Конденсатор воды. 3.2.2 Конденсаторы с водяным охлаждением

КАК ДОБЫТЬ ВОДУ С ПОМОЩЬЮ КОНДЕНСАТОРА. Конденсатор воды


АНО ДПО «Учебно-консультационный центр «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Конденсаторы с водяным охлаждением по своему конструктивному исполнению подразделяются на следующие основные группы:

  • кожухо — трубные конденсаторы;
  • конденсаторы типа «труба в трубе»;
  • пластинчатые конденсаторы.

Конденсаторы первой группы чаще всего используются на установках средней и большой мощности, другие же — на установках средней и малой мощности.

Кожухо — трубные конденсаторы.

Кожухо - трубные конденсаторы Рисунок 15

В верхней части кожуха располагается патрубок подвода горячего парообразного хладагента, поступающего из компрессора. В нижней части установлен патрубок отвода жидкого хладагента.

Горячий парообразный хладагент омывает трубки и заполняет свободное пространство между трубками и кожухом.

Холодная вода подаётся по трубкам снизу и выходит через верхнюю часть кожуха.

Горячий парообразный хладагент соприкасается с трубками, по которым циркулирует холодная вода, остывает, конденсируется и скапливается на дне конденсатора. Вода, поглощая теплоту от хладагента, выходит из конденсатора с более высокой температурой, чем на входе в конденсатор. Участок «дополнительного охлаждения», если таковой предусмотрен, состоит из пучка трубок, расположенных на дне конденсатора и отделённых от остальных трубок металлической перегородкой. В таком случае поступающая в конденсатор холодная вода в первую очередь проходит через участок «дополнительного охлаждения».

Трубки конденсатора изготавливаются из меди и имеют номинальный диаметр 20 и 25 мм. С внешней стороны трубки имеют оребрение, которое позволяет повысить эффективность теплообмена между хладагентом и находящейся внутри трубок водой.

Обычно в конденсаторах используется вода из системы оборотного водоснабжения.

Температура конденсации хладагента примерно на 5 ºС выше температуры воды на выходе из конденсатора. Например, при температуре воды на выходе из конденсатора 35 ºС температура конденсации хладагента R-22 составляет примерно 40 ºС. В этих условиях перепад температуры воды в конденсаторе не превышает 5 ºС.

Для передачи 1 кВт тепла от хладагента к проточной воде требуемый расход воды составляет около 170 л/ч.

Конденсаторы типа «труба в трубе».

Эти конденсаторы представляют собой выполненную в виде спирали трубку, внутри которой соосно расположена другая трубка. Хладагент может перемещаться по внутренней трубке, а охлаждающая жидкость по внешней трубке, либо наоборот (смотри Рис. 16).

Схема конденсатора типа «труба в трубе».

Кожухо — трубные конденсаторы выполняются в виде стального цилиндрического кожуха, с обоих концов которого приварены стальные трубчатые решётки. В них запрессовываются медные трубки. К трубным решёткам крепятся головки с входным и выходным патрубками для подключения к системе водяного охлаждения (смотри Рис.15).

Схема кожухо — трубного конденсатора с водяным охлаждением.

Схема конденсатора типа «труба в трубе Рисунок 16

Вся конструкция может быть выполнена из меди, либо внутренняя трубка может быть медной, а внешняя — стальной.

Как внешняя, так и внутренняя поверхности могут иметь оребрение, увеличивающее эффективность теплопередачи. Два потока жидкостей движутся навстречу друг другу. Вода поступает снизу и выходит сверху, хладагент перемещается в противоположном направлении.

Общий вид пластинчатого конденсатора Рисунок 17

Этот тип конденсатора используется в автономных установках кондиционирования воздуха и установках малой мощности. В связи с тем, что конденсатор этого типа представляет собой неразъёмную конструкцию, очистка трубки, по которой циркулирует вода, может проводиться только химическим путём.

Пластинчатые конденсаторы.

В этом типе теплообменника циркуляция жидкости происходит между пластинами, которые расположенными «ёлочкой» (смотри Рис. 17). Пластины теплообменника выполнены из нержавеющей стали.

Общий вид пластинчатого конденсатора.

Внутри теплообменника создаются два независимых контура циркуляции — хладагента и охлаждающей воды. Эти два потока движутся навстречу друг другу. Пластинчатые теплообменники имеют очень высокие теплотехнические характеристики, что обусловило их большое распространение в установках средней и малой мощности. Высокая эффективность этих теплообменников сочетается с компактными размерами и малой массой, небольшими перепадами температур между двумя жидкостями. Это повышает эффективность установки за счёт меньшего количества требуемого хладагента.

Пластинчатые теплообменники используются не только в качестве конденсатора, но и в качестве испарителя.

В Таблице 4 приводятся наиболее часто встречающиеся значения температуры воды, используемой в конденсаторах, и соответствующие значения температуры конденсации хладагента.

Температуры воды на входе в конденсатор и температуры конденсации.

Таблица 4

Температура воды на входе, ºС Температура конденсации, ºС
16 32 ÷ 38
24 38 ÷ 40

Максимально допустимые при испытаниях значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением приведены в Таблице 5.

Максимально допустимые значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением.

Таблица 5

Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура хладагента, кПа 2 450
Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура воды, кПа 1 000

Коэффициент загрязнения.

Коэффициент загрязнения характеризует термическое сопротивление, вызванное отложением осадка, содержащегося в воде, на внутренних стенках теплообменника. В результате снижается теплопередача.

Проблема загрязнения трубок является большим препятствием при использовании теплообменников в регионах с повышенными показателями жёсткости воды.

Согласно стандарту ARI Standart 590 характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора:

Согласно стандарту ARI Standart 590 характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора

Для других коэффициентов загрязнения необходимо скорректировать характеристики холодильных машин. В Таблице 6 указаны коэффициенты коррекции эффективности холодильных машин для разных коэффициентов загрязнения.

Следует отметить, что приведённые в Таблице 6 коэффициенты обычно используются для корректировки холодо и тепло производительности установок большой мощности.

Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки в зависимости от коэффициента загрязнения.

Таблица 6

Коэффициент загрязнения,(м2 × ºС / Вт)Поправочный коэффициент холодо производительностиПоправочный коэффициент потребляемой мощности компрессораИспарительКонденсатор
чистые трубки1,011,020,98
8, – 10-51,001,001,00
17, – 10-50,980,981,03
35, – 10-50,940,941,05

Для установок малой и средней мощности в качестве исходной точки принимаются чистые пластины конденсатора и испарителя, а значения поправочных коэффициентов соответствуют указанные в Таблице 7.

Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки малой мощности в зависимости от коэффициента загрязнения.

Таблица 7

Коэффициент загрязнения, (м2 × ºС / Вт) Поправочный коэффициент холодильной машины Поправочный коэффициент потребляемой мощности компрессора
чистые трубки 1,00 1,00
4,4 × 10-5 0,98 0,99
8,8 × 10-5 0,96 0,99
17,6 × 10-5 0,93 0,98

В технической документации на оборудование обязательно приводится методика пересчёта характеристик в зависимости от коэффициента загрязнения.

В Таблице 8 указаны коэффициенты загрязнения, соответствующие различным типам используемой воды.

Типичные коэффициенты загрязнения для различных типов воды.

Таблица 8

Тип воды Коэффициент загрязнения, (м2 × ºС / Вт)
Вода из водонапорной башни (необработанная) 17,6 × 10-5
Вода из реки (озера) 17,6 × 10-5
Вода из скважины 17,6 × 10-5
Морская вода (открытое море) 0,044 × 10-5

С целью сокращения загрязнения до минимально возможного уровня рекомендуют устанавливать скорость потока воды, превышающий 1 м/с. Рекомендуется также периодически производить очистку трубок механическим либо химическим путём.

www.hvac-school.ru

3) Конденсатор

Конденса́тор (в теплотехнике)-теплообменный аппарат, теплообменник, в котором осуществляется процесс конденсации, процесс фазового перехода теплоносителя из парообразного состояния в жидкое за счёт отвода тепла более холодным теплоносителем.

Принцип действия

В конденсатор обычно поступают перегретые пары теплоносителя, которые охлаждаются до температуры насыщения и, конденсируясь, переходят в жидкую фазу. Для конденсации пара необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. В зависимости от охлаждающей среды (теплоносителя) конденсаторы могут быть разделены на следующие типы: с водяным охлаждением, с водо-воздушным (испарительным) охлаждением, с воздушным охлаждением, с охлаждением кипящим холодильным агентом в конденсаторе-испарителе, с охлаждением технологическим продуктом. Выбор типа конденсатора зависит от условий применения.

