Kondenzáció

Páralecsapódás léphet fel a térfogatban ( köd , eső ) és a lehűtött felületen. Hőcserélőkben - kondenzáció a hűtött felületen. Ilyen kondenzáció esetén a falfelület Tw hőmérsékletének kisebbnek kell lennie, mint a Ts telítési hőmérséklet, azaz Tw < Ts. A hűtött felületen a kondenzáció viszont kétféle lehet [2] :

• Film kondenzáció  - akkor jön létre, amikor egy folyadék nedvesíti a felületet (folyadék - nedvesítés, felület - nedves), majd a kondenzátum folytonos filmet képez.
• Cseppkondenzáció  - amikor a kondenzátum nem nedvesítő folyadék, és a felületen cseppekben gyűlik össze, amelyek gyorsan lefolynak, így szinte az egész felület tiszta marad.

A fóliakondenzációnál a hőátadás sokkal kisebb  a fólia hőellenállása miatt (a fólia megakadályozza a hő elvezetését a gőzből a falba). Nehéz a csepegtető kondenzáció megvalósítása  – maguk a nem nedvesíthető anyagok és bevonatok (például a fluoroplast) nem vezetik jól a hőt. És az adalékanyagok - víztaszító szerek (vízhez, például olajhoz, kerozinhoz) használata hatástalannak bizonyult. Ezért  a hőcserélőkben általában filmkondenzáció lép fel . Víztaszító, hidrofób - a görög "hydör" - "víz" és "phóbos" - félelem szóból. Vagyis hidrofób - ugyanaz, mint a víztaszító, nem nedvesíthető. Az ilyen adalékokat tetszőleges folyadékokhoz liofobizereknek nevezzük.

Az "álló gőz" kifejezés ebben az esetben azt jelenti, hogy nincs jelentős kényszermozgás (természetesen szabad konvektív mozgás történik).

A fal felületén kondenzátum film képződik. Lefolyik, miközben vastagsága a folyamatos páralecsapódás miatt nő (... ábra). A fólia hőellenállása miatt a fal hőmérséklete észrevehetően alacsonyabb, mint a fólia felületének hőmérséklete, és ezen a felületen kismértékű ugrás következik be a kondenzátum és a gőz hőmérsékletében (víznél az ugrás általában nagyságrendű 0,02–0,04 K). A térfogatban lévő gőz hőmérséklete valamivel magasabb, mint a telítési hőmérséklet.

Eleinte a film stabilan, laminárisan mozog – ez egy  lamináris rendszer . Ekkor hullámok jelennek meg rajta (viszonylag nagy lépéssel, átfutva a fólián és összeszedve a felgyülemlett kondenzátumot, mivel a hullámban vastagabb rétegben nagyobb a mozgás sebessége, és az ilyen áramlási rezsim energetikailag kedvezőbb, mint az állandó ). Ez a  lamináris hullám mód . Ezenkívül nagy mennyiségű kondenzátum esetén a rendszer turbulenssé válhat  .

Függőleges csöveken a kép hasonló a függőleges fal esetéhez.

Vízszintes csövön a kondenzáció hőátadása nagyobb, mint a függőlegesen (az alacsonyabb átlagos rétegvastagság miatt). Mozgó gőz esetén a hőátadás fokozódik, különösen, ha a fóliát lefújják.

A csőkötegek (különösen a kondenzátorok) esetében a következő jellemzők érvényesülnek:

1. A pára sebessége csökken, ahogy áthalad a nyalábon a kondenzáció miatt.
2. A vízszintes kötegekben a kondenzátum csőről csőre áramlik, egyrészt növeli a fólia vastagságát az alsó csöveken, ami csökkenti a hőátadást, másrészt a kondenzátumcseppek lehullása megzavarja az alsó csöveken lévő filmréteget, a hőátadás növelése.

