Kondensor (värmeöverföring) - Condenser (heat transfer)

Kondensorspolen i ett kylskåp

I system som innefattar värmeöverföring är en kondensor en värmeväxlare som används för att kondensera en gasformig substans till flytande tillstånd genom kylning. Därigenom frigörs den latenta värmen av ämnet och överförs till den omgivande miljön. Kondensatorer används för effektiv värmeavstötning i många industrisystem. Kondensatorer kan tillverkas enligt många utföranden och finns i många storlekar, allt från ganska små (handhållna) till mycket stora (enheter i industriell skala som används i anläggningsprocesser). Till exempel använder ett kylskåp en kondensor för att bli av med värme som extraheras från enhetens inre till uteluften.

Kondensorer används i luftkonditionering , industriella kemiska processer såsom destillation , ånga kraftverk och andra värmeväxlingssystem. Användning av kylvatten eller omgivande luft som kylvätska är vanligt i många kondensatorer.

Historia

Den tidigaste laboratoriekondensorn, en " Gegenstromkühler " (motströmskondensor), uppfanns 1771 av den svensk-tyska kemisten Christian Weigel . Vid mitten av 1800-talet skulle den tyska kemisten Justus von Liebig tillhandahålla sina egna förbättringar av de tidigare designerna av Weigel och Johann Friedrich August Göttling , varvid apparaten blev känd som Liebig-kondensorn .

Funktionsprincip

En kondensor är utformad för att överföra värme från en arbetsvätska (t.ex. vatten i ett ångkraftverk) till en sekundär vätska eller den omgivande luften. Kondensorn är beroende av den effektiva värmeöverföringen som sker under fasändringar, i detta fall under kondensering av en ånga till en vätska. Ångan kommer typiskt in i kondensorn vid en temperatur över temperaturen hos sekundärvätskan. När ångan svalnar når den mättnadstemperaturen , kondenseras till vätska och frigör stora mängder latent värme . När denna process sker längs kondensorn minskar ångmängden och mängden vätska ökar; vid kondensorns utlopp återstår bara vätska. Vissa kondensorkonstruktioner innehåller en extra längd för att underkyla denna kondenserade vätska under mättnadstemperaturen.

Otaliga variationer finns i kondensordesign, med designvariabler inklusive arbetsvätska, sekundärvätska, geometri och material. Vanliga sekundära vätskor inkluderar vatten, luft, köldmedier eller fasförändringsmaterial .

Kondensatorer har två betydande designfördelar jämfört med andra kyltekniker:

Värmeöverföring genom latent värme är mycket effektivare än värmeöverföring genom vettig värme endast
Arbetsvätskans temperatur förblir relativt konstant under kondensering, vilket maximerar temperaturskillnaden mellan arbets- och sekundärvätskan.

Exempel på kondensatorer

Ytkondensor

En ytkondensor är en där kondensmedium och ångor separeras fysiskt och används när direktkontakt inte önskas. Det är en skal- och rörvärmeväxlare installerad vid utloppet för varje ångturbin i värmekraftverk . Vanligtvis rinner kylvattnet genom rörsidan och ångan kommer in i skalets sida där kondens uppstår på utsidan av värmeöverföringsrören. Kondensatet droppar ner och samlas i botten, ofta i en inbyggd panna som kallas ett hotwell . Skalsidan fungerar ofta vid ett vakuum eller partiellt vakuum, framkallat av skillnaden i specifik volym mellan ånga och kondensat. Å andra sidan kan ångan matas genom rören med kylvattnet eller luft som strömmar runt utsidan.

Kemi

Inom kemi är en kondensor apparaten som kyler heta ångor och får dem att kondensera till en vätska . Exempel inkluderar Liebig -kondensorn , Graham -kondensorn och Allihn -kondensorn . Detta är inte att förväxla med en kondensationsreaktion som länkar två fragment till en enda molekyl genom en additionsreaktion och en elimineringsreaktion.

