základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

zbavená kyslíku. Dálkové parovody nebo teplovody také pracují
s uzavřeným tlakovým okruhem. Teprve domovní výměníkové stanice
předávají teplo konečným uživatelům jednak do beztlakového okruhu
ústředního topení s mírně upravenou vodou, jednak do ohřáté teplé
užitkové vody.
U jaderných elektráren bývají dva okruhy; přísně uzavřený primární, který
přenáší teplo z reaktoru a předává druhému okruhu, ve kterém se teprve
generuje pára pro turbíny, jejíž případné ztráty nehrozí významným
únikem radioaktivity. České jaderné reaktory jsou primárně chlazeny
tlakovou vodou. (Primární okruh může používat i jiného přenosu tepla,
např. tepelnými trubicemi nebo roztavenými alkalickými kovy.)
Kondenzace
Ke kondenzaci – vzniku kapaliny z plynné fáze - dochází na styku páry
103
4 Sdílení tepla
se stěnou o nižší teplotě než je teplota kondenzace této páry. (V kapitole o destilaci ukážeme, že pro parní
směsi teplota kondenzace není obecně shodná s teplotou varu příslušné kapaliny, v kapitole o paroplynných
směsích ukážeme, že podobnou funkci má rosný bod). Pro jednosložkovou páru je teplota kondenzace a
varu shodná.
Pozn.: jazykově korektní pravopis „kondensace“ se běžně dnes ignoruje, takže i zde přejímáme
současnou normu psaní „kondenzace“.
Počátek kondenzace se vyznačuje tvorbou kapek na stěně. Podobně jako při bublinovém varu je při
kapkové kondenzaci vysoký součinitel přestupu tepla. Zpravidla se proto brzy vyvine blánová
(filmová) kondenzace, při níž se kapky spojí do souvislé vrstvy, jejíž tloušťka narůstá, pokud se
kondenzát dostatečně rychle neodstraňuje. Ze spodní strany chlazených ploch kondenzát odkapává. Po
svislých stěnách kondenzát stéká ve vrstvě, která postupně narůstá (Obr. 4.16). Tato vrstva má na
jedné straně teplotu stěny T S a na druhé teplotu varu T V , a dokud je vrstva tenká, stéká laminárním
způsobem a teplo se přes ni přenáší jen vedením. Řešením příslušné úlohy (které by mohl dnes zvládnout
každý student pokročilého kursu procesního inženýrství) se proslavil Nusselt. Vycházejí vysoké součinitele
přestupu tepla (mezi parou a stěnou), řádově α = 10 3 až 10 4 W m -2 K -1 .
Při kapkové kondenzaci je přestup tepla podstatně vyšší, protože pára je částečně v přímém styku
s chladnější stěnou. Avšak snahy udržet stěnu nesmáčivou vůči kondenzátu jsou úspěšné jen
krátkodobě a potom se kapky spojují do filmu.
(Naproti tomu odmašťováním oken v autech za chladného počasí dosahujeme toho, že kondenzace je
filmová a nevznikají jednotlivé kapky, rozptylující procházející světlo.)
Tvarem a uspořádáním teplosměnné plochy můžeme odvádění kondenzátu ovlivnit. Jedním
z výhodnějších uspořádání kondenzátoru je takové, kde chladící medium proudí horizontálními
trubkami, které nejsou řazeny nad sebou (Obr. 4.17.).
Kondenzace shora na vodorovné stěně aparátů je pomalá, protože se zde brzy vytvoří nepohyblivá
vrstva kapaliny s vyšší teplotou T V u hladiny; přenos tepla kapalinou zde tedy není podporován volnou
konvekcí. Ze stropu kondenzátoru (z poklice hrnce) zato kapalina odkapává a přenos tepla je velmi
intenzivní.
Tepelná bilance kondenzátoru je podobná jako bilance vařáku: množství vzniklého kondenzátu je
úměrné množství odebraného tepla.
m K = Q/∆h výp
Zvláštním případem kondenzace je směšovací kondenzace, při které se teplo odebírá chladnou
tekutinou, nastřikovanou do parního prostoru. Je účelná spíše tam, kde kondenzát není cenný a
množství páry je malé. Směšováním horkých spalných plynů,
obsahujících vodní páru, s chladným vzduchem vzniká mlžná
stopa za letadly, nebo mlha nad chladicími věžemi a komíny.
(Kouř to nazýváme až při velkém zastoupení jiných aerosolových
částic!) Kondenzací vznikají také z různých par aerosolové
částice (airborne particles), obtížně odstranitelné typické
T S
T V
Obr. 4.16. Rostoucí
vrstva kondenzátu při
filmové kondenzaci na
svislé stěně
Obr. 4.17. Chladící trubice
v kondenzátorech jsou umísťovány
tak, aby z nich kondenzát mohl snadno
odtékat