संघनित्र (कंडेनसर- ऊष्मा स्थानान्तरण)

For condensers not involving heat transfer, see Condenser (disambiguation).

एक रेफ्रिजरेटर का कंडेनसर कॉइल

गर्मी हस्तांतरण वाली प्रणालियों में उष्मा का आदान प्रदान करने वाला होता है जो शीतलन के माध्यम से एक गैस ीय पदार्थ को तरल अवस्थामें संघनित करने के लिए उपयोग किया जाता है। ऐसा करने में, पदार्थ द्वारा गुप्त ऊष्मा मुक्त की जाती है और आसपास के वातावरण में स्थानांतरित कर दी जाती है। कंडेनसर का उपयोग कई औद्योगिक प्रणालियों में कुशल गर्मी अस्वीकृति के लिए किया जाता है। कंडेनसर को कई डिज़ाइनों के अनुसार बनाया जा सकता है, और कई आकारों में आते हैं जो छोटे (हाथ से पकड़े जाने वाले) से लेकर बहुत बड़े (औद्योगिक पैमाने की इकाइयाँ हैं जो संयंत्र प्रक्रियाओं में प्रयुक्त होते हैं)। उदाहरण के लिए, एक रेफ्रिज रेटर एक कंडेनसर का उपयोग करता है ताकि यूनिट के अंदर से बाहर की हवा में निकाली गई गर्मी से छुटकारा मिल सके।

कंडेनसर का उपयोग एयर कंडीशनिंग , औद्योगिक रासायनिक प्रक्रिया ओं जैसे आसवन , भाप बिजली संयंत्र ों और अन्य ताप-विनिमय प्रणालियों में किया जाता है। शीतलक के रूप में ठंडे पानी या आसपास की हवा का उपयोग कई संघनित्रों में आम है।

इतिहास

सबसे पहला प्रयोगशाला संघनित्र, एक "गेजेनस्ट्रॉमकुहलर" (प्रतिप्रवाह संघनित्र), का आविष्कार 1771 में स्वीडिश-जर्मन रसायनशास्त्री क्रिश्चियन एरेनफ्राइड वीगेल ने किया था। 19वीं शताब्दी के मध्य तक, जर्मन रसायनशास्त्री जस्टस वॉन लिबिग वीगेल और जोहान फ्रेडरिक अगस्त गॉटलिंग के पूर्ववर्ती डिजाइनों पर अपने स्वयं के सुधार प्रदान करेंगे, इस उपकरण को लिबिग कंडेनसर के रूप में जाना जाता है।

संचालन का सिद्धांत

एक कंडेनसर को एक काम कर रहे तरल पदार्थ (जैसे भाप बिजली संयंत्र में पानी) से एक माध्यमिक तरल पदार्थ या आसपास की हवा में स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कंडेनसर कुशल गर्मी हस्तांतरण पर निर्भर करता है जो चरण परिवर्तन के दौरान होता है, इस मामले में वाष्प के तरल में संघनन के दौरान। वाष्प आमतौर पर कंडेनसर में द्वितीयक द्रव के ऊपर के तापमान पर प्रवेश करता है। जैसे ही वाष्प ठंडा होता है, यह संतृप्ति तापमान तक पहुँच जाता है, तरल में संघनित हो जाता है और बड़ी मात्रा में गुप्त ऊष्मा छोड़ता है। चूंकि यह प्रक्रिया कंडेनसर के साथ होती है, वाष्प की मात्रा घट जाती है और तरल की मात्रा बढ़ जाती है; कंडेनसर के आउटलेट पर केवल तरल रहता है। कुछ कंडेनसर डिज़ाइनों में संतृप्ति तापमान के नीचे इस संघनित तरल को कम करने के लिए अतिरिक्त लंबाई होती है। कंडेनसर डिज़ाइन में अनगिनत विविधताएँ मौजूद हैं, जिनमें कार्यशील द्रव, द्वितीयक द्रव, ज्यामिति और सामग्री सहित डिज़ाइन चर शामिल हैं। सामान्य माध्यमिक तरल पदार्थों में पानी, हवा, रेफ़्रिजरेंट या चरण-परिवर्तन सामग्री शामिल हैं।

अन्य कूलिंग तकनीकों की तुलना में कंडेनसर के दो महत्वपूर्ण डिज़ाइन लाभ हैं:

