение до –100⁰С; 2) глубокое охлаждение ниже –100⁰С.

Искусственное охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой, а такой процесс требует затраты энергии. Поэтому введение энергии в систему является необходимым условием получения холода.

Основные методы искусственного охлаждения:

1. Испарение низкокипящих жидкостей. При испарении такие жидкости, имеющие обычно отрицательные температуры кипения охлаждаются до температуры кипения при давлении испарения.

2. Расширение газов дросселированием, пропуская его через устройство вызывающее сужение потока (шайбу с отверстием, вентиль) с последующим его расширением. Энергия, необходимая для расширения газа (против сил сцепления между молекулами) при дросселировании, когда нет потока тепла извне, может быть получена только за счет внутренней энергии самого газа.

3. Расширение газа в детандере - машине, устроенной подобно поршневому или турбокомпрессору – газовом двигателе, который одновременно совершает внешнюю работу – перекачивает жидкости, нагнетает газы. Расширение сжатого газа в детандере происходит без обмена теплом с окружающей средой, и совершаемая при этом газом работа производится за счет его внутренней энергии, в результате чего газ охлаждается.