冷凝的概述

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1、冷凝的概述一、冷凝原理1. 冷凝自然界的冷凝现象诸如：盛夏季节，清晨所见到的花草上的露珠；厨房自来水管外面一 层湿漉漉的水膜；外出归来人室后眼镜上的水雾等。所谓冷凝就是当热流体放出热量时，温度没有变化，而使流体从气相变为液相。冷凝回 收的方法就是将蒸气从空气中冷却凝成液体，并将液体收集起来，加以利用。从空气中冷凝 蒸气的方法，可以是移去热量即冷却，也可以是增加压力，使蒸气在压缩时凝出来。而在空 气净化方面通常只用冷却的方法，很少使用压缩的方法。2. 饱和蒸气压与温度的关系所谓蒸气压就是物质从液相逃逸到气相中的能力。蒸气压与蒸气物质本身的性质、温度 及蒸气的浓度有关。以冷却的方法将空气中的蒸气凝

2、成液体，其极限就是指冷却温度下的饱 和蒸气，而饱和蒸气压就是指纯物质在指定温度下逃逸到气相中的最大能力。如图131 所示，是某些物质的饱和蒸气压与温度的关系曲线。SOO3WIW020406080100 IML4O200图131某些物质的饱和蒸气压与温度的关系曲线不同温度下的饱和蒸气压p0可按下式计算:(13T)lg po式中p0指定开尔文温度T下的饱和蒸气压，X133. 322Pa；T有机溶剂的温度，K；A，B与物质性质有关的常数。表131是一些常见有机溶剂的A，B值。表13-1见有机硕的九E值物质名称分子式AB苯17317. 7S3二臨化谨cs3144d7. 410甲醇CH3OH 全第屈WS

3、. 7S0乙醍甲酯CH3COOCHb16797.兀1四墅化碳CC1+ 、16687. 651甲苯c6hch319017. 837乙酸乙酯ch3cooc2h51S27& OPP乙醍c2h5oc2h514637. 639乙醇C2HjOH9. 101解由式(131)lg P0例1求苯、甲苯和二硫化碳在室温为20C时的饱和蒸气压。可算出苯：由表 131, A=1731, B = 7. 783lg PoE+7783 二1875所以p0=75X 133. 322Pa(75mmHg)查图131可知，两种方法得出的数值相近。甲苯：由表 131, A=1901, B = 7. 837i1901g P0 一 一

4、273 + 20+ 7.837 二 1.349所以p0=22X133. 322Pa(22mmHg)查图131与甲苯曲线对照，数值相近。二硫化碳：查表 131, A=1446, B = 7. 410i1446g P0 一 一 273 + 20+ 7.410 二2.47所以p0=298X 133. 322Pa(298mmHg)查图131与二硫化碳曲线对照数值相近。由于蒸气的温度愈高，则其对应的饱和蒸气压愈高，通过降低温度把热量移去，可使气 相回到液相。可见冷凝作用的极限是饱和蒸气压下的温度。二、冷凝回收的极限与适用范围1.蒸气压与蒸气浓度的关系对应于空气中某种有机蒸气的分压(蒸气压)为饱和蒸气压下

5、的温度，即为该空气混合气 体的露点温度。例如，空气中的CS2蒸气压为600X133. 322Pa(600mmHg)时，查图中CS2 曲线可知，其露点为40C,同样，在上述例题中也可以反算。空气中苯蒸气压为 75 X 133.322Pa(75mmHg)时的露点温度是20C,空气中甲苯蒸气分压为22X 133.322Pa(22mmHg) 时的露点温度也是20C，对于这样的空气蒸气混合气体，只有将其冷却到露点温度下，才能将蒸气部分冷凝下来。空气中能凝结下来的，也就是能被净化下来的有害蒸气量，受到冷 却温度的限制，即对应于冷却温度下的饱和蒸气压的有害溶剂仍留在空气气相中。这也就是 前面所述的：冷凝净化

6、温度是以冷却温度的饱和蒸气压为极限。如果已知混合气体在温度t(C)时所含有害蒸气分压pX133. 322Pa(pmmHg),则空气中 的蒸气浓度可按下式计算：C 二()x 273-) x760273 +1100022.4亦即小 16 MpC =v273 +1(132)式中C空气中有害蒸气的浓度，g/m3；p空气中有害蒸气的分压，X133. 322Pa； t混合气体的温度，C；u混合气体的流量，m3 / h；M有害蒸气的相对分子质量。例2按前例计算苯、甲苯和二硫化碳在20C时的饱和蒸气浓度。解20C时苯的饱和蒸气压广=75X133. 322Pa(75mmHg),苯的相对分子质量M=78,代人公式

