Конденсация. 
Экология

С ростом давления и снижением температуры скорость абсорбции увеличивается. Абсорбенты, работающие при отрицательных (по Цельсию) температурах, называют хладопосителями, а сам процесс, протекающий в таких условиях, — контактной конденсацией.

Включение конденсации газов, содержащихся в выбросах, в технологический цикл обычно происходит в случае, когда процесс сопровождается значительными потерями промежуточных или конечных продуктов. С помощью конденсации часто происходит улавливание и возвращение в технологический процесс паров растворителей, удаляемых с поверхности изделий после нанесения функциональных, защитных и окрашивающих слоев. Также применение конденсации возможно для извлечения из газового потока ценных или особо опасных веществ.

Чаще всего конденсацию используют для удаления примесей, имеющих низкое давление пара при умеренных температурах, и, с меньшей эффективностью, для примесей с высоким давлением пара. То есть данный метод может применяться для очистки газовоздушной смеси, содержащей пары веществ при температурах, достаточно близких к их точке росы. Конденсация очень эффективна для углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, для которых характерно низкое давление пара при обычных температурах, успешно используются конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Экономическая эффективность данного метода заметно уменьшается в связи с необходимостью охлаждения при конденсации. Охлаждение до очень низких температур только с целью удаления загрязнителей в большинстве случаев нецелесообразно, поэтому часто для удаления загрязнителей в этом случае применяются другие методы.

Повысить экономическую эффективность конденсации можно путем снижения содержания инертных или неконденсирующихся газов в очищаемой смеси, что позволит исключить необходимость охлаждения до очень низких температур, соответствующих точке росы.

Конденсация недостаточно эффективна при удалении летучих опасных или ядовитых органических соединений, присутствующих в значительных количествах в потоках неконденсирующихся газов, особенно если необходимо достигнуть очень высокой степени очистки. В то же время конденсация может быть применена для предварительной обработки, при которой выделяются ценные растворители и уменьшается количество загрязнителей перед последующей стадией обработки. Также предварительная обработка конденсацией имеет смысл, если необходимо охлаждение газа перед основной обработкой, например, при осуществлении адсорбции.

Конденсация паров любых веществ происходит при их контакте с поверхностями, имеющими температуру ниже температуры насыщения паров. При таком процессе теплообмена теплота отводится от газовой смеси при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.

Степень охлаждения и сжатия газовых выбросов влияет на степень улавливания загрязнителя, поэтому в производственных условиях температуру и давление выбирают таким образом, чтобы энергозатраты на конденсацию составляли небольшую долю общих затрат на технологию. Поэтому, как правило, даже для дорогостоящих элементов степень извлечения составляет порядка 70—80%.

В то же время конденсация может успешно применяться в многоступенчатых схемах очистки выбросов. Конденсация необходима в трех случаях:

• 1) для предварительного осаждения основной массы паров загрязнителей перед адсорберами при высокой степени загрязнения выбросов;
• 2) парциального извлечения паров, содержащих соединения фосфора, мышьяка, тяжелых металлов, галогенов перед термообезвреживанием смеси загрязнителей;
• 3) после химической обработки с целью перевода в легкоконденсируемые соединения, например, после хемосорбционных аппаратов.

Различают два вида конденсации на твердых поверхностях.

• 1) капельная конденсация. На активных случайно расположенных точках поверхности сначала образуется небольшая капля, которая растет в размере до тех пор, пока не скатывается вниз под воздействием силы тяжести. Причем если твердая поверхность не смачивается образовавшейся жидкостью, то отрыв капли конденсата от поверхности происходит раньше и капля мельче. Чем выше температура переохлаждения стенки, тем больше таких активных точек — центров конденсации и интенсивнее рост капель по размеру;
• 2) пленочная конденсация. Пленочный режим возникает при высокой интенсивности капельной конденсации, когда капли начинают соединяться. При контакте со стенкой температура конденсата становится равной температуре стенки, при этом на поверхности контакта пленки с паром происходит фазовый переход при температуре, равной температуре насыщения.

Конденсацию можно осуществлять двумя путями:

• 1) при непосредственном контакте (в этом случае непосредственно контактируют охлаждаемый пар и охлажденная или замороженная жидкость);
• 2) при косвенном охлаждении (с помощью поверхностного конденсатора с металлическими трубками. Трубки охлаждаются жидким хладагентом с другой стороны стенки).

Необходимо учитывать, что при охлаждении до очень низких температур для достижения точки росы какого-то конкретного загрязнителя некоторые соединения, находящиеся в охлаждаемой смеси, могут перейти в твердое состояние. Например, наличие водяного пара в очищаемой смеси, загрязненной низкокипящим органическим растворителем, для удаления которого необходима конденсация при температурах ниже 273 К, может привести к образованию льда на поверхности конденсатора и его повреждению.