Теплоотдача при конденсации пара

В химической промышленности очень широко применяются процессы, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния веществ: испарение, конденсация, плавление или кристаллизация. Теплообмен в этих процессах имеет ряд особенностей:

1) тепло распространяется при постоянной температуре (температура фазового превращения, т.е. температура кипения или конденсации);

2) тепло одновременно распространяется в двух фазах.

Если в качестве горячего теплоносителя используется сухой насыщенный пар, то при соприкосновении его с поверхностью нагрева за счет отдачи тепла происходит конденсация пара.

а б

Рисунок 2.1 – Схема конденсации пара

Конденсация бывает капельная и пленочная. При капельной конденсации (рисунок 2.1а) образующийся конденсат осаждается на несмачиваемой поверхности в виде отдельных капель. При пленочной конденсации (рисунок 2.1б) конденсат образует на поверхности нагрева сплошную пленку. В этом случае интенсивность теплоотдачи ниже, чем при капельной конденсации, так как передача тепла от пара к поверхности нагрева происходит через сплошную пленку конденсата, которая оказывает большое термическое сопротивление, поэтому толщина пленки существенно влияет на теплоотдачу.

Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации определяется из критериального уравнения:

Nu = с (Pr·Ga·Ku)^0,25, (2.11)

где Ga – критерий Галлилея;

Кu – критерий Кутателадзе.

Из этого уравнения можно найти коэффициент теплоотдачи при конденсации пара:

, (2.12)

где А – коэффициент, зависящий от расположения поверхности нагрева; для вертикальных аппаратов А=1,15, для горизонтальных А=0,72;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

– плотность пленки конденсата, кг/м³;

– коэффициент теплопроводности пленки конденсата, Вт/(м·К);

– коэффициент кинематической вязкости пленки конденсата, м²/с;

– перепад температур на пленке конденсата, К;

H – высота стенки, на которой происходит конденсация, м; для вертикальных аппаратов H = l, для горизонтальных H=d.

Перепад температур на пленке конденсата равен разности температур пара и стенки со стороны пара:

. (2.13)

Все параметры пленки конденсата зависят от ее средней температуры, которая определяется как среднеарифметическая величина температуры пара и стенки.