A hőátadás fokozása kondenzátorokban

Az intenzifikáció fő módja a film vastagságának csökkentése a hőcserélő felületről történő eltávolításával. Ebből a célból kondenzvíz kupakokat vagy csavart bordákat szerelnek fel a függőleges csövekre. Például a 10 cm-es lépésekben beépített sapkák 2-3-szorosára növelik a hőátadást. A vízszintes csövekre alacsony bordákat helyeznek, amelyek mentén a kondenzátum gyorsan áramlik. A gőzellátás vékony, a fóliát tönkretevő áramokban hatékony (a hőátadás 3-10-szeresére nő).

A gázok keveredésének hatása a kondenzációra

Ha a gőz már kis mennyiségű nem kondenzálható gázt is tartalmaz, a hőátadás meredeken csökken, mivel a gáz a gőz lecsapódása után a falnál marad, és felhalmozódva megakadályozza, hogy a gőz a fal felé mozduljon. Tehát 1% levegő tartalommal a gőzben a hőátadás 2,5-szeresére, 2% -kal - több mint háromszorosára csökken.

Amikor a gőz mozog, ez a hatás sokkal kisebb, de mindazonáltal az ipari létesítményekben a levegőt ki kell szivattyúzni a kondenzátorokból (egyébként elfoglalja a készülék térfogatát). És megpróbálják teljesen kizárni a jelenlétét a párban.

Mivel a kondenzáció a forralással ellentétes folyamat, az alapvető számítási képlet lényegében ugyanaz, mint a forralásnál:

 a falról eltávolított hőáram, W;  a fázisátalakulás hője, J/kg.

Ez a képlet nem veszi figyelembe a gőz telítési hőmérsékletre   történő lehűlésének és a kondenzátum ezt követő lehűlésének hőjét. Könnyű figyelembe venni ezeket a bemeneti nyílásnál lévő gőz és a kimenetnél a kondenzvíz ismert hőmérsékletén. Ám a forralással ellentétben itt még csak megközelítőleg is nehéz megbecsülni a Q értékét a hőátadás kis hőmérséklet-különbsége miatt (gőztől a falat hűsítő hűtőközeg felé). A kondenzáció különféle eseteire vonatkozó képletek tankönyvekben és kézikönyvekben találhatók.

Telített gőz kondenzáció

Egy anyag folyékony fázisának jelenlétében tetszőlegesen kis túltelítettségeknél és nagyon gyorsan kondenzáció következik be. Ebben az esetben a párolgó folyadék és a kondenzálódó gőzök között mozgékony egyensúly jön létre. A Clausius-Clapeyron egyenlet határozza meg ennek az egyensúlynak a paramétereit - különösen a kondenzáció során felszabaduló hőt és a párolgás során a lehűlést.

Túltelített gőz kondenzációja

Túltelített gőz jelenléte a következő esetekben lehetséges:

• ugyanazon anyag folyékony vagy szilárd fázisának hiánya.
• a kondenzációs magok hiánya  - a légkörben szuszpendált szilárd részecskék vagy folyékony cseppek, valamint ionok (a legaktívabb kondenzációs magok).
• kondenzáció egy másik gáz atmoszférájában - ebben az esetben a kondenzáció sebességét a gőzök gázból a folyadék felületére történő diffúziójának sebessége korlátozza.

A magfizika műszere, a felhőkamra  az ionokon történő kondenzáció jelenségén alapul.

Kondenzációs magok hiányában a túltelítettség elérheti a 800-1000 százalékot vagy még többet is. Ebben az esetben a kondenzáció a gőzsűrűség ingadozásainál kezdődik (az anyag véletlenszerű tömörödésének pontjai).

Telítetlen gőz kondenzációja

Por alakú vagy porózus szilárd anyagok jelenlétében a telítetlen gőz kondenzációja lehetséges. Az ívelt (jelen esetben homorú) felület megváltoztatja az egyensúlyi nyomást és elindítja a kapilláris kondenzációt .

Szilárdtest-kondenzáció

A kondenzáció a folyékony fázist megkerülve kis kristályok képződésén keresztül megy végbe ( desszublimáció ). Ez akkor lehetséges, ha a gőznyomás csökkentett hőmérsékleten a hármaspont nyomása alatt van.

