Перегретый пар - это пар с температурой выше точки его испарения при абсолютном давлении, при котором температура измеряется.
Поэтому перегретый пар может охладиться (потерять внутреннюю энергию ) на некоторую величину, что приведет к снижению его температуры без изменения состояния (т. Е. Конденсации ) с газа на смесь насыщенного пара и жидкости . Если ненасыщенный пар (смесь, которая содержит как водяной пар, так и жидкие капли воды) нагревается при постоянном давлении , его температура также останется постоянной, поскольку качество пара(представьте, что сухость или процент насыщенного пара) увеличивается до 100% и становится сухим (то есть без насыщенной жидкости) насыщенным паром. Продолжая подвод тепла, тогда сухой насыщенный пар будет «перегреваться». Это произойдет, если насыщенный пар попадет на поверхность с более высокой температурой.
Перегретый пар и жидкая вода не могут сосуществовать при термодинамическом равновесии , так как любое дополнительное тепло просто испаряет больше воды, и пар становится насыщенным паром. Однако это ограничение может временно нарушаться в динамических (неравновесных) ситуациях. Для производства перегретого пара на электростанции или для технологических процессов (например, для сушки бумаги) насыщенный пар, отбираемый из котла , пропускается через отдельное нагревательное устройство ( перегреватель ), которое передает дополнительное тепло пару путем контакта или излучения .
Перегретый пар не подходит для стерилизации . [1] Это потому, что перегретый пар сухой. Сухой пар должен достигать гораздо более высоких температур, а материалы, подвергающиеся воздействию в течение более длительного периода времени, должны иметь такую же эффективность; или равное значение уничтожения F0 . Перегретый пар также бесполезен для обогрева, но он обладает большей энергией и может выполнять больше работы, чем насыщенный пар, но теплосодержание гораздо менее полезно. Это связано с тем, что перегретый пар имеет тот же коэффициент теплопередачи , что и воздух, что делает его изолятором - плохим проводником тепла. Насыщенный пар имеет гораздо более высокий коэффициент теплоотдачи стенок. [2]
Слегка перегретый пар можно использовать для антимикробной дезинфекции биопленок на твердых поверхностях. [3]
Самая большая ценность перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которую можно использовать для кинетической реакции за счет механического расширения лопаток турбины и возвратно-поступательных поршней , которые вызывают вращательное движение вала. Ценность перегретого пара в этих применениях заключается в его способности выделять огромное количество внутренней энергии, оставаясь при этом выше температуры конденсации водяного пара; при давлениях, при которых работают реактивные турбины и поршневые двигатели.
Первостепенное значение в этих применениях имеет тот факт, что водяной пар, содержащий увлеченные капли жидкости, обычно несжимаем при таких давлениях. В поршневом двигателе или турбине, если пар, выполняющий работу, охлаждается до температуры, при которой образуются капли жидкости, то капли воды, увлеченные потоком жидкости, ударяются о механические части с достаточной силой, чтобы изгибать, трескать или ломать их. [4] Перегрев и снижение давления за счет расширения гарантирует, что поток пара остается в виде сжимаемого газа на протяжении всего прохождения через турбину или двигатель, предотвращая повреждение внутренних движущихся частей.
Насыщенный пар [ править ]
Насыщенный пар - это пар, который находится в равновесии с нагретой водой при том же давлении, т. Е. Он не был нагрет выше точки кипения для его давления. Это отличается от перегретого пара, в котором пар (пар) был отделен от водяных капель, а затем было добавлено дополнительное тепло.
Эти капли конденсата являются причиной повреждения лопаток паровой турбины [5], поэтому такие турбины полагаются на подачу сухого перегретого пара.
Сухой пар - это насыщенный пар, который слегка перегрет. Этого недостаточно для значительного изменения его энергии, но достаточно для повышения температуры, чтобы избежать проблем с конденсацией, учитывая среднюю потерю температуры в контуре подачи пара. К концу 19-го века, когда перегрев был еще не вполне определенной технологией, такая сушка паром давала преимущества перегрева, предотвращающие конденсацию, и не требовала сложных бойлеров или смазочных технологий полного перегрева. [6]
Напротив, водяной пар, содержащий капли воды, описывается как влажный пар . Если влажный пар дополнительно нагревают, капельки испаряются, и при достаточно высокой температуры (которая зависит от давления) все испарений воды, система находится в парожидкостном равновесии , [7] , и он становится насыщенным паром .