• अव्यक्त ऊष्मा द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण केवल समझदार ऊष्मा द्वारा ऊष्मा हस्तांतरण की तुलना में बहुत अधिक कुशल है
• संघनन के दौरान कार्यशील द्रव का तापमान अपेक्षाकृत स्थिर रहता है, जो कार्यशील और द्वितीयक द्रव के बीच तापमान के अंतर को अधिकतम करता है।

कंडेनसर के उदाहरण

भूतल कंडेनसर

एक सतह कंडेनसर वह होता है जिसमें संघनक माध्यम और वाष्प भौतिक रूप से अलग हो जाते हैं और सीधे संपर्क वांछित नहीं होने पर उपयोग किए जाते हैं। यह ताप विद्युत केंद्र में प्रत्येक भाप टरबाइन के आउटलेट पर स्थापित खोल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर है। आमतौर पर, ठंडा पानी ट्यूब की तरफ से बहता है और भाप शेल साइड में प्रवेश करती है जहां हीट ट्रांसफर ट्यूब के बाहर संघनन होता है। घनीभूत नीचे टपकता है और तल पर इकट्ठा होता है, अक्सर एक अंतर्निर्मित पैन में जिसे हॉटवेल कहा जाता है। खोल पक्ष अक्सर खालीपन या आंशिक वैक्यूम पर संचालित होता है, जो भाप और घनीभूत के बीच विशिष्ट मात्रा में अंतर से उत्पन्न होता है। इसके विपरीत, वाष्प को ट्यूबों के माध्यम से शीतलक पानी या बाहर बहने वाली हवा के साथ खिलाया जा सकता है।

रसायन विज्ञान

Main article: Condenser (laboratory)

रसायन विज्ञान में, संघनित्र वह उपकरण है जो गर्म वाष्प को ठंडा करता है, जिससे वे द्रव में संघनित हो जाते हैं। उदाहरणों में लिबिग कंडेनसर , ग्राहम कंडेनसर और एलिहान कंडेनसर शामिल हैं। यह एक संक्षेपण प्रतिक्रिया के साथ भ्रमित नहीं होना है जो एक अतिरिक्त रासायनिक प्रतिक्रिया और एक उन्मूलन प्रतिक्रिया द्वारा दो टुकड़ों को एक अणु में जोड़ता है।

प्रयोगशाला आसवन, भाटा और रोटरी बाष्पीकरण में, कई प्रकार के कंडेनसर आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। लिबिग कंडेनसर कूलिंग वॉटर जैकेट के भीतर बस एक सीधी ट्यूब है, और कंडेनसर का सबसे सरल (और अपेक्षाकृत कम खर्चीला) रूप है। ग्राहम कंडेनसर एक वॉटर जैकेट के भीतर एक सर्पिल ट्यूब है, और एलिहान कंडेनसर के अंदर की ट्यूब पर बड़े और छोटे अवरोधों की एक श्रृंखला है, प्रत्येक सतह क्षेत्र को बढ़ाता है जिस पर वाष्प घटक संघनित हो सकते हैं। निर्माण के लिए अधिक जटिल आकार होने के कारण, ये बाद वाले प्रकार भी खरीदने के लिए अधिक महंगे हैं। ये तीन प्रकार के कंडेनसर प्रयोगशाला के कांच के बने पदार्थ हैं क्योंकि ये आमतौर पर कांच के बने होते हैं। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कंडेनसर आमतौर पर ग्राउंड ग्लास जोड़ों के साथ लगाए जाते हैं और 100, 200 और 400 मिमी की मानक लंबाई में आते हैं। एयर-कूल्ड कंडेनसर बिना जैकेट के होते हैं, जबकि वाटर-कूल्ड कंडेनसर में पानी के लिए एक जैकेट होता है।

औद्योगिक आसवन

आसुत वाष्प को तरल आसवन में ठंडा करने के लिए बड़े पैमाने पर आसवन प्रक्रियाओं में बड़े कंडेनसर का भी उपयोग किया जाता है। आमतौर पर, शीतलक ट्यूब की तरफ से बहता है और डिस्टिल्ड वाष्प शेल साइड के माध्यम से डिस्टिलेट इकट्ठा होता है या नीचे बहता है।