Páralecsapódás az ablakokon

A hideg évszakban páralecsapódás lép fel az ablakokon. Páralecsapódás az ablakokon akkor keletkezik, amikor a felület hőmérséklete a harmatponti hőmérséklet alá esik . A harmatpont hőmérséklete a helyiség levegőjének hőmérsékletétől és páratartalmától függ. Az ablakokon a kondenzátum képződésének oka lehet a helyiségben a szellőzés megsértése miatti túlzott páratartalom növekedése, valamint a kettős üvegezésű ablak, a fém-műanyag keret, az ablakdoboz alacsony hőszigetelő tulajdonságai, az ablak hibás beépítési mélysége homogén falban, helytelen beépítési mélység a falszigetelő réteghez képest, teljes hiányában, vagy az ablaklejtők rossz minőségű szigetelése esetén.

Gőzlecsapódás a csövekben

Ahogy a gőz áthalad a csövön, fokozatosan lecsapódik, és a falakon kondenzátumfilm képződik. Ebben az esetben a gőz tömegének csökkenése miatt a G" gőz áramlási sebessége és sebessége a cső hosszában csökken, a kondenzátum G sebessége pedig nő. A kondenzációs folyamat fő jellemzője a csövekben a jelenlét a gőzáram és a film közötti dinamikus kölcsönhatásról A kondenzátumfilmre a gravitáció is hatással van, ennek következtében a cső térbeli tájolásától és a gőz sebességétől függően a kondenzátum mozgásának jellege eltérő lehet .A függőleges csövekben, amikor a gőz felülről lefelé halad, a gravitációs erők és a gőzáram dinamikus hatása egybeesik, és a kondenzátumfilm lefelé folyik. Rövid csövekben alacsony gőzáramlási sebesség mellett a gőz áramlása a filmet főként a gravitációs erő határozza meg, hasonlóan az állógőz függőleges falon történő lecsapódásának esetéhez A hőátadás intenzitása azonosnak bizonyul A gőz sebességének növekedésével a hő intenzitása Ennek oka a kondenzátumréteg vastagságának csökkenése, amely gőz hatására a patak gyorsabban folyik. Hosszú csövekben nagy gőzsebesség mellett a folyamat képe bonyolultabbá válik. Ilyen körülmények között a folyadék részleges elválása a film felületétől és gőz-folyadék keverék képződése figyelhető meg az áramlás magjában. Ebben az esetben a gravitáció befolyása fokozatosan elveszik, és a folyamat szabályszerűségei többé nem függnek a cső térbeli tájolásától. Vízszintes csövekben nem túl nagy gőzáramlási sebességeknél a gravitáció és a gőzsúrlódás kölcsönhatása a fólián eltérő áramlási mintázatot eredményez. A gravitáció hatására a kondenzátumfilm lefolyik a cső belső felületén. Itt a kondenzátum felhalmozódik és patakká alakul. Ezt a mozgást felülírja a kondenzátum hosszirányú mozgása a gőzáram hatására. Ennek eredményeként a hőátadás intenzitása változónak bizonyul a cső kerülete mentén: magasabb a felső részen, mint az alsóban. A vízszintes cső keresztmetszetének alsó részének kondenzátummal való elárasztása miatt az átlagos hőátadási sebesség kis gőzsebességek mellett még alacsonyabb lehet, mint amikor az azonos átmérőjű vízszintes csövön kívül álló gőz kondenzál.

Lásd még

• Kondenzátor
• Kondenzátum

Jegyzetek

1. ↑ Szerk. I. L. Knunyants. KONDENZÁCIÓ // Kémiai Enciklopédia. — M.: Szovjet Enciklopédia. – 1988.
2. ↑ A kondenzáció típusai . Studiopedia. Hozzáférés dátuma: 2017. december 6. Az eredetiből archiválva : 2017. december 7. (határozatlan)

Linkek

• A kondenzáció fogalma a Kémiai Enciklopédia honlapján

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy katalán Nagy norvég Nagy norvég Kis Brockhaus és Efron Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 119818886 J9U : 987007553041905171 LCCN : sh85030761