Разновидности

По принципу теплообмена конденсаторы разделяются на: смешивающие (конденсаторы смешения) и поверхностные. В смешивающих конденсаторах водяной пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой, а в поверхностных пары рабочего тела отделены стенкой от охлаждающего теплоносителя. Поверхностные конденсаторы разделяются по следующим особенностям:

по направлению потоков теплоносителя: прямоточные, противоточные и с поперечным потоком теплоносителей;

по количеству изменений направления движения теплоносителя — на одноходовые, двухходовые и др.;

по количеству последовательно соединённых корпусов — одноступенчатые, двухступенчатые и др.

по конструктивному исполнению: кожухотрубные, пластинчатые и др.

Смешивающие конденсаторы

В смешивающем конденсаторе тепло- и массообменный процесс происходит путем прямого смешения сред. Охлаждающая вода разбрызгивается в пространстве смешивающего конденсатора. Пар конденсируется на поверхности капель воды и стекает вместе с ней в поддоны, откуда откачивается конденсатными насосами. Взаимное расположение потоков пара и воды может быть параллельным, противоточным или поперечноточным. Поскольку в конденсат попадает охлаждающая вода с растворённым в ней воздухом и другими примесями, такая смесь не может быть использована для современных паровых котлов, которые предъявляют высокие требования к подготовке питательной воды. Поэтому смешивающие конденсаторы применяются либо в малых паровых машинах, либо в системах охлаждения с т. н. «сухими градирнями», где роль охладителей выполняют закрытые радиаторы. Поэтому охлаждающая вода, проходя через радиаторы, мало загрязняется и может быть присоединена к потоку конденсата.

Поверхностные конденсаторы

В поверхностных конденсаторах нет прямого контакта конденсата с охлаждающей водой, поэтому они применяются для любых систем прямого и оборотного охлаждения, в том числе и с охлаждением морской водой.

Рис. 2. Схема устройства поверхностного конденсатора.

В корпусе 1 поверхностного конденсатора установлены трубные доски 2, в отверстия которых завальцованы тонкостенные трубки 3. Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок, называемых «трубными пучками». Трубки выполняются из латуни или нержавеющей стали, они имеют, как правило, диаметр 24-28 мм и толщину 1-2 мм. Места вальцовки — основной путь попадания примесей в конденсат. Пространство между трубными досками и боковыми стенками конденсатора 4 представляют собой водяные камеры 5 и могут быть разделены перегородками на несколько отделений. Охлаждающая циркуляционная вода подводится под напором через патрубок 6 к нижнему отсеку водяной камеры, проходит по трубкам в поворотную камеру, проходит по другому пучку трубок и удаляется через патрубок 7. При этом вода нагревается примерно на 10 °C. Такой конденсатор называется двухходовым. Могут быть также одноходовые, трёхходовые и даже четырёхходовые конденсаторы. Одноходовые конденсаторы применяются, как правило, в судовых установках, где увеличение расхода охлаждающей воды не имеет практического значения, а также в конденсаторах турбоустановок АЭС, где это диктуется технико-экономическими соображениями.

Пар входит в конденсатор через горловину 8 цилиндра низкого давления турбины, попадает на холодную поверхность трубок 3, конденсируется, стекает вниз и скапливается в сборнике конденсата 9, откуда откачивается конденсатными насосами. Бо́льшая часть пара (свыше 99 %) конденсируется в т. н. зоне массовой конденсации, куда проникает сравнительно мало воздуха. Температура насыщенного пара не превышает обычно 50-60 °C. В зоне охлаждения парциальное давление пара меньше и температура паровоздушной смеси ниже. В этой зоне возможно переохлаждение конденсата, что неблагоприятно сказывается на эффективности установки в целом. Зону охлаждения отделяют перегородкой.

При конденсации в паровой части конденсатора образуется разрежение, то есть давление становится ниже атмосферного. При этом через неплотности в корпусе и через места вальцовки трубок проникает наружный воздух и воздух, растворённый в воде (примерно 0,05-0,1 % массового расхода пара). Попадание кислорода в конденсат влечёт возможность коррозии оборудования. Кроме того, примесь воздуха значительно ухудшает теплотехнические характеристики конденсатора, так как коэффициент теплоотдачи при конденсации пара составляет несколько тысяч кВт/(м²°С), а для паровоздушной смеси с большим содержанием воздуха — всего несколько десятков кВт/(м²°С). Воздух отсасывается пароструйным или водоструйным эжектором через патрубок 10. Так как воздух в конденсаторе смешан с паром, то отсасывать приходится паровоздушную смесь. Попадание в конденсат сырой охлаждающей воды приводит к солевому загрязнению пароводяного тракта, поэтому химический состав конденсата необходимо контролировать. На электростанциях после конденсатных насосов устраивают системы очистки конденсата.

Для расчёта теплотехнических свойств конденсатора используются заводские характеристики конденсаторов. Коэффициент теплопередачи в поверхностном конденсаторе зависит от паровой нагрузки, диаметра и чистоты трубок, скорости воды в трубках, числа ходов и других факторов. Коэффициент теплопередачи резко падает при снижении паровой нагрузки в связи с неравномерностью процесса распространения пара. Для определения коэффициента теплопередачи часто используют эмпирические зависимости, полученные Львом Давыдовичем Берманом (1903—1998), долгие годы проработавшим в ВТИ.

Требования, предъявляемые к конденсаторам. Высокая эффективность работы конденсатора является непременным условием экономичности холодильной машины. Так, понижение температуры конденсации на один градус (с 30 до 29°С) для холодильной машины с поршневым компрессором, работающей при средних температурах кипения, приводит к уменьшению удельного расхода энергии примерно на 1,5%. Такой же энергетический эффект достигается при охлаждении жидкого холодильного агента на 1°С ниже температуры конденсации.

Для выполнения этого требования необходимо, чтобы конструкция конденсатора обеспечивала:

быстрое удаление конденсата с поверхности теплопередачи;

выпуск воздуха и других неконденсирующихся газов;

удаление масла в аммиачных аппаратах;

удаление загрязнений со стороны охлаждающей среды; водяного камня и других отложений в аппаратах водяного охлаждения; пыли, копоти, ржавчины в конденсаторах воздушного охлаждения.

Конденсаторы водяного охлаждения. Для конденсаторов с водяным охлаждением применяют две системы водоснабжения: прямоточную и оборотную. При прямоточной системе вода забирается из водоема или водопроводной сети и после использования в конденсаторе возвращается в водоем или сливается в канализацию. Такой способ, имеет ряд недостатков, основными из которых являются: высокая стоимость водопроводной воды; повышенная затрата энергии при значительном удаления источника воды от потребителя; необходимость в сложных устройствах для забора и фильтрации воды; возможное загрязнение естественных водоемов.

Воздушные конденсаторы (конденсаторы воздушного охлаждения)

Воздушные конденсаторы представляют собой оборудование, принцип работы которого основан на процессах теплообмена. Они предназначены для использования в полупромышленных кондиционерах и промышленных технологических установках для охлаждения воздушной среды. Воздушные конденсаторы состоят из трех основных элементов: батарея теплообмена, вентилятор, двигатель вентилятора. Достоинства: простота изготовления переменных конденсаторов, предназначенных для механической регулировки емкости, рассчитанных на постоянные механические воздействия. Недостатки: нестабильность, зависимость от температуры и влажности среды, ненадежность, большие габариты, маленькая емкость на единицу объема, относительно низкая электрическая прочность, ограниченная пробоем воздуха между пластинами.

В случаях, когда конденсаторы с принудительным воздушным охлаждением нужно установить внутри помещения, предусматриваются воздуховоды как для всасываемого, так и для выходящего воздуха, а также, в большинстве случаев, шумоглушители

studfiles.net

Конденсаторы смешения

АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Конструкция конденсаторов смешения. В конденсаторах смешения пар и охлаждающая вода смешиваются путем впрыскивания воды в па­ровое пространство; при этом пар отдает скрытое тепло холодной воде, нагревает ее и конденсируется.

Конденсаторы смешения могут применяться только для сжижения паров воды или других жидкостей, не представляющих ценности; в тех случаях, когда требуется выделить конденсат в чистом виде или конден­сировать пары какой-нибудь ценной жидкости, конденсаторы смешения непригодны.

Конденсаторы смешения широко распространены в химической промышленности, так как они отличаются высокой производительностью, имеют простую конструкцию и легко могут быть защищены от коррозии.

По способу действия различают конденсаторы смешения двух ти­пов: 1) м о к р ы е и 2) с у х и е.

