химический каталог




КОНДЕНСАЦИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КОНДЕНСАЦИЯ (от позднелат. condensatio - уплотнение, сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое при докритической параметрах; фазовый переход первого рода. КОНДЕНСАЦИЯ- экзотермодинамически процесс, при котором выделяется теплота фазового перехода - теплота КОНДЕНСАЦИЯ Конденсир. фаза может образовываться в объеме пара или на поверхности твердого тела и жидкости, имеющих более низкую температуру, чем температура насыщения пара при данном давлении (см. Росы точка). КОНДЕНСАЦИЯ происходит при изотермодинамически сжатии, адиабатич. расширении и охлаждении пара или одноврем. понижении его давления и температуры, которое приводит к тому, что конденсированных фаза становится термодинамически более устойчивой, чем газообразная. Если при этом давление и температура выше, чем в тройной точке для данного вещества, образуется жидкость (сжижение), если ниже - вещество переходит в твердое состояние, минуя жидкое (десублимация). КОНДЕНСАЦИЯ широко применяется в химический технологии для разделения смесей посредством конденсации фракционной, при сушке и очистке веществ и др., в энергетике, например в конденсаторах паровых турбин, в холодильной технике для КОНДЕНСАЦИЯ рабочего тела, в опреснит. установках и др. При КОНДЕНСАЦИЯ паров в узких порах адсорбентов последние могут поглощать значительной кол-ва вещества из газовой фазы (см. Капиллярная конденсация). Следствие КОНДЕНСАЦИЯ водяного пара в атмосфере - дождь, снег, роса, иней. Конденсация в жидкое состояние. В случае КОНДЕНСАЦИЯ в объеме пара или парогазовой смеси (гомогенная КОНДЕНСАЦИЯ) конденсир. фаза образуется в виде мелких капель жидкости (тумана) или мелких кристаллов. Для этого необходимо наличие центров КОНДЕНСАЦИЯ, к-рыми могут служить очень мелкие капельки жидкости (зародыши), образующиеся в результате флуктуации плотности газовой фазы, пылинки и частицы, несущие электрич. заряд (ионы). При отсутствии центров КОНДЕНСАЦИЯ пар может в течение длительного времени находиться в так называемой метастабильном (пересыщенном) состоянии. Устойчивая гомог. КОНДЕНСАЦИЯ начинается при так называемой критической пересыщении Пкp=pк/pн где рк - равновесное давление, соответствующее критической диаметру зародышей, рн - давление насыщ. пара над плоской поверхностью жидкости (например, для водяного пара в воздухе, очищенном от твердых частиц или ионов, Пкр=5-8). Образование тумана наблюдается как в природе, так и в технол. аппаратах, например при охлаждении парогазовой смеси вследствие лучеиспускания, смешении влажных газов. Конденсация на поверхности твердого тела насыщенного или перегретого пара происходит при температуре поверхности, которая меньше, чем температура насыщения пара при его равновесном давлении над ней. Наблюдается во многих пром. аппаратах, которые служат для КОНДЕНСАЦИЯ целевых продуктов, подогрева различные сред, разделения паровых и парогазовых смесей, охлаждения влажных газов и т.д. При сжижении пара на поверхности твердого тела, хорошо смачивающейся конденсатом, образуется сплошная пленка жидкости (пленочная КОНДЕНСАЦИЯ); на поверхности, не смачивающейся конденсатом или смачивающейся частично, - отдельные капли (капельная КОНДЕНСАЦИЯ); на поверхности с неоднородными свойствами (например, на полированной металлической с окисленными загрязненными участками) - зоны, покрытые пленкой конденсата и каплями (смешанная КОНДЕНСАЦИЯ). При пленочной КОНДЕНСАЦИЯ чистых паров неметаллов коэффициент теплоотдачи определяется в основные термодинамически сопротивлением пленки конденсата, которое зависит от режима ее течения. Последний в случае практически неподвижного пара определяется числом Рейнольдса пленки: Rепл=w d /vк, где w, d - соответственно средняя по сечению скорость и толщина пленки конденсата, vк - кинематич. вязкость конденсата. Для КОНДЕНСАЦИЯ на вертикальной пластине или трубе при Rепл менее 5-8 течение пленки чисто ламинарное, при превышении этих значений Rепл - ламинарно-волновое, при Reпл>>350-400 - турбулентное. На вертикальных пoв-стях значительной высоты могут наблюдаться области с различные режимами течения пленки конденсата. При ламинарном течении увеличение Reпл с возрастанием толщины пленки приводит к уменьшению коэффициент теплоотдачи, при турбулентном течении - к его увеличению. Если пар перегрет, КОНДЕНСАЦИЯ сопровождается конвективной