Конденсація

Конденсація – це процес переходу пари або стисненого до критичного стану газу в рідкий стан. Зрідження пари досягається її охолодженням, а газу – стисненням з наступним охолодженням.

Процес конденсації широко застосовується в харчових виробництвах, наприклад, для зрідження пари води, спирту, вуглекислого газу, аміаку і фреонів в холодильних установках, а також для створення визначеного розрідження в випарний фільтраційних, сушильних та інших вакуум-установках.

Апарати, в яких відбувається конденсація, називають конденсаторами. В якості охолоджуючого агента в них використовується вода, рідше повітря та інші холодоносії. Розрізняють поверхневі конденсатори і конденсатори змішування. В поверхневих конденсаторах пара або гази, які конденсуються, та вода для охолодження розділені стінкою, яка проводить тепло, і конденсація відбувається на внутрішній або зовнішній поверхні холодної стінки. В конденсаторах змішування пара конденсується в результаті безпосереднього контакту її з водою.

Поверхневі конденсатори застосовують в тих випадках, коли необхідно отримати конденсат в чистому вигляді або сконденсувати пару органічних рідин (спирту, ацетону, бензину). За будовою ці конденсатори аналогічні поверхневим теплообмінникам. Найбільше використання для конденсації знайшли апарати типу “труба в трубі”, кожухотрубні та зрошувальні. На рисунку 10.6 зображений вертикальний кожухотрубний конденсатор, який використовується в молочній промисловості.

Рисунок 10.6 – Вертикальний кожухотрубний конденсатор

Вторинна пара з вакуум-апарату поступає через патрубок 1 в між трубний простір, де конденсується. Конденсат тонкою плівкою покриває зовні трубки 2 і стікає донизу, звідки відкачується насосом через патрубок 3. В парі міститься повітря, яке також видаляється з конденсатора через патрубок 4 вакуум-насосом або ежектором. Охолоджуюча вода рухається всередині багатоходового трубного пучку, входить і виходить через патрубки 5. Необхідно щоб охолоджуюча вода уходила із конденсатора з якнайбільшою температурою. Це зменшує витрати води, а гаряча вода може бути використана для технологічних цілей. Конденсатор дає чистий конденсат для подальшого використання.

На рисунку 10.7 показаний елементний конденсатор холодильної установки, в ньому зріджується пара аміаку. Всередині труби великого діаметру вміщені 5–7 труб меншого діаметру, які за вальцьовані в трубних решітках. Елементи трубного простору з’єднані калачами; між трубний простір з’єднаний патрубками. Пара аміаку подається зверху в між трубний простір, конденсується, проходячи послідовно через всі елементи, і у вигляді рідини стікає в ресивер. Через трубний простір протікає охолоджуюча вода.

Рисунок 10.7 – Елементний конденсатор

Конденсатори цього типу важкі та громіздкі, але забезпечують надійну роботу при порівняно високому тиску. Їх встановлюють поза будівлями, що приводить к тому, що режим їх роботи залежить від атмосферних умов.

В промисловості застосовують також зрошувально-випарні конденсатори, де пара конденсується всередині труб, які зрошуються зовні водою, яка випаровується за рахунок теплоти конденсації пари.

Конденсатори змішування – використовують для конденсації водяної пари, яка не застосовується в виробництві. Вони встановлюються на установках, які працюють під вакуумом (випарювання, висушування, фільтрування тощо). Такі конденсатори забезпечують виробництво гарячою водою (на цукрових заводах). В залежності від способу виведення води і газів з цих апаратів розрізняють конденсатори змішування мокрі і сухі (рисунок 10.8).

Рисунок 10.8 – Конденсатори змішування

З мокрого конденсатора змішування (рисунок 10.8а) конденсат, вода і гази разом відкачуються мокроповітряним насосом. Більш широке використання знайшли сухі (барометричні) конденсатори (рисунок 10.8б, в, г), в яких охолоджуюча вода разом з конденсатом відводяться знизу конденсатора самопливом, а гази – з верхньої частини відкачуються вакуум-насосом. Витрати енергії на сухі конденсатори значно менші, ніж на мокрі.

В барометричному конденсаторі вода і пара рухаються протитоком. В корпусі 2 вміщено 5–7 тарілок або поличок 1, які забезпечують тісний контакт води з парою. Повітря через уловлювач 3 відкачується вакуум-насосом. Вода і конденсат через барометричну трубу 4 збираються в барометричному збірнику 5 і далі перекачуються згідно призначення. На схемі зображено різні конструкції тарілок (рисунок 10.8в). На рисунку 10.8г зображений двохступінчастий барометричний конденсатор. На практиці для створення в конденсаторі необхідного вакууму температуру барометричної води підтримують близько 45–46⁰С. Якщо виробництву необхідна частина барометричної води з більш високою температурою (55–65⁰С), то конденсацію здійснюють в двох послідовно з’єднаних корпусах. В перший корпус подають лише частину необхідної води, в ній відбувається часткова конденсація пари з отриманням більш гарячої води, а в другому корпусі відбувається вже повна конденсація пари, що залишилася, і вже тут одержують теплу воду.