В мокрых конденсаторах охлаждающая вода, конденсат и газы откачиваются совместно одним мокровоздушным насосом; в сухих или барометрических конденсаторах вода и конденсат стекают самотеком по одной трубе, воздух же и газы откачива­ются из верхней части конденсатора воз­душным вакуум-насосом.

Процесс работы конденсатора сме­шения очень прост. Пар и охлаждающая вода смешиваются в герметически замк­нутом сосуде, в котором при сжижении пара создается вакуум.

Для того чтобы вода могла хорошо перемешиваться с паром и быстро погло­щать его скрытую теплоту, необходимо создать возможно большую поверхность соприкосновения ее с паром. Для этого охлаждающая вода либо р спыляется через сопла, либо стекает через борта и в отверстия горизонтальных полок.

В зависимости от взаимного напра­вления движения пара и воды различают противоточные и прямоточ­ные конденсаторы, а в зависимости от высоты расположения—конденсаторы низкого и высокого уровня.

Взаимное направление движения па­ра и жидкости в конденсаторе не имеет значения для теплообмена, так как про­цесс протекает при изменении агрегатного состояния одного из участвую­щих в теплообмене веществ (пара). Однако в противоточных конденса­торах расходуется меньше энергии на перемещение воды и удаление воз­духа, чем в прямоточных. При противотоке разность температур конден­сирующегося пара и уходящей воды равна 1—3°, а при прямотоке 5—6° и, следовательно, расход воды в прямоточных конденсаторах будет боль­шим.

В сухих противоточных конденсаторах воздух удаляется сверху, где. температура его близка к начальной температуре охлаждающей воды; при прямотоке, как правило, приходится удалять воздух, имеющий более высокую температуру и, следовательно, больший объем.

Прямоточные конденсаторы применяются главным образом для установок сравнительно небольшой производительности и в тех случаях, когда смесь воды и конденсата поступает на охлаждение (например, в градирню) и вновь используется в конденсаторе.

Известны конденсаторы разнообразной конструкции. Ниже рас­смотрены некоторые типичные аппараты.

Конденсаторы смешения

Рис. 280. Сухой прямоточный кон­денсатор низкого уровня:

/—корпус; 2—сопло; 3—центробежный на­сос; 4— воздушный насос.

На рис. 280 изображен сухой прямоточный конденсатор, располо­женный на низком уровне. Вода в конденсатор засасывается вследствие имеющегося в нем разрежения. Пар поступает в верхнюю частькорпуса 1 конденсатора и смешивается с водой, распыляемой соплами 2. Конденсат и вода откачиваются центробежным насосом 3. Для сохране­ния вакуума, образующегося при конденсации пара, воздух и нескон - денсированные газы отсасываются воздушным насосом 4.

Конденсаторы смешения

При давлении в конденсаторе 0,15 ата (в среднем) вакуум равен 8,5 м вод. ст., а остаточный напор для распыления воды в конден­саторе должен быть не менее 3,5-f3 м вод. ст. Поэтому патрубок для ввода охлаждающей воды в такой конденсатор должен быть располо­жен на высоте не более 5—

5,5 м над уровнем охлаж­дающей воды в резервуаре или бассейне.

Сухой противоточный барометрический конденса­тор (рис. 281) состоит из кор­пуса 1, снабженного полка­ми 2 для орошения водой, и барометрической трубы 3 для стока охлаждающей во­ды и конденсата. Пар посту­пает в конденсатор снизу через штуцер 4, вода подво­дится по патрубку 5 и сте­кает последовательно через отверстия борта тарелок.

Воздух отсасывается через патрубок 6 и проходит брызгоуловитель-ловушку 7 с барометрической трубой 8. В брызгоуловителе воздух меняет направление, а части­цы воды, унесенные возду - Рис. 281. Сухой проти- Рис. 282. Сухой баромет - хом из конденсатора, как бо - воточный барометриче - рический конденсатор с тяжрпыр ппопппжяют по

Ский конденсатор: кольцевыми полками: лее тяжелые, продолжают по

/—корпус; 2—полки; 3. /-корпус; 2, 3-кольце вые ИНерЦИИ ДВИГаТЬСЯ ВНИЗ И в—барометрические трубы; полки; 4—труба для ввода па - СТЄКЗЮТ ЧЄПЄЗ Tpv6v 8. OCV -

4— Штуцер для ввода пара; ра; 5—штуцер для ввода воды; „ ^ J

5— Патрубок для ввода во - б-штуцер для отсасывания шенНЫИ ВОЗДуХ ОТСаСЫВаеТСЯ ды; 6—патрубок для отса- воздуха; 7-штуцер для отво - КЯк\шм. нярпгпм

Сывания воздуха; 7—брыз - № конденсата. оап. уут na^w^yjm.

Гоулрвитель-ловушка. БарОМЄТрИЧЄСКИЄ КОН -

Денсаторы изготовляют глав­ным образом с сегментными и кольцевыми (рис. 282) полками. Наиболее часто применяют сегментные полки, так как их проще собирать и не требуется устройства центральной трубы, из-за которой уменьшаются при прочих равных условиях живое сечение и производительность кон­денсатора.

Производительность барометрических конденсаторов колеблется в пределах 250-^15 ООО кгс конденсируемого пара в час. Абсолютное да­вление в них равно обычно 0,1-^0,2 ата.

В барометрических конденсаторах расход энергии значительно меньше, чем в конденсаторах низкого уровня, так как вода в барометри­ческих конденсаторах не откачивается насосом, а удаляется самотеком через барометрическую трубу. Преимущества барометрических конден­саторов особенно заметны в тех случаях, когда отработанная вода сли­вается в канализацию и может быть создан естественный напор воды, поступающей в конденсатор.

В химической промышленности сухие барометрические конденса­торы применяются главным образом в многокорпусных выпарных уста­новках, последние корпуса которых работают под вакуумом.

Мокрые конденсаторы применяют лишь в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможна установка барометрической трубы.

В мокром прямоточном конденсаторе полочного типа (рис. 283) охлаждающая вода впрыскивается сверху при помощи разбрызгивателя и в виде плоских струй стекает с полки на полку. Пар движется сверху вниз параллельно воде. Конденсат, вода и не - сконденсированные газы откачиваются снизу мокровоздушным насосом.

Нагревание воды в конденсаторах смешения. Стоимость конденсации зависит в основном от двух факторов: стоимости установки и расхода охлаждающей воды и энергии. Для уменьше­ния расхода воды необходимо увеличивать размеры конденсатора, и, наоборот, умень­шение размеров конденсатора ведет к увеличению расхода воды.

В каждом конкретном случае подбирают оптимальные условия, с тем чтобы затраты на сооружение и эксплуатацию конденсационной установки были наименьшими.

Для выяснения зависимости расхода охла­ждающей воды от размеров и конструкции кон­денсатора рассмотрим процесс нагревания воды в конденсаторе.

Впрыскиваемая в конденсатор вода нагре­вается при непосредственном ее соприкосновении с паром; поэтому в равных условиях интенсив­ность теплообмена, а следовательно, и степень нагрева будут тем больше, чем больше поверх­ность соприкосновения воды с паром и чем длительнее это соприко­сновение.

Величина поверхности данного объема воды зависит от способа ее распределения в конденсаторе.

Охлаждающая вода может стекать в виде пленки, а также в виде плоских и цилиндрических струй или мелких капель. При любом способе распределения воды отношение поверхности соприкосновения к объему воды зависит от толщины и диаметра струй и капель. При одном и том же объеме поверхность будет наибольшей в том случае, когда вода вбрызгивается в конденсатор в виде отдельных капель, и наименьшей— когда вода стекает в виде пленки.

Определим продолжительность нагревания впрыскиваемой воды до заданной температуры в зависимости от формы распределения воды и толщины ее слоя.

Конденсаторы смешения

Рис. 283. Мокрый прямо­точный конденсатор:

/—корпус; 2—полка; S—раз­брызгиватель.