एयर कंडीशनिंग

एक ठेठ घर के लिए सेंट्रल एयर कंडीशनिंग के लिए कंडेनसर यूनिट

केंद्रीय एयर कंडीशनिंग सिस्टम में उपयोग की जाने वाली एक कंडेनसर इकाई में आम तौर पर ठंडा करने के लिए हीट एक्सचेंजर सेक्शन होता है और आने वाले रेफ्रिजरेंट वाष्प को तरल में संघनित करता है, रेफ्रिजरेंट के दबाव को बढ़ाने और इसे साथ ले जाने के लिए एक गैस कंप्रेसर और बाहरी हवा को उड़ाने के लिए एक पंखा होता है। रेफ्रिजरेंट को अंदर ठंडा करने के लिए हीट एक्सचेंजर सेक्शन। ऐसी संघनित्र इकाई का एक विशिष्ट विन्यास इस प्रकार है: हीट एक्सचेंजर अनुभाग अंदर कंप्रेसर के साथ इकाई के चारों ओर लपेटता है। इस हीट एक्सचेंजर सेक्शन में, रेफ्रिजरेंट कई ट्यूब पासों से होकर जाता है, जो हीट ट्रांसफर फिन्स से घिरे होते हैं, जिसके माध्यम से ठंडी हवा बाहर से यूनिट के अंदर तक फैल सकती है। शीर्ष के पास कंडेनसर यूनिट के अंदर एक मोटरयुक्त पंखा (यांत्रिक) होता है, जो किसी भी वस्तु को गलती से पंखे के अंदर गिरने से बचाने के लिए कुछ झंझरी से ढका होता है। पंखे का उपयोग पक्षों पर हीट एक्सचेंजर सेक्शन के माध्यम से बाहर की ठंडी हवा को खींचने के लिए किया जाता है और इसे झंझरी के माध्यम से ऊपर से बाहर निकाला जाता है। ये संघनित्र इकाइयां इमारत के बाहर स्थित हैं, वे ठंडा करने की कोशिश कर रहे हैं, इकाई और इमारत के बीच टयूबिंग के साथ, एक वाष्प शीतल क प्रवेश करने के लिए और दूसरा तरल शीतलक इकाई छोड़ने के लिए। बेशक, यूनिट के अंदर कंप्रेसर और पंखे के लिए बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता होती है।

सीधा-संपर्क

प्रत्यक्ष-संपर्क कंडेनसर में, गर्म वाष्प और ठंडे तरल को एक बर्तन में पेश किया जाता है और गर्मी एक्सचेंजर ट्यूब की दीवार जैसे बाधा से अलग होने के बजाय सीधे मिश्रण करने की अनुमति दी जाती है। वाष्प अपनी गुप्त ऊष्मा छोड़ कर द्रव में संघनित हो जाता है, जबकि द्रव इस ऊष्मा को अवशोषित कर लेता है और तापमान में वृद्धि करता है। प्रवेश करने वाले वाष्प और तरल में सामान्य रूप से एक संघनित पदार्थ होता है, जैसे हवा को ठंडा करने और इसकी आर्द्रता को समायोजित करने के लिए पानी के स्प्रे का इस्तेमाल किया जाता है।

समीकरण

एक आदर्श सिंगल-पास कंडेनसर के लिए जिसका शीतलक निरंतर घनत्व, निरंतर ताप क्षमता, तापमान सीमा पर रैखिक एन्थैल्पी, सही पार-अनुभागीय गर्मी हस्तांतरण, और शून्य अनुदैर्ध्य गर्मी हस्तांतरण, और जिसकी ट्यूबिंग में निरंतर परिधि, निरंतर मोटाई और निरंतर गर्मी होती है चालकता, और जिसका संघनित द्रव पूरी तरह से मिश्रित होता है और स्थिर तापमान पर, शीतलक का तापमान उसके ट्यूब के अनुसार बदलता रहता है:

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

कहाँ पे:

• $x$ शीतलक इनलेट से दूरी है
• $T(x)$ शीतलक तापमान है, और टी (0) इसके इनलेट पर शीतलक तापमान है
• $T_{H}$ गर्म द्रव का तापमान है
• $NTU$ स्थानांतरण इकाइयों की संख्या है
• $m$ शीतलक का द्रव्यमान (या अन्य) प्रवाह दर है
• $c$ प्रति इकाई द्रव्यमान (या अन्य) स्थिर दबाव पर शीतलक की ताप क्षमता है
• $h$ शीतलक ट्यूब का ताप हस्तांतरण गुणांक है
• $P$ शीतलक ट्यूब की परिधि है
• $G$ शीतलक ट्यूब का ऊष्मा चालन है (अक्सर निरूपित किया जाता है $UA$)
• $L$ शीतलक ट्यूब की लंबाई है

यह भी देखें

• कंडेनसर (प्रयोगशाला)
• एयर वेल (कंडेनसर)