теплоотдачей от пара к конденсату, температура поверхности которого практически равна температуре насыщения при давлении пара. Для веществ с большой теплотой КОНДЕНСАЦИЯ (например, вода, спирты) теплота перегрева обычно незначительна по сравнению с теплотой КОНДЕНСАЦИЯ, и ею можно пренебречь. В случае пленочной КОНДЕНСАЦИЯ движущегося пара касательное напряжение на поверхности раздела фаз, обусловленное межфазным трением и переносом импульса частицами сконденсировавшегося пара, которые присоединяются к пленке конденсата, вызывает при нисходящем потоке пара увеличение скорости и уменьшение толщины пленки, в результате чего коэффициент теплоотдачи увеличивается. При более высоких скоростях парового потока воздействие его на пленку конденсата может приводить не только к изменению ее скорости и толщины, но и к возмущению течения (образование волн, турбулизация), интенсифицирующему теплоперенос в пленке. Если поток пара направлен вверх, движение ламинарной пленки конденсата тормозится, толщина ее увеличивается и коэффициент теплоотдачи уменьшается по мере возрастания скорости пара до тех пор, пока действие межфазного трения не вызовет так называемой обращенное (направленное вверх) течение пленки конденсата. При КОНДЕНСАЦИЯ движущегося пара внутри трубы (канала) режимы течения и характер взаимодействие паровой и жидкой фаз могут значительно изменяться в результате изменения по мере образования конденсата скорости пара, касательного напряжения трения на межфазной поверхности и Reпл. При больших скоростях пара (когда действие силы тяжести на пленку конденсата пренебрежимо мало и течение ее определяется в основные силой трения) местные и средние по длине трубы коэффициент теплоотдачи не зависят от пространств. ориентации трубы. Если силы тяжести и трения соизмеримы, условия КОНДЕНСАЦИЯ определяются углом наклона трубы и взаимным направлением движения фаз. В случае КОНДЕНСАЦИЯ внутри горизонтальной трубы и малой скорости пара кольцевая пленка конденсата образуется только на верх, части внутренней поверхности трубы. На ниж. части возникает "ручей", в зоне которого в результате относительно большой толщины слоя жидкости теплоотдача значительно менее интенсивна, чем на остальном участке поверхности. В случае КОНДЕНСАЦИЯ на пучке горизонтальных труб расход стекающего конденсата увеличивается сверху вниз вследствие натекания конденсата с вышележащих труб на нижележащие, а расход пара по пути его движения снижается. В пучке с постоянным или относительно немного уменьшающимся по высоте живым сечением между трубами скорость нисходящего потока пара постепенно снижается, а конденсат натекает с верх, труб на нижние. Вначале это приводит к уменьшению местных коэффициент теплоотдачи (осредненных по периметру труб) при увеличении отсчитываемого сверху номера горизонтального ряда труб. Однако, начиная с некоторого ряда, в результате натекания конденсата течение пленки возмущается и ее термодинамически сопротивление снижается. Благодаря этому коэффициент теплоотдачи могут стабилизироваться, а при возрастающем воздействии возмущения течения пленки на ниж. трубках - увеличиваться с возрастанием номера ряда. Интенсификация теплоотдачи при пленочной КОНДЕНСАЦИЯ может достигаться профилированием ее поверхности (например, применением т, называют мелковолнистой поверхности), которое способствует уменьшению средней толщины пленки конденсата, созданием на поверхности искусств, шероховатости, приводящей к тур-булизации пленки, воздействием на нее при диэлектрическая жидкой фазе (например, при КОНДЕНСАЦИЯ хладонов) электростатич. полем, отсосом конденсата через пористую поверхность и др. При конденсации паров жидких металлов теплопроводность жидкой фазы весьма высока. Поэтому доля термодинамически сопротивления пленки конденсата в суммарном сопротивлении передаче тепла незначительна, и определяющим оказывается межфазное термодинамически сопротивление, обусловленное молекулярно-кинетическая эффектами на границе раздела фаз. Иногда пленочная КОНДЕНСАЦИЯ на поверхности сопровождается гомог. КОНДЕНСАЦИЯ в прилегающем к поверхности раздела фаз слое пара. Если образование тумана при этом нежелательно (например, в производстве H2SO4 нитрозным способом или при улавливании летучих растворителей), процесс проводят при макс. пересыщении пара ниже Пкр. При капельной КОНДЕНСАЦИЯ первичные мелкие капли, образовавшиеся на сухой вертикальной или наклонной