Количество тепла, которое имела капля воды на входе в конденса­тор, избыточное по отношению к теплосодержанию воды при темпера-

Рассматривая процесс нагревания воды в конденсаторе смешения как неустановившийся процесс теплообмена, можно вести расчет в соот­ветствии с формулой (2—186):туре пара в конденсаторе (принимая температуру последнего в конден­саторе практически постоянной), можно выразить равенством

А количество тепла, воспринятого каплей при прохождении ее через кон­денсатор

В этих формулах:

19Н и t2K—температура воды на входе в конденсатор и выходе из него в С;

/Нас.—температура конденсирующего пара в °С; R—радиус капли в м\ у—уд. вес воды в кгс/м3\ с—уд. теплоемкость воды в ккал/кг-°С. Подставив эти значения Q и Q0 в уравнение (2—186), получим для шара

(*2К — /2н) у V = — (4„ — *нас.) «tfV/п, ^ "S")

Или после сокращения и преобразования

To

T2K *2Н

І ___________________ / 'ШІ 1 /2

'нас. 4н \ Л 1

Для цилиндра по аналогии с только что выведенным выражением получим

Или окончательно

'а, ах

= L-t/>1T (2—189)

(t2K - t2li) 2«= - (/2Н - /нас.) 2«/^Lrc/ц (f /,

= ^ 189а)

Для плоскости

^2К ------------------------------------------- *

И

Вместо величин а, X и а можно подставить их средние значения для пара и воды, а именно:

А = 10 ООО ккал/м2 ■ час • °С; Х = 0,52 ккал/м-часС;

А 10 000

19231;

X 0,52 X 0,52

Су Ы000

Подставив вместо радиуса l=R, выраженного в метрах, диаметр d в миллиметрах, а также время z в сек. и обозначив

He-*,и = р (2-190)

'нас. '2Н

(где р—степень нагрева), окончательно получим следующие функцио­нальные зависимости: для шара

(9,615d, 0,577^) (2-191)

Р=/ц 0,577 (2—191а)

P = fn ^19,230/, 0,144-^-j (2—1916)

Где l=o—толщина плоской струи в мм, при одностороннем обогреве, и

/ —при двухстороннем обогреве.

Значения степени нагревания воды для струй, определенные по формуле (2—190), приведены в табл. 16.

Таблица 16

Значения степени нагревания воды р— —----- — в конденсаторах смешения

Нас. 2н

Степень нагрева прн диаметре водяной

Число

Число

Расстояние

Время падения

Струи в мм

Ступеней

Полок

Между полками

Для одной

В мм

Ступени в сек.

2

3

5

2

4

300

0,35

0,538

0,368

0,214

3

6

300

0,35

0,645

0,466

0,263

4

8

300

0,35

0,727

0,533

0,310

2

4

400

0,41

0,580

0,410

0,233

3

6

400

0,41

0,687

0,500

0,289

4

8

400

0,41

0,774

0,568

0,346

Величину р для конденсатора заданных размеров или, наоборот, размеры конденсатора, в зависимости от заданного р определяют по продолжительности пребывания воды в конденсаторе. Зависимость вре­мени падения от высоты падения вычисляется для каждой ступени по формуле свободного падения тел

Z = j/?^_ceK. (2—192)

Объем воздуха, отсасываемого из конденсатора. Обшее давление в конденсаторе складывается из давления пара Рп и воздуха Рвозл>. Как отмечалось, воздух и неконденсирующиеся газы попадают в конденсатор с паром и охлаждающей водой. Количество воздуха и газов в паре зависит от свойств жидкости, из которой образовался пар, а также от плотности соединений арматуры и трубопроводов и поэтому различно в каждом отдельном случае. Количество воздуха и газов в охлаждаю­щей воде зависит от ее температуры и, следовательно, также не является постоянным.

Для плоскости

При вводе в конденсатор воздуха и неконденсирующихся газов уменьшается парциальное давление пара и относительное содержание его в смеси. С этим связано значительное уменьшение коэффициента теплопередачи при конденсации. Поэтому необходимо непрерывно удалять воздух и неконденсирующиеся газы из конденсатора.

Можно считать, что 1 кгс воды при 0° и 760 мм рт. ст. содержит в среднем около 2% (по объему) атмосферного воздуха, что соответ­ствует содержанию 0,000025 кгс воздуха на 1 кгс воды (при уд. весе воздуха Твозд.^1.25 кгс/м3). На 1 кгс конденсирующегося пара подсасы­вается через неплотные соединения аппаратуры и коммуникаций в среднем 0,01 кгс воздуха. Исходя из этих данных, можно подсчитать объем воздуха, который необходимо отсасывать из конденсатора.

Для поверхностных конденсаторов вес отсасы­ваемого воздуха равен

GBOзд. = 0,000025D + 0,0ID 0,0ID кгс/час (2—193)

Где D—количество пара, поступающего в конденсатор, в кгс/час.

Объем воздуха, отсасываемого из конденсатора, при 0° и 760 мм рт. ст.

Квозд. = 0,001 (-J—-D + - D J м'/час

Или

Vm =0,001 (0.02D + 8D) м3/час (2—194)

Для конденсаторов смешения вес отсасываемого воз­духа равен

Свозд. = 0.000025D - f 0,000025W + 0.01D кгс/час (2 — 195)

Соответственно объем отсасываемого воздуха при 0° и 760 мм рт. ст.

VB03U. = 0,001 [0,02 (D + W) + 8D] ж/час (2—196)

При заданных температурных условиях работы конденсатора объем отсасываемого из него воздуха должен быть приведен к нормальным условиям:

^возд.^возд. ^возд.-^возд.-^

Где

Р = Р------------ Р

Возд. 1 1 п

/?во3д. =29,27 кгс-м/кгс-°К

Следовательно

Увозд. = 29'27gp^,p2y3 + 0 м-» (2-197)

В уравнении (2—197) упругость пара Рп должна соответствовать температуре £нас., по которой ее значение находится в таблицах для насыщен­ного водяного пара.

Температура отсасываемого1 воздуха tB03R. неодинакова при одних и тех же условиях для различных типов конденсаторов.

Для поверхностных конденсаторов температура '•возд. принимается равной начальной температуре охлаждающей воды,

Т. е. *В03Д. = *2Н.

Для мокрого конденсатора смешения темпера­тура tB0зд. принимается равной конечной температуре охлаждения воды

T —t 'возд. 2К -

Для сухого конденсатора смешения температура ^возд. вычисляется по эмпирической формуле

Размеры конденсаторов смешения. Диаметр конденса­тора. Внутренний диаметр конденсатора определяется по количеству конденсируемого пара и скорости протекания его.

Скорость пара зависит от формы распределения воды в конденса­торе, т. е. от величины капель или струй.

В нижней части конденсатора скорость пара не должна превышать величины, при которой капли воды могли бы увлекаться паром в верх конденсатора. Теоретически нетрудно доказать, что падение капель вниз не будет нарушено, если давление пара на падающую в свободном объеме каплю не будет превышать удвоенного веса капли. При наличии полок максимальная скорость пара может лишь несколько превышать ту скорость, при которой его давление равно весу капли. WJ Для интервала давлений 0,1—0,2 ата расчетная скорость пара может быть принята 35ч - 55 м/сек.

Обозначим:

D—количество конденсируемого пара в кгс/час\ vn—удельный объем пара в м3/кгс\

—скорость пара в конденсаторе в м/сек\ dK—внутренний диаметр конденсатора в м.

Обычно расчетную производительность конденсатора принимают в полтора раза большей его действительной производительности. Тогда площадь свободного сечения конденсатора равенства

Р __ ^к __ 1, 5Dvn К~ 4 3600шп

Откуда диаметр конденсатора:

DK=0,023l/^ ж (2-198)

Г wn

Размеры полок. Для того чтобы вода пере­ливалась по полкам конденсатора, с сохранением при этом достаточного прохода для пара, принимают ши­рину а полки (рис. 284)

А=-^-+50мм (2—199)

Диаметр отверстий в полках конденсатора и число их выбирают, исходя из величины потребной поверхности теплообмена струй и капель воды с паром; вместе с тем предусматривают, чтобы отверстия не были слишком малы и не забивались, а также чтобы они могли пропустить большую часть охлаждающей воды; остальная вода должна стекать в виде сплошной водяной завесы через борта полок.

Обычно принимают диаметр отверстия 2 мм для чистой воды и 5 мм для загрязненной; высоту борта полки принимают 40 мм.

Суммарная площадь отверстий, приходящаяся на всю площадь

Поперечного сечения конденсатора, т. е. на каждые две его полки, равна

<2-200>

Где W—расход воды в м3/час\

Wc—скорость струй воды в м/сек.

Определится из

Конденсаторы смешения

Рис. 284. К определению раз­меров полки кон­денсатора.

26 а. Г. Касаткин.

Расход воды W зависит от количества конденсирующегося пара и колеблется обычно в пределах от 15 до 60 D.

Скорость wc струй при высоте борта полки 40 мм может быть принята равной —0,62 м/сек.

Принимая шахматное расположение отверстий под углом 60°, можно определить шаг отверстий по формуле

T = 0,866с? (2—201)

\ 'к

Где d—диаметр отверстия в мм;

-j-------------- отношение суммарного сечения отверстий к сечению кон-

/ к

Денсатора, равное для приведенных выше расходов во­ды 0,025—0,1.

