Условия образования конденсационного тумана. Процесс превращения пара в жидкость (конденсация)

жидкости о днище. Однако во всех случаях образуются брызги и крупные капли тумана, которые достаточно полно выделяются в циклонах и брызгоуловителях.           Наибольшие затруднения вызывают высокодисперсный конденсационный туман, образующийся в первой промывной башнеконтактного процесса, сушильной башне, теплообменниках и ангидридных холодильниках, в олеумном и моногидратном абсорберах и др. Около 35% H₂SO₄  превращается в туман в башне-конденсаторе при получении серной кислоты методом мокрого катализа. Метод мокрого  катализа состоит в том, что SO₂,  полученный от сжигания сероводорода, вместе с значительным количеством паров воды, окисляется на ванадиевом катализаторе в серный ангидрид. Далее газовая смесь охлаждается в конденсаторе, где конденсируются образующиеся пары серной кислоты. Поскольку окисление сернистого ангидрита в серный этим методом производится в присутствии паров воды, он получил название метод мокрого катализа.                                                                                                           Сернокислотный туман образуется также в денитрационной и первой продукционной башнях нитрозного процесса;  для  выделения  этого тумана в башенных системах устанавливаются специальные фильтры. Большое количество тумана выделяется при концентрировании серной кислоты, т.е. часть влаги удаляется при нагревании, в большинстве случаев для этой цели служат горячие газы.

Условия образования конденсационного тумана.

      Процесс превращения пара в жидкость (конденсация) может происходить на поверхности или в объеме. Пары конденсируются на поверхности, если ее температура  ниже температуры паров. При конденсации в объеме пары превращаются в капли жидкости на центрах конденсации, имеющихся или самопроизвольно образующихся в газе. Вначале центры конденсации покрываются жидкостной пленкой, а затем превращаются в мельчайшие капли жидкости, т.е. образуется туман. 

       Разграничение понятий конденсации паров на поверхности и в объеме условно. По существу в обоих случаях пары конденсируются на поверхности: в первом случае – на стенках аппарата или жидкостной пленке, во втором – на поверхности центров конденсации. Такими центрами могут быть твердые частицы, взвешенные в газе, или мелкие капельки жидкости, введенные извне или самопроизвольно образовавшиеся (зародыши) вследствие флуктуаций, т. е. местных изменений плотности паров и температуры.

При длительном соприкосновении паро-газовой смеси с плоской поверхностью, смоченной жидкостью, устанавливается определенное для каждой  жидкости равновесное давление паров, называемое давлением насыщенного пара. Состояние равновесия нарушается даже при бесконечно малом увеличении уменьшении давления паров над поверхностью. При этом в случае увеличения давления паров происходит их конденсация на     поверхности, уменьшение давления паров приводит к испарению жидкости с поверхности.

             ЧГУ.З.РК.240301.000.006.ПЗ

Лист

4

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Если давление паров в газовой фазе больше давления насыщенного пара, пар называется пересыщенным. Перенасыщение паров S выражается уравнением:

                                  (1)   где р – давление паров в газовой смеси;

р – давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре.

Пары конденсируются в объёме при определённой величине пересыщения S, называемого критическим (S _кр).

Таким образом, процесс образования тумана  включает три стадии : возникновение пересыщенного пара, образование зародышей (центров конденсации) и рост зародышей в пересыщенном паре до образования капель тумана.

По достижении критического пересыщения пара конденсация паров в объёме с образованием тумана происходит самопроизвольно и с очень большой скоростью - скачкообразно. При этом свойства паро-газовой смеси изменяются также скачкообразно вследствие образования мелких капель жидкости.

Чтобы наглядно представить механизм образования тумана, рассмотрим процесс конденсации пара серной кислоты из его смеси с конденсирующимся газом (например, воздухом) на внутренней поверхности трубы, охлаждаемой снаружи. По мере продвижения газа по трубе сверху вниз пар конденсируется на внутренней поверхности, образуя стекающую вниз плёнку конденсата. Одновременно тепло газа передаётся плёнке, а затем от неё через стенку трубы охлаждающему агенту.

Таким образом, при соприкосновении газа с более холодной поверхностью одновременно возникают два самостоятельных процесса - конденсация пара (массоотдача) и охлаждение газа. Каждый из этих процессов протекает со скоростью, выражаемой так:

dp/d       и         dT/d

dp/d       и         dT/d

где  Т – температура паро – газовой смеси;

 - время.

Вначале конденсация пара проходит как бы медленнее процесса охлаждения газа, поэтому пересыщение пара повышается. Пересыщение зависит от отношения скоростей массо- и теплоотдачи:

Таким образом

   ЧГУ.З.РК.240301.000.006.ПЗ

Лист

5

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

                          (2)

Если на определённом участке рассматриваемой системы возникающее пересыщение превысит критическую величину S_кр, это неизбежно вызывает конденсацию пара в объёме и образование зародышей, а затем и капель тумана.

При рассмотрении процесса конденсации пара на поверхности необходимо строго разграничить условия до и после образования тумана, т.е. когда S > Sкр и S < Sкр. В первом случае процесс конденсации может быть рассчитан по известным