Насыщенный пар полезен для передачи тепла из-за высокой скрытой теплоты парообразования. Это очень эффективный способ передачи тепла. С точки зрения непрофессионала, насыщенный пар находится в точке росы при соответствующей температуре и давлении. Типичная скрытая теплота парообразования (или конденсации) составляет 970 БТЕ / фунт (2256,5 кДж / кг) для насыщенного пара при атмосферном давлении. [8]
Использует [ редактировать ]
Паровой двигатель [ править ]
Перегретый пар широко применялся в магистральных паровозах . Насыщенный пар имеет три основных недостатка паровой машины : он содержит мелкие капли воды, которые необходимо периодически сливать из цилиндров; находясь точно в точке кипения воды для рабочего давления котла, он неизбежно в некоторой степени конденсируется в паровых трубах и цилиндрах вне котла, вызывая при этом непропорциональную потерю объема пара; и это предъявляет высокие требования к котлу.
Перегрев пара эффективно сушит его, повышает его температуру до точки, при которой конденсация гораздо менее вероятна, и значительно увеличивает его объем. В совокупности эти факторы увеличивают мощность и экономичность локомотива. Основными недостатками являются повышенная сложность и стоимость трубок пароперегревателя, а также отрицательное влияние «сухого» пара на смазку движущихся компонентов, таких как паровые клапаны. В маневровых тепловозах перегрев обычно не применялся.
Обычное устройство включает в себя отбор пара после регулирующего клапана и пропускание его через длинные трубы пароперегревателя внутри особо больших пожарных труб котла. Трубки пароперегревателя имели обратный («торпедный») изгиб на конце топки, так что пар должен был пройти по длине котла не менее двух раз, забирая при этом тепло.
Обработка [ править ]
К другим потенциальным применениям перегретого пара относятся: сушка, очистка, наслоение, разработка реакций, сушка эпоксидной смолы и использование пленки, где требуется насыщенный или сильно перегретый пар при одном атмосферном давлении или при высоком давлении. Идеально подходит для сушки паром, окисления паром и химической обработки. Используется в технологиях обработки поверхностей, технологиях очистки, сушке паром, катализе, химической обработке, технологиях сушки поверхностей, технологиях отверждения, энергетических системах и нанотехнологиях. Перегретый пар обычно не используется в теплообменнике из-за низкого коэффициента теплопередачи. [9] В нефтеперерабатывающей и углеводородной промышленности перегретый пар в основном используется для отпарки и очистки.
Борьба с вредителями [ править ]
Пар используется для пропаривания почвы с 1890-х годов. Пар проникает в почву, что вызывает разрушение почти всего органического материала (используется термин «стерилизация», но это не совсем правильно, поскольку не обязательно уничтожаются все микроорганизмы). Обработка почвы паром является эффективной альтернативой многим химическим веществам в сельском хозяйстве и широко используется в теплицах. В этом процессе в основном используется влажный пар, но если требуется температура почвы выше 212 ° F (100,0 ° C) точки кипения воды, необходимо использовать перегретый пар. [10]
См. Также [ править ]
- Перегретая вода
Ссылки [ править ]
- ↑ Уильям Д. Уайз, «Успешная стерилизация паром., "Химическая переработка" 27 ноября 2005 г. Проверено 10-10-2010.
- ^ «Условия насыщенного пара по сравнению с перегретым паром» . nationalwideboiler.com . Проверено 5 декабря 2019 .
- ^ Песня, L .; Wu, J .; Си, К. (2012). «Биопленки на поверхностях окружающей среды: оценка эффективности дезинфекции новой паровой системы». Американский журнал инфекционного контроля . 40 (10): 926–930. DOI : 10.1016 / j.ajic.2011.11.013 . PMID 22418602 .
- ^ Лейзерович, AS, Влажные паровая турбина для атомных электростанций , PennWell, США, 2005. [ нужная страница ]
- ^ Рой, GJ (1975). Паровые турбины и зубчатые передачи . Канди Морская инженерная серия. Стэнфордский морской. С. 36–37. ISBN 978-0-540-07338-2.
- ^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam . Издательство Кембриджского университета. п. 203. ISBN. 978-0-521-45834-4.
- ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-646384-2.[ требуется страница ]
- ^ «Калькулятор насыщенного пара» . Spirax Sarco . Проверено 13 сентября 2017 года .
- ^ Superheated Steam: Международный сайт Spirax Sarco . Spiraxsarco.com. Проверено 25 января 2012.
- ^ Arthur H. Senner (1 августа 1934). «Применение пара при стерилизации почв» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 5 декабря 2019 .