Высота конденсатора. Среднее расстояние между полками и суммарную полезную высоту конденсатора выбирают, исходя из принятого повышения температуры воды и продолжительности ее пребы­вания в конденсаторе.

Продолжительность пребывания воды в конденсаторе определяют по его высоте и скорости падения струй, которая зависит главным образом от расстояния между полками.

Обычно задаются высотой конденсатора и расстоянием между полками и проверяют, достигается ли при этом необходимый нагрев воды.

Практически вода в конденсаторе нагревается на 10-^40°; при этом нагрев воды на 10° соответствует расходу ее W—60D, нагрев на 20° соответствует W=30D и на 40° соответствует W— 15D.

Расчеты по формулам (2—191) показывают, что среднее расстояние между тарелками может быть принято 400 мм, расстояние между сту­пенями (считая ступенью каждые две смежные тарелки) 800 мм и число тарелок п—6-~7; при этом вода нагревается на 10^-20° (в кон­денсаторах, имеющих полки с отверстиями диаметром 2, 3 и 5 мм). Та­ким образом, средняя полезная высота конденсатора может быть при­нята //^2400 мм.

Вследствие того что по мере продвижения пара вверх объем его постепенно уменьшается, расстояния между тарелками целесообразно уменьшить по направлению снизу вверх на <~50 мм.

По нормалям Главхиммаша барометрические конденсаторы имеют наружный диаметр 500, 600, 800, 1000, 1200, 1600 и 2000 мм.

Барометрическая труба. Барометрическая труба дол­жна иметь достаточную высоту для удаления из конденсатора жидкости самотеком (при вакууме в нем). В трубе постоянно находится столб жидкости, уравновешиваютий разность между атмосферным давлением и давлением в конденсаторе.

При нормальном атмосферном давлении высота столба воды в

Трубе

Я0 = 10,33^ м (2—202)

Где Ь—разрежение в конденсаторе в мм рт. ст.

В барометрической трубе должен быть создан некоторый напор h, для того чтобы преодолеть все сопротивления и сообщить воде необходи­мую скорость движения. Если коэффициент сопротивления на входе воды

В трубу принять Cj—0,5 и на выходе С2=1, то необходимый напор А = £( 1+£;)^(2,5 + >.|-) (2-203)

Где Н—обшая высота трубы в м\

D7р.—внутренний диаметр трубы в м.

При увеличении атмосферного давления вода может залить паровой штуцер конденсатора. Поэтому высоту трубы принимают с запасом 0,5 м. Следовательно, обшая высота барометрической трубы

Н = Hq-\- h 0,5 м. (2—204)

Диаметр барометрической трубы определяют по уравнению

_ Усек. __ (Д + Ю 0,001

4 W ЗбООш

Откуда

__ -шДР+W) 0,004 (2-205)

«тр. — у 3.14.3600Ш v

Где D—производительность конденсатора по пару в кгс/час; W—расход воды в кгс/час;

W—скорость протекания воды в барометрической трубе в м/сек. Обычно диаметр барометрической трубы принимают равным диа­метру штуцера для подвода охлаждающей воды, так как количество кон­денсата незначительно по сравнению с количеством воды, орошаюшей конденсатор.

Диаметр водяного штуцера определяют, исходя из максимального расхода воды и наибольшей скорости ее, равной 2 м/сек.

Производство и продажа дозаторов шнековых для фасовки смесей пылящих и трудно-сыпучих Цена - 24000грн(950дол.США) без дискрета(дозатор равномерный с регулируемыми оборотами шнека) или 35000грн с дискретом(дозатор порционный с системой точного дозирования) …

Простейшая схема экстракционной установки периодического дей­ствия для экстрагирования твердых тел показана на рис. 401. Смесь, подле­жащая экстрагированию, загружается в экстрактор 1, куда одновременно заливается и определенное количество чистого растворителя. Через' …

Молекулярная диффузия. При равновесии фаз их состав остается постоянным. Диффузионные процессы протекают лишь при нарушении фазового равновесия, при этом распределяемый между фазами компо­нент переходит из одной фазы в другую. В …

msd.com.ua

КАК ДОБЫТЬ ВОДУ С ПОМОЩЬЮ КОНДЕНСАТОРА — Мегаобучалка

 

Иногда в пустыне удается собрать выпавшую в первые утренние часы росу.

Тут надо уметь обходиться подручными средствами. Например, расстелить на песке полиэтиленовую пленку или листовую резину, чуть продавить в центре, сверху уложить любой материал или чистую одежду, на нее близко друг к другу набросать очищенные от пыли и песка камни, металлические предметы, консервные и стеклянные банки, бутылки и т. п. Роса, выпавшая на металлические, стеклянные и каменные поверхности, будет стекать вниз на пленку и скапливаться в ямке-углублении или впитываться в ткань.

После обильного выпадения росы или дождя можно собирать воду из стаканообразного листа пустынного растения ферула, где она может скопиться в достаточно большом количестве.

Все прочие способы аварийной добычи воды используют свойство полиэтиленовой пленки конденсировать на своей поверхности влагу. Но для этого необходимо, как минимум, создать разность температур внутри и снаружи пленки.

Проще всего этого добиться, соорудив так называемый солнечный конденсатор (рис. 283). Для этого надо вырыть в грунте яму диаметром 0,8-1,0 м и глубиной 50—60 см. На дно поставить емкость, предназначенную для сбора воды. Сверху яму прикрыть куском полиэтиленовой пленки, края которой закрепить, плотно присыпав по периметру слоем песка или земли. В центр пленки, чтобы придать ей конусообразную форму, необходимо уложить камешек. Солнечные лучи, свободно проникая сквозь полиэтилен, «выпаривают» из грунта влагу, которая из-за разности температур в яме и на улице осаждается на пленке. Капли стекают в центр воронки и капают в емкость. Чтобы каждый раз для слива воды не надо было разрушать конденсатор, целесообразно внутрь емкости опустить резиновую или полихлорвиниловую трубку, другой конец которой вывести на поверхность земли. Для увеличения производительности конденсатора внутрь ямы рекомендуется уложить свежесорванные ветки растений. Или даже, простите, помочиться на ее стенки.

 

 

Согласно опубликованным данным, описанный солнечный конденсатор за сутки может дать до 1,5 л воды. Честно говоря, мы ни разу не могли выйти даже на 1 л расчетной мощности конденсатора. Или мы делали что-то не так, или нам попадалась слишком сухая почва. Надеюсь, читатели окажутся более удачливыми.

По– настоящему хорошие результаты такой способ дает в менее засушливых, чем пустыня, районах, где земля более влажная.

Существует еще один, более простой, но достаточно эффективный тип солнечного конденсатора. Между собой мы называем его «мешочным» (выше был описан земляной конденсатор). Мешочный – потому что такой конденсатор не отличается конструктивной изощренностью и представляет из себя самый обыкновенный пластиковый мешок (вроде тех, в которых хранят взятые с собой в дорогу бутерброды).

В некоторых книгах оговаривается, что в солнечных конденсаторах можно использовать лишь пленку, изготовленную из специального гидрофобного пластика. Однако опыт показал, что прекрасно работают и конденсаторы, сделанные из обыкновенного бытового полиэтилена. Так что не спешите в аварийной ситуации избавляться от грязных пластиковых мешков. Подобный «мусор» поможет вам сохранить жизнь!

Принцип работы мешочных конденсаторов заключается в выпаривании влаги из листьев и веток растений. Надо сказать, что нашим пустыням не повезло. В отличие, например, от североамериканских или австралийских пустынь, у нас не встречаются растения, накапливающие в своих стеблях или корнях влагу. Но все равно даже в высушенной на солнце верблюжьей колючке влага присутствует. Если такое растение поместить в пластиковый мешок, то испаряющаяся с поверхности листьев и древесины влага попадает как бы в западню. Внутри мешка образуется собственный микроклимат – температура повышается на несколько градусов в сравнении с улицей (парниковый эффект), увеличивается влажность, образуется «карманный» туман, который осаждается каплями на внутренней поверхности мешка. Так по капле в конденсаторе собирается вода.

 

Следует помнить , что пакеты с различными рекламными рисунками , фотографиями и эмблемами следует использовать только с чистой внутренней стороны ! В противном случае выпарившаяся вода может смешаться с красителями и стать непригодной для употребления !

 

В большой мешок можно поместить целиком отдельно стоящий небольшой куст или деревце (рис. 284).

