冷凝

冷凝是氣體或液體遇冷而凝結，如水蒸氣遇冷變成水，水遇冷變成冰。溫度越低，冷凝速度越快，效果越好。化工生產中一般以比較容易得到，成本低的水或空氣作冷凝的介質，經過冷凝操作後，水或空氣溫度會升高，如果直接排放會造成熱污染。冷凝和蒸發是作用相反的兩個物理過程。

基本介紹

• 中文名：冷凝
• 外文名：condensation
• 套用：化工生產
• 含義：氣體或液體遇冷而凝結
• 例子：水蒸氣遇冷變成水
• 分類：膜狀冷凝於滴狀冷凝

簡介

冷凝是使熱物體的溫度降低而發生相變化的過程通常指物質從氣態變成液態的過程。冷凝和蒸發是作用相反的兩個單元操作。

在化工生產中，實現冷卻、冷凝的設備通常是間壁式換熱器。常用的冷卻、冷凝介質是冷水、鹽水等。一般情況下，冷水所達到的冷卻效果不低於0 ℃；濃度約為20%鹽水的冷卻效果為-15~0℃。冷卻、冷凝操作在化工生產中易被人們所忽視。實際上它很重要，而且嚴重影響安全生產。

冷凝過程的分類

冷凝過程主要分為兩種，一種稱為膜狀冷凝，另一種稱為滴狀冷凝。

1、膜狀冷凝

冷凝液能很好地潤濕壁面，在壁面上形成一層連續的液膜，冷凝過程只在液膜與蒸氣的分界面上進行，冷凝放出的汽化相變焓必須穿過這層液膜才能傳到冷卻壁面上去，這種冷凝方式稱為膜狀冷凝。

絕大部分的冷凝過程屬於膜狀冷凝，這時，液膜層就成為主要的傳熱阻力，液膜的傳熱係數越高或液膜的厚度越薄，傳遞的熱量就越多。因此在設計冷凝器時，為了提高冷凝傳熱係數，就要考慮如何避免凝液膜不斷加厚，以及如何促使凝液膜減薄。例如，通常採用臥式冷凝器，就是因為在殼程中凝液不斷地從管子上滴落下來，使液膜層不會隨冷凝量的增加而不斷地加厚。

2、滴狀冷凝

冷凝液不能很好地潤濕壁面，將在壁面上形成一個個小液珠，且不斷成長變大，液珠變大之後，由於受重力作用，會不斷地攜帶沿途的其他液珠沿壁流下，使壁面重複液珠的形成和成長過程，冷凝放出的汽化潛熱可直接傳遞給壁面，這種冷凝方式稱為滴狀冷凝。

滴狀冷凝的傳熱速率比膜狀冷凝高，可以達到膜狀冷凝的幾倍甚至十幾倍，其原因是蒸氣與管壁直接接觸，中間沒有比管壁傳熱係數小得多的液膜存在，同時傳熱的推動力是蒸氣與管壁溫度之差，這比膜狀冷凝時氣液界面與管壁溫度之差要大。儘管滴狀冷凝的傳熱效果很好，但在操作上不穩定，而且它所需要的特殊材質的冷凝表面也很難完全滿足，因此工業套用仍很有限。

冷凝器

冷凝器是把蒸氣冷凝為液體的設備，在冷凝過程中蒸氣把熱量傳遞給冷卻劑。在石油化工過程中經常使用各種各樣的冷凝器，其中在兩相流動傳熱的冷凝過程中套用最為廣泛，如蒸餾塔頂氣體餾出物的冷凝、水蒸汽的冷凝、冷凍劑蒸氣的冷凝等。在冷凝過程中涉及到的主要設備有：管殼式冷凝器、空氣冷卻器、板式冷凝器和螺旋板式冷凝器等。

蒸氣冷凝的過程還可以用來加熱或蒸發冷卻劑，因此根據換熱過程的不同目的，可以分別稱為冷凝器、蒸發器、再沸器或加熱器。本章主要介紹管殼式冷凝器，其中浮頭式冷凝器結構如下圖所示。

冷凝器