I laboratorie destillation , återflöde , och roterande indunstare , finns flera typer av kondensatorer som vanligen används. Liebig -kondensorn är helt enkelt ett rakt rör i en kylvattenmantel och är den enklaste (och relativt billigaste) formen av kondensor. Graham -kondensorn är ett spiralrör i en vattenmantel, och Allihn -kondensorn har en serie stora och små förträngningar på insidan av röret, var och en ökar ytan på vilken ångbeståndsdelarna kan kondensera. Eftersom de är mer komplexa former att tillverka, är dessa senare typer också dyrare att köpa. Dessa tre typer av kondensatorer är laboratorieglasartiklar eftersom de vanligtvis är gjorda av glas. Kommersiellt tillgängliga kondensatorer är vanligtvis utrustade med slipade glasfogar och finns i standardlängder på 100, 200 och 400 mm. Luftkylda kondensatorer är omklädda, medan vattenkylda kondensatorer innehåller en mantel för vattnet.

Industriell destillation

Större kondensatorer används också i destillationsprocesser i industriell skala för att kyla destillerad ånga till flytande destillat. Vanligtvis strömmar kylvätskan genom rörsidan och destillerad ånga genom skalets sida med destillat som samlas vid eller rinner ut från botten.

Luftkonditionering

Kondensor för central luftkonditionering för ett typiskt hus

En kondensorenhet som används i centrala luftkonditioneringssystem har vanligtvis en värmeväxlarsektion för att kyla ner och kondensera inkommande köldmediumånga till vätska, en kompressor för att höja trycket på köldmediet och flytta det, samt en fläkt för att blåsa uteluft genom värmen växlarsektion för att kyla köldmediet inuti. En typisk konfiguration för en sådan kondensorenhet är följande: Värmeväxlarsektionen sveper runt enhetens sidor med kompressorn inuti. I denna värmeväxlarsektion går köldmediet genom flera rörpassager, som omges av värmeöverföringsfenor genom vilka kylluft kan cirkulera från utsidan till insidan av enheten. Det finns en motoriserad fläkt inuti kondensornheten nära toppen, som är täckt av en del galler för att förhindra att föremål faller in på fläkten av misstag. Fläkten används för att dra in yttre kylluft genom värmeväxlarsektionen på sidorna och blåsa ut den uppifrån genom gallret. Dessa kondensorenheter är placerade på utsidan av byggnaden de försöker kyla, med slangar mellan enheten och byggnaden, en för ångköldmedium som kommer in och en annan för flytande köldmedium som lämnar enheten. Naturligtvis behövs en elektrisk strömförsörjning för kompressorn och fläkten inuti enheten.

Direktkontakt

I en direktkontaktkondensor införs het ånga och kall vätska i ett kärl och får blandas direkt, snarare än att separeras av en barriär, såsom väggen i ett värmeväxlarrör. Ångan avger sin latenta värme och kondenserar till en vätska, medan vätskan absorberar denna värme och genomgår en temperaturökning. Inloppsånga och vätska innehåller vanligtvis en enda kondenserbar substans, till exempel en vattenspray som används för att kyla luft och justera dess fuktighet.

Ekvation

För en idealisk enpassskondensor vars kylvätska har konstant densitet, konstant värmekapacitet, linjär entalpi över temperaturområdet, perfekt tvärsnittsvärmeöverföring och noll längsgående värmeöverföring, och vars slang har konstant omkrets, konstant tjocklek och konstant värme konduktivitet och vars kondenserbara vätska är perfekt blandad och vid konstant temperatur varierar kylvätsketemperaturen längs röret beroende på:

{\ displaystyle \ Theta (x) = {\ frac {T_ {H} -T (x)} {T_ {H} -T (0)}} = e^{-NTU} = e^{-{\ frac {hPx} {{\ dot {m}} c}}} = e^{-{\ frac {Gx} {{\ dot {m}} cL}}}}

var:

${\ displaystyle x}$ är avståndet från kylvätskeinloppet
${\ displaystyle T (x)}$ är kylvätsketemperaturen och T (0) kylvätsketemperaturen vid dess inlopp
${\ displaystyle T_ {H}}$ är den heta vätskans temperatur
${\ displaystyle NTU}$ är antalet överföringsenheter
${\ displaystyle m}$ är kylvätskans massa (eller annan) flödeshastighet
${\ displaystyle c}$ är kylvätskans värmekapacitet vid konstant tryck per massenhet (eller annat)
${\ displaystyle h}$ är kylvätskerörets värmeöverföringskoefficient
${\ displaystyle P}$ är omkretsen för kylvätskeslangen
${\ displaystyle G}$ är värmeledningsförmågan hos kylvätskeröret (ofta betecknat ) ${\ displaystyle UA}$
${\ displaystyle L}$ är kylvätskerörets längd

Languages

In other projects