Для этого на слегка смятую с двух сторон крону куста надо осторожно натянуть мешок и обвязать его веревкой или обрывком корневого отростка у основания ствола. Чтобы избежать потерь воды, дальний конец мешка необходимо наклонить к земле для образования водосборника, или с той же целью в нижнем конце конденсатора сделать «карманы», выпустив большую круговую складку. В противном случае капли по стволу будут просачиваться наружу и скатываться в песок.

Если дерево большое, то мешок можно надеть на отдельно торчащую густую ветку. При этом устанавливать конденсатор лучше на юго-западной стороне куста, с тем, чтобы он находился на солнце весь световой день. Наибольшую производительность солнечные конденсаторы показывают в пик жары, то есть в полдень и околополуденные часы. Через каждые 3-5 ч мешок желательно развязывать, чтобы растение не задохнулось. А еще лучше – перевесить в новое место. Ветки в конденсатор следует засовывать аккуратно, стараясь сильно не мять, иначе сок, выдавившийся из листьев, испортит вкус выпарившейся воды. Если в мешке обнаружилось несколько небольших отверстий – ничего страшного, конденсатор работать будет, надо только постараться, чтобы они не оказались в том месте, где располагается водосборник.

Другой способ набивки конденсатора удобней и более безопасен для самого мешка, но экологически «грязный». Применять его допустимо лишь в ситуациях, угрожающих жизни пострадавшего.

С куста или дерева срезаются несколько наиболее пышных и влажных на ощупь веток, складываются вместе, обвязываются вокруг веревкой. Потом полученный «брикет» закладывается в полиэтиленовый мешок. Горловина мешка плотно завязывается. После чего конденсатор выставляется на солнцепек (рис. 285). В принципе, с таким мешком за плечами можно совершать дневные переходы, стараясь удерживать его на солнце и не мять сложенную в него растительность.

Производительность мешочных конденсаторов прямо пропорциональна размеру мешка (понятно, что большой мешок дает больше воды, чем маленький), интенсивности солнечного излучения и качеству исходного материала, предназначенного для выпаривания. Существует также зависимость от степени набивки: она должна быть средней – не разреженной, но и не сверхплотной. Но в подобные мелкие хитрости я здесь вдаваться не стану, так как они очень быстро познаются на практике.

 

 

Если с мешочными конденсаторами работать осторожно (а в аварийной ситуации только так и нужно работать!), то их обычно хватает на несколько закладок.

Для набивки чаще всего выбирают деревья саксаула и кусты верблюжьей колючки. Саксаул за счет того, что его иглы-листочки легко повреждаются, давал воду с чуть горьковатым привкусом, верблюжья колючка – совершенно чистую и зачастую больше по объему, несмотря на свой совершенно сухой вид! Но саксаул имеет одно неоспоримое преимущество – он, в отличие от верблюжьей колючки, лишен шипов, которые могут легко прокалывать полиэтилен.

В среднем один мешочный конденсатор при размере сторон 40—80 см дает 150—400 г чистой, прозрачной на вид и, главное, вкусной воды. Максимальный зарегистрированный нами выход воды с одного мешка составил 600 г за 7 ч работы при температуре воздуха в тени +40°С. Как видите, совсем даже немало!

 

При отсутствии мешка конденсатор можно соорудить из двух кусков полиэтилена – одного наброшенного сверху на куст и другого, уложенного в специальную круговую ямку-водосборник. Стекая по верхней накидке, вода будет скапливаться в желобке-накопителе, откуда ее можно высасывать через специальную трубочку (рис. 286).

Так что, собираясь в пустыню, не поленитесь и прихватите с собой 3-4 больших пластиковых мешка. Места они займут немного, а польза от них может быть великая!

 

megaobuchalka.ru

Kvant. Конденсатор в воде — PhysBook

Стасенко А.Л. Зачем погружать конденсатор в воду? //Квант. — 1996. — № 1. — С. 39-40.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Жил-был плоский конденсатор. Его совершенно плоские пластины площадью l2 были строго параллельны, отстояли друг от друга на расстояние d и были подключены к батарее с разностью потенциалов U. И было в нем совершенно однородное электрическое поле с модулем напряженности \(~E_0 = \frac Ud\), перпендикулярное его пластинам...»

Да, но ведь это сказка! В реальности пластины имеют конечные размеры и, следовательно, края. Выясним, как выглядит поле у краев этого плоского конденсатора.

Рис. 1

Может ли оно иметь вид, изображенный на рисунке 1,а, т.е. быть равным E0 внутри и резко обрываться до нуля сразу за его пределами? Предположим, что это так. Тогда возьмем какой-нибудь положительный заряд q и пронесем его по замкнутому контуру 0dc0. На участке 0d поле совершит работу \(~qE_0d = qU\), a на участке dc0 при этом перемещении никакой работы не будет, так как по нашему предположению там Е = 0. В результате при перемещении по выбранному контуру мы получим от поля работу, равную qU. Мы можем совершать такие циклы много раз в секунду и получим совершенно бесплатный источник энергии — вечный двигатель, что запрещено. Значит, что-то не так. Работа по замкнутому контуру должна быть равна нулю. Следовательно, должно быть поле и на участке dc0, причем такое, чтобы дать работу, в точности равную —qU, т.е. противоположную по знаку работе на участке 0d. Правда, судя по рисунку, участок dc0 длиннее 0d, и поэтому напряженность поля на этом участке в среднем должна быть меньше, чем внутри конденсатора, но не равной нулю. Эти рассуждения приводят нас к картине линий поля, качественно изображенной на рисунке 1,б. Поле есть всюду, только вне конденсатора оно имеет малую напряженность, и тем меньшую, чем больше \(~\frac ld\). Таким образом, у краев плоского конденсатора поле неоднородно.

Рис. 2

Опустим теперь край плоского конденсатора с вертикально расположенными пластинами в жидкость, например в воду. Поскольку молекулы воды представляют собой диполи (электронейтральная система двух зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку), электрическое поле (направленное, например, вдоль знакомой нам силовой линии dc0) будет стремиться развернуть их параллельно вектору напряженности, т.е. вдоль силовой линии, как это показано на рисунке 2 в точках а и b. Пусть такой поворот произошел, и некий диполь принял положение с. Но поскольку заряды в диполе разнесены на некоторое расстояние (пусть малое, но конечное — например, порядка размера молекулы), силы \(~\vec F_+\) и \(~\vec F_-\), действующие на положительный и отрицательный заряды, не точно параллельны друг другу — просто потому, что силовая линия dcba0 есть кривая. Возникает результирующая сила \(~\vec F = \vec F_+ + \vec F_+\), явно направленная внутрь конденсатора. Значит, жидкость будет втягиваться между пластинами конденсатора.

«Замечательно! — воскликнет невдумчивый школьник, — мы получили насос, который должен работать вечно! Так можно перекачивать воду из рек на поля совершенно бесплатно — всего лишь опустив конденсатор в воду.» Но на то он, школьник, и невдумчивый.

А вдумчивый ответит, что это никак невозможно, поскольку опять получился бы вечный двигатель. Значит, втягивание должно закончиться тем, что в конденсаторе установится некоторый уровень воды. Потенциальное электростатическое поле поработает против потенциального поля тяготения, и равновесие наступит по достижении некоторого уровня воды h внутри конденсатора — уровня более высокого, чем снаружи.

А как найти эту высоту h? Конечно, можно определить суммарную силу \(~\vec F + m_0 \vec g\), действующую на каждый диполь- молекулу, написать для него уравнение второго закона Ньютона и исследовать движение всех миллиардов миллиардов... молекул. Однако это утомительно. Поступим таким образом.

Если поле внутри плоского конденсатора над жидкостью осталось равным \(~E_0 = \frac Ud\) (как и до погружения конденсатора), то плотность электрической энергии (т.е. энергия единицы объема) здесь есть \(~w_0 = \frac{\varepsilon_0 E^2_0}{2}\), где ε0 — электрическая постоянная. Если поле внутри конденсатора в жидкости равно E1, то плотность энергии равна \(~w_1 = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 E^2_1}{2}\), где ε — диэлектрическая проницаемость жидкости. Значит, изменение электростатической энергии в объеме hdl при заполнении его жидкостью составляет (w1 - w0)hdl.

«Теперь все ясно! — скажет невдумчивый школьник, — я слышал где-то, что поле Е, внутри диэлектрика в ε раз больше, и собираюсь подставить это в формулу.» И опять же — неверно!