поверхности, растут в результате продолжения процесса, слияния близко расположенных и касающихся друг друга капель и подтягивания к ним возникающей между каплями и быстро разрывающейся тонкой пленки конденсата. Капли, достигшие "отрывного" диаметра, стекают вниз, объединяясь (коалес-цируя) с нижележащими мелкими каплями, после чего на освободившейся поверхности опять образуются мелкие капли, и цикл повторяется. Условия, определяющие самопроизвольное возникновение капельной КОНДЕНСАЦИЯ, наблюдаются редко. Обычно же для осуществления капельной КОНДЕНСАЦИЯ на твердую поверхность наносят тонкий слой лиофобизатора - вещества, обладающего низким поверхностным натяжением и несмачиваемого конденсатом (например, жиры, воски). В случае капельной КОНДЕНСАЦИЯ коэффициент теплоотдачи намного выше (в 5-10 раз и более), чем при пленочной. Однако поддержание в условиях эксплуатации пром. аппаратов устойчивой капельной КОНДЕНСАЦИЯ затруднительно. Поэтому конденсац. устройства химический промышлености, как правило, работают в режиме пленочной КОНДЕНСАЦИЯ Конденсация пара на поверхности жидкости того же вещества происходит в технол. аппаратах на поверхности подаваемых в объем пара диспергированных (например, с помощью распылит, форсунок) струй или стекающих по насадке тонких пленок жидкости. Диспергирование или распределение жидкости на тонкие пленки позволяет сильно развить поверхность контакта фаз. В ряде случаев КОНДЕНСАЦИЯ наблюдается при поступлении пара в объем жидкости в виде струй или пузырьков (барботаж), а также при образовании паровых пузырьков в объеме жидкости, например при кавитации. КОНДЕНСАЦИЯ пара из смеси его с неконденсирующимися газами (или неконденсирующимися при данной температуре парами) на поверхности твердого тела или жидкости менее интенсивна по сравнению с КОНДЕНСАЦИЯ чистого пара. Поскольку при КОНДЕНСАЦИЯ из парогазовой смеси температура и парциальное давление (концентрация) пара в ее основные массе выше, чем на твердой поверхности, в прилегающем к последней слое смеси (при движении смеси - в пограничном слое) происходит совместный тепло- и массообмен. Если пар неподвижен, даже незначительной содержание в нем газа приводит к резкому снижению интенсивности КОНДЕНСАЦИЯ По мере увеличения скорости (числа Рейнольдса Reсм) парогазовой смеси влияние газа на интенсивность процесса постепенно ослабляется. При КОНДЕНСАЦИЯ паров из многокомпонентных смесей (паровых или парогазовых) в газовой фазе также происходят взаимосвязанные тепло- и массоперенос. При этом эффективный коэффициент теплопроводности смеси и эффективные коэффициент диффузии ее отдельных компонентов определяются природой и концентрациями др. компонентов. В случае гомог. смеси конденсатов на поверхности твердого тела происходит только пленочная КОНДЕНСАЦИЯ, в случае гетерогенной - смешанная. Например, при КОНДЕНСАЦИЯ бинарной смеси водяного пара и органическое вещества на твердой поверхности образуется жидкая пленка этого вещества, покрывающаяся каплями влаги.
Десублимация. В данном процессе конденсированная (твердая) фаза не может стекать с поверхности твердого тела и толщина ее слоя непрерывно возрастает. Поэтому процесс нестационарный и скорость его постепенно снижается. При проведении КОНДЕНСАЦИЯ в глубоком вакууме (средняя длина свободный пробега молекул соизмерима с характерным размером аппарата), например, при разделении паровых или очистке парогазовых смесей необходимо учитывать изменения механизма и закономерностей тепло- и массопереноса. Это приводит к изменению условий КОНДЕНСАЦИЯ чистых паров и паров, содержащих примеси неконденсирующихся газов. См. также Газов осушка, Газов разделение, Дистилляция, Сублимация, Теплообмен. Лит.: Кутателадзе С. С., Теплопередача при конденсации и кипении. 2 изд., М. Л., 1952; его же, Основы теории теплообмена, 5 изд., М. 1979; Амелин А. Г.,Теоретические основы образования тумана при конденсации пара, 3 изд., М., 1972; Исаченко В. П., Теплообмен при конденсации, М., 1977; Бeрман Л.Д., "Теплоэнергетика", 1979, №5, с. 16-20; его же, там же, 1980, № 4, с. 8 13; его же, там же, 1981, № 4, с. 22-29; Горелик А. Г.. Амятин А. В., Десублимация в химической промышленности, М., 1986. Л.Д.Берман.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
http://help-holodilnik.ru/remont_model_4195.html
supra телевизоры
sodimm
шкаф железный для одежды

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.08.2017)