7、(72)得小 16 x 78 x 75/C =g / m3 = 320 g / m 3273 + 20同理：20C时甲苯的饱和蒸气压=22X133. 322Pa(22mmHg),甲苯的相对分子质量M=92,得：同理:16 x 92 x 22273 + 20g / m 3 = 110 g / m 320C时二硫化碳的 =290X133. 322Pa(290mmHg),相对分子质量为76，得:16 x 76 x 290273 + 20g / m3 二 1203 g / m3从上例中可以看出，将空气与蒸气的混合气体冷却到20C，在空气中有320g / m3的苯、 110g/m3的甲苯或者1203g/

8、m3的二硫化碳凝结不出来，也就是不能被除掉。这些数值说 明以冷凝回收法将尾气冷却到20C，不仅距离卫生标准的要求相差太远，而且也达不到废 气的排放标准。按照我国大气污染物排放标准。即使以120m高的烟囱排放，规定的二硫化 碳允许排放量为110kg/h，允许排放的流量只能是110X1000/ 1203 = 9. 14m3/h,即使冷 却到0 C、一 15 C ,它的饱和蒸气压分别为135 X 133 . 322Pa(135mmHg)、65 X 133. 322Pa(65mmHg)，废气中仍含有560g / m3、270g / m3的二硫化碳，其允许排放的流 量也只有196m3 / h、405m3

9、 / h,这说明冷凝回收法一般只做为含较高浓度尾气时的前处理,而不用作最后净化。上述也可以说明，冷凝回收的关键是冷却温度。冷却温度越低，净化程 度愈高。2冷凝回收的适用范围及特点冷凝回收只适用于蒸气状态的有害物质，多用于回收空气中的有机溶剂蒸气。冷凝方法 本身可以达到很高的净化程度，但是净化要求愈高，则需冷却的温度愈低，所用的费用也就 愈大。因此，只有空气中所含蒸气浓度比较高时，冷凝回收才能比较有效。而对于一般冷却 水能达到的低温度来说，冷凝的净化程度也是有一定限度的。冷凝回收法的优点是所需设备和操作条件比较简单，回收得到的物质比较纯净，其缺点 是净化程度受温度影响很大。常温常压下，净化程度受

10、到很大限制。冷凝回收仅适用于蒸气 浓度较高的情况下，因此，冷凝回收往往用做吸附、燃烧等净化设施的前处理，以减轻这些 复杂、昂贵的主要措施的负荷，或预先回收可以利用的物质，这也是冷凝回收一般仅用做前 处理的净化措施的原因。至于作为极为重要的净化方法的吸收操作，则往往本身就伴随有冷 凝过程，几乎所有的洗涤器都可作为接触冷凝设备。冷凝回收还适用于处理含有大量水蒸气的高温废气，在这种情况下，由于大量水蒸气的 凝结，废气中有害组分可以部分溶解在冷凝液中，这样不但可以减少气体流量，对下一步的 燃烧、吸附、袋滤或高烟囱排放等净化措施也是十分有利的。例如，有的人造纤维厂对于纺 丝工序散放的含有大量水蒸气及cs

11、2、h2s的废气，就是用大量冷却水冷却，有害组分冷凝 稀释于冷却水中，尾气再经高烟囱排放。在冷凝操作过程中，用来吸收被冷凝物质热量的工作介质称为冷却剂。常用的冷却剂为 冷水和空气，它们均是稳定且易得到的物质。作为冷却剂的水比空气应用更广，它的优点是比热容和给热系数大，并且能冷却到更低 的温度，通常的冷却水（自来水、河水或井水等）的初温度依地区条件和季节而变化，一般为 425C，为避免溶解在水中的盐类析出而在换热器传热面上形成垢，因此，要求冷却水的 终温一般不得超过4050C。如果要求将物料冷却到510C，或更低的温度，就必须采用低温冷却剂。如冰、冷冻 盐水和各种低温蒸发的液态冷冻剂等。三、冷凝

12、操作流程用于冷凝回收的冷却方法，可分为直接冷凝和间接冷凝两种。直接冷凝是冷却与被冷凝物质在换热器内直接接触进行冷凝的过程。这种冷凝传热迅 速，但只能用在冷却剂混入被冷凝物质后，并不影响被冷凝物质质量的情况下，如用水将空 气或乙炔冷却。间接冷凝是流体与冷却剂间的热量传递是通过间壁（传热面）进行的，这种方法是工业上 应用最广泛的一种。图 132 是用间接冷凝法处理含有高温臭味废气的流程，废气中含有 60%99%的水蒸气，温度近100C，经表面冷凝器的间接冷却，水蒸气凝结，不凝气则抽 至燃烧炉去最后处理，这样，经过冷凝器，可使废气体积减少 95以上，同时废气中所含 的有害物质被冷凝，还可以进一步冷却，而另外一些可能溶解在冷凝液中。图133则用的是接触冷凝器，冷凝液和夹带的气体一起排入一个密闭的热水池中，不 凝气体靠重力分开通向燃烧炉处理。由于冷凝液被大量冷却水所稀释，所以用直接冷却方法比间接冷却方法除去空气污染物 要多，一般多用于有害物不加回收或含有污染物的冷却水不需另行处理的场合。在某些情况 下，必须应用间接冷却法。