Повторим тот же мысленный эксперимент, что и вначале: пронесем заряд q по замкнутому прямоугольному контуру ABCDA (см. рис.2). Суммарная работа должна быть равна нулю\[~0 = qE_0 \cdot AB - qE_1 \cdot CD\] (здесь мы не написали вклад в работу на участках ВС и DA, поскольку горизонтальная сила перпендикулярна вертикальным перемещениям, а знак «минус» отражает тот факт, что на участке CD поле и перемещение противоположны по направлению). Но тогда E1 = E0, т.е. поля над жидкостью и внутри жидкости одинаковы. В таком случае изменение электростатической энергии конденсатора можно записать в виде

\(~(w_1 -w_0) hdl = \frac{(\varepsilon - 1)\varepsilon_0}{2} \left( \frac Ud \right)^2 dlh\) ,

т.е. оно прямо пропорционально h. При этом на конденсатор притек дополнительный заряд, прошедший через батарею и равный

\(~q_1 = (\varepsilon - 1)\varepsilon_0 \left( \frac Ud \right) lh\) .

Значит, батарея совершила работу

\(~Uq_1 = (\varepsilon - 1)\varepsilon_0 \left( \frac Ud \right)^2 dlh\) .

За счет этой работы происходит упомянутое изменение электростатической энергии конденсатора и подъем жидкости внутри конденсатора под действием втягивающей силы FBT. Поскольку изменение электростатической энергии конденсатора и работа батареи пропорциональны высоте h, закон сохранения энергии для малого приращения Δh запишем так:

\(~(\varepsilon - 1)\varepsilon_0 \left( \frac Ud \right)^2 dl \Delta h = \frac{(\varepsilon - 1)\varepsilon_0}{2} \left( \frac Ud \right)^2 dl \Delta h + F_{BT} \Delta h\) ,

откуда получим

\(~F_{BT} = \frac{(\varepsilon - 1)\varepsilon_0 dl}{2} \left( \frac Ud \right)^2 = \operatorname{const}\) .

В состоянии покоя эта сила будет равна силе тяжести столба жидкости

\(~mg = \rho ghdl\) .

Отсюда для нужной нам высоты h получаем

\(~h = \frac{(\varepsilon - 1)\varepsilon_0}{2 \rho g} \left( \frac Ud \right)^2\) .

А какая польза народному хозяйству от этого опускания конденсатора в жидкость? Польза есть. Например, если вам известны свойства жидкости (ρ, ε), то, измерив h и d, можно найти напряжение исследуемой батарейки. И заметьте себе — без каких-либо электрических приборов, только при помощи деревянной линейки. Такое устройство существует и называется капиллярным вольтметром, только в нем электроды — цилиндрические. Или, наоборот, если значение U написано на вашей батарейке (и вы этому верите), можно узнать диэлектрическую проницаемость ε какой-нибудь жидкости. Или... Впрочем, любая формула физики позволяет что- нибудь узнать.

Ну а если обрезать конденсатор на высоте меньше h — тогда (может быть?) жидкость начнет выливаться через верхний край конденсатора и получится бесплатный насос? Тут уж подумайте сами.

www.physbook.ru

Конденсаторы водяные - Справочник химика 21

    Общее количество поступающего в реактор вместе с сырьем водяного пара должно быть небольшим во избежание быстрой порчи катализатора и перегрузки реактора, колонны и конденсаторов водяным паром. На усиление парообразования сырья и [c.39]

    Общее количество водяного пара, поступающего в реактор вместе с сырьем, должно быть небольшим, в частности во избежание перегрузки реактора, колонны и конденсаторов водяным паром. На усиление парообразования сырья и распыливание жидкой загрузки расходуется 2—5% вес. перегретого водяного пара, считая на направляемую в реактор углеводородную смесь. [c.77]

    Технические характеристики ABO фирмы GEA, используемых в качестве конденсаторов водяного пара приводных турбин компрессорных установок, приведены в табл. 1-5. [c.15]

    Результаты обследований конденсаторов водяного пара показали, что коэффициент теплопередачи находится в пределах 37—41 Вт/(м -К) и до температуры атмосферного воздуха 29 С поддерживаются оптимальные давление и температура конденсации. При дальнейшем повышении температуры атмосферного воздуха в охлаждающий воздух должна подаваться вода с целью адиабатического снижения его температуры. Для этого предусмотрены форсунки тонкого распыления воды на всасывании вентилятора по всему периметру его обечайки. [c.16]

    Коэффициент теплопередачи конденсаторов водяного пара зависит от скорости пара, направления его движения и пленки, паровой нагрузки. Влияние скорости движения пара на теплопередачу со стороны конденсирующего продукта становится ощутимо при скоростях движения более 100—150 м/с и существенно зависит от давления. При малых давлениях Рк скоростях пара 50—100 м/с коэффициент теплоотдачи а.вн движущегося пара близок к коэффициенту неподвижного пара. [c.137]

    В условиях эксплуатации эти факторы взаимосвязаны, поэтому выявление тех или иных соотношений и причин уменьшения разрежения возможно только на базе тепловых и аэродинамических испытаний конкретного АВО или системы воздушной конденсации. Ниже приводятся некоторые результаты промышленных испытаний конденсаторов водяного пара. [c.138]

    Условия проведения натурных испытаний конденсаторов водяного пара паровых турбин [c.165]

    Конструкция. На рис. 1.6 показан внешний вид конденсатора мощной паровой турбины, а на рис. 13.3 даны его разрезы. Поскольку давление пара на выходе из турбины равно примерно 25—ЪО мм рт. ст. (абс), то плотность пара очень мала, а объемные расходы пара чрезвычайно велики. Для уменьшения потерь давления конденсатор обычно устанавливается непосредственно под турбиной и соединяется с ней коротким патрубком, имеющим большее проходное сечение. Корпус турбины разгружается от чрезмерных напряжений, связанных с большим весом конденсатора, с помощью пружинных подвесок. В изображенном на рис. 13.3 конденсаторе пар поступает в конденсатор через широкую центральную горловину и течет вертикально вниз, обтекая при этом в поперечном направлении расположенные горизонтально между трубными досками трубы конденсатора. Водяные камеры расположены с обоих торцов конденсатора. Как видно из продольного разреза (левая часть рис. 13.3), вода течет горизонтально через верхнюю половину пучка труб, затем поворачивает вниз в левой водяной камере и возвращается обратно по нижней части трубного пучка в выходную камеру. Такое расположение позволяет максимально быстро уменьшить объем входящего пара, так как сначала он соприкасается с наиболее холодной водой. В то же время капли переохлажденного конденсата стекают с верхних труб и увеличивают тем самым эффективную поверхность конденсации. Для уменьшения потерь тепла и во избежание насыщения воды кислородом конденсат должен иметь температуру как можно более близкую к температуре пара. В данной конструкции это достигается за счет того, что вода в нижних трубах, расположенных непосредственно над сборником конденсата, имеет наиболее высокую температуру. Перегородки, установленные в конденсаторе вокруг расположенных вертикально в центре конденсатора прямоугольных пучков труб, предназначены для того, чтобы холодный воздух отсасывался по центру. Это важно не только с точки зрения снижения противодавления в турбине, но также и для улучшения работы конденсатора, так как присутствие в паре неконденсирующихся газов снижает эффективную разность температур. [c.248]

    Сжиженный в конденсаторе водяной пар стекает в испаритель. В [c.407]

    На существующих нефтеперерабатывающих заводах избыточное тепло нефтепродуктов снимается, как правило, оборотной водой. Система промышленного водоснабжения крупного нефтеперерабатывающего завода очень громоздка и дорога. Кроме того, оборотная вода загрязняет сточные воды заводов и водоемы. В связи с этим большое значение имеет замена водяных конденсаторов-холодильников с вспомогательным оборудованием аппаратами воздушного охлаждения. Капитальные вложения на сооружение аппаратов воздушного охлаждения в 2,7 раза, а годовые эксплуатационные затраты — в 2,5 раза ниже, чем при использовании конденсаторов водяного охлаждения  [c.199]

    I, 2-адсорберы i - конденсатор водяного пара и паров десорбированного вещества 4-калорифер 5 - конденсатоотводчик [c.204]

    Холодильник-конденсатор. Водяные холодильники-конденсаторы в агрегатах синтеза метанола аналогичны конденсаторам, применяемым в процессе синтеза аммиака. Наиболее распространен конденсатор типа труба в трубе , основным преимуществом которого является высокий коэффициент теплопередачи (вследствие большой скорости теплоносителей). Однако такие конденсаторы громоздки и нуждаются в усовершенствовании. На изготовление их наружных труб, не участвующих в теплообмене, расходуется большое количество металла, трубы с трудом очищаются от накипи и других осадков. Для нормальной работы конденсаторов большое значение имеет очистка воды. [c.438]

    Полнота связывания конденсатором водяного пара находится в зависимости от его температуры чем выше температура конденсатора, тем большее количество молекул пара отражается от его поверхности и попадает вновь в окружающее пространство, увеличивая тем самым давление пара в конденсаторе и снижая скорость высушивания. Следовательно, оптимальной является такая температура конденсатора, при которой происходит полное связывание всех молекул водяного пара, достигающих охлажденной поверхности, т.е. когда коэффициент аккомодации равен единице. По разным источникам, эти условия наступают при температуре от -60 до -100 С. [c.669]

    Конденсаторы водяного охлаждения. Устройства подобного рода не показаны, так как они отличаются от такого же рода устройств, только что описанных, лишь наличием конденсатора жидкостного охлаждения (см. раздел IV, I, А) выше поверхности сублимируемого вещества. [c.522]

    Конденсаторы водяного охлаждения. Наружное охлаждение. Вертикальный прибор для вакуумной сублимации с внешним охлаждением конденсирующей поверхности может быть устроен [188], если поместить сублимируемое [c.523]

    Конденсатор водяного охлаждения. Горизонтальный сублиматор с впаянной пластинкой пористого стекла легко превратить [230] в прибор для работы иод уменьшенным давлением (рис. 23). Капилляр, через который входит носитель, должен быть изготовлен весьма тш,ательно если он слишком широк, то сублимат выносится слишком далеко если он слишком узок, вещество может сублимироваться в обратном (против тока носителя) направлении. Для многих веществ при давлении 20 мм скорость сублимации примерно в три раза больше, чем при обычном давлении и той же самой температуре. Сублимат, полученный [c.538]

    Скребковые конденсаторы. В скребковом конденсаторе водяной пар конденсируется на внутренней охлаждаемой поверхности цилиндриче- [c.435]

    Установка для регенерации диэтиленгликоля высокой концентрации производительностью до 10 м /ч включает блок водокольцевого компрессора для циркуляции отдувочного газа, воздушный конденсатор водяных паров и циркулирующего газа, блок насосов для подачи регенерированного раствора диэтиленгликоля в абсорбер, блок испарителя с огневым подогревом, десорбера и теплообменника. Система КИПиА обеспечивает дистанционный розжиг горелок, автоматическое управление процессом, защиту установки при аварийных ситуациях. Испытания блока регенерации показали, что при температуре диэтиленгликоля в испарителе 158—160 °С и подаче до 85 м отдувочного газа на 1 м раствора диэтиленгликоля, концентрация гликоля повышается с 96,5 до 99,6 % (масс.) [c.69]

    Кондиционеры с системой непосредственного испарения с промежуточным контуром и с конденсатором воздушного охлаждения либо с конденсатором водяного охлаждения используются в тех случаях, когда подача холодной воды от чиллера или системы водоснабжения может производиться с перебоями. Микропроцессор автоматически включает холодильный контур при полном или частичном прекращении подачи воды (в ночное время, в зимний период, в результате аварии и т. д.). Две системы охлаждения различного типа, объединенные в одном кондиционере, дают возможность наиболее эффективно использовать оборудование и гарантируют его высокую надежность. Такие кондиционеры способны поддерживать температуру и влажность в помещении с большой точностью. Они выполняются в моноблочном исполнении с [c.757]

    На покрытии зданий насосных допускается устанавливать холодильники и конденсаторы водяного и воздушного охлаждения (кроме конденсаторов погружного типа), теплообменники, рефлюксные и флегмовые емкости, сепараторы. При этом должны соблюдаться следующие условия  [c.356]

    Установка для определения стабильности катализаторов изображена на рис. 57. Ее основными частями являются кварцевый реа.ктор 4 емкостью около 15 мл, генератор пара из 1Колбы Вюрца / с электрообогревом, пароперегреватель 2 и конденсатор водяных паров 6. Реактор вставлен в трубчатую электропечь 3 с двойным обогре- [c.166]

    Пары масляных дистиллятов и водяной пар направлялись через дефлегматоры и конденсаторы-холодильники в емкости для масляных фракций приемно-сортировочного отделения. Несконденсировавшиеся пары, водяной пар и газообразные продукты распада поступали в барометрический конденсатор. Водяные и масляные пары конденсировались, а газообразные углеводороды отсасывались пароструйными эжекторами. В приемно-сортировочном отделении масляные дистилляты компаундировались (смешивались) для получения товарных масляных дистиллятов заданной вязкости. Очистка масляных дистиллятов от продуктов распада, смол и нафтеновых кислот проводилась также серной кислотой и щелочью. [c.295]

    На рис. 1-17 приведена принципиальная схема параллельнопоследовательного включения теплообменных секций конденсаторов водяного пара фирмы GEA. Из общего коллектора ABO, расположенного в верхней части шатра, пар двумя [c.31]

    А. Конденсация в объеме пара. Здесь обсуждается п основном конденсация на наружной поверхности горизонтальных труб. Капельную конденсацию можно рассматривать как метод интенсификации пленочной конденсации путем обработки новерхностн. Эта техника рассмотрена в 2.6.8. Следует отметить, что реальное ее применение имеется лишь для конденсаторов водяного пара, так как для большинства других рабочих жидкостей несмачивающиеся вещества отсутствуют. Например, не найдены стимуляторы капельной конденсации для хладонов 6], Другой вопрос — ослабление интенсификации при затоплении больших пучков труб. Интенсификация капельной конденсации (помимо обеспечения этого процесса путем выбора эффективного длительно работающего активатора), бесполезна, так как коэфф Щиенты теплоотдачи уже высоки, [c.360]

    Газофракционирующая секция состоит из компрессоров для уг.чеводо-родных паров и обычных колонн абсорбционной — отпарной — пропановой. Углеводородные компрессоры — многоступенчатые с конденсаторами водяного охлаждения между ступенями. Давление углеводородного потока повышается примерно со 130 мм рт. ст. до рабочего давления в абсорбере. Предусмотрены меры, предотвращающие неполадки, которые могли бы возникнуть вследствие полимеризации бутадиена. В газофракцио- [c.286]

    Смесительные теплообменники (рис. 4) используют как конденсаторы водяного пара (см., например. Выпаривание) или охладители воздуха путем смешения их с распы-ливаемой холодной водой. [c.530]

    Раствор абсорбента для регенеращи подают в генератор, где он упаривается до необходимой концентрации. Регенерация происходит при температурах, намного превышающих температуры насыщения, а следовательно, и давления, равновесные этим температурам. Давление в генераторе-конденсаторе зависит от температуры оборотной охлаждающей воды, подаваемой в трубное пространство конденсатора. Водяной пар из генератора, образовавшийся при упаривании раствора, пройдя брызгоуловительное устройство, попадает на холодную трубную поверхность конденсатора, где конденсируется, и затем в виде пленки стекает в специальный поддон. Поскольку давление в конденсаторе больше остаточного, образовавшийся конденсат самотеком поступает в ороситель испарителя через специальный гидрозатвор, препятствующий выравниванию давлений в аппаратах. Возврат хладоагента в виде конденсата из конденсатора в испаритель выравнивает материальный баланс хладоагента. Тем самым восполняется та доля хладоагента, которая абсорбировалась раствором в абсорбере. [c.66]

    В зарубежной литературе имеются краткие сообщения о применении на установках замедленного коксования американскими фиатами "Шеврон УЭСТ", "Амоко ойл Ко" и другими [15] закрытой системы продувки (пропарки и охлаждения кокса в камерах) и прогрева. Закрытая система улавливания состоит из двух ступеней. На первой ступени происходит конденсация только тяжелых нефтепродуктов, а на второй -окончательное охлаждение до 38-65°С паров воды и легких углеводородов с последующим их разделением. Ыа второй ступени для охлаждения могут быть применены как воздушные конденсаторы-холодильники, так и водяные кожухотрубчатые. Однако отдается предпочтение водяным кожухотрубчатым конденсаторам. Водяной конденсат пропарки и охлаждения используется для гидровыгрузки кокса и оыаждения кокса в камерах. Системы работают надежно, но нуждаются в неослабном внимании со стороны обслуживающего персонала установки. [c.22]

    В процессах контакгной сушки влажный материал получает необходимую на испарение влаги теплоту непосредственно от контактирующей с материалом горячей поверхности, а выделяющиеся в процессе сушки пары влаги отводятся изш с помощью устройства, создающего в сушильной камере разрежение (вакуум-насос, конденсатор водяных паров), или с помощью обдува открытой поверхности слоя влажного материала воздухом, который в этом случае выполняет лишь функцию эвакуатора влаги и потому может иметь комнатную температуру. [c.244]

chem21.info


Смотрите также