Перегретый пар - Superheated steam - Wikipedia

Объем (v), энергия (u), энтальпия (h) и энтропия (s) в зависимости от температуры (C) для перегретого пара

Перегретый пар является пар в температура выше, чем его испарение указать на абсолютное давление где измеряется температура.

Поэтому перегретый пар может остыть (потерять внутренняя энергия ) на некоторую величину, что приводит к понижению его температуры без изменение состояния (т.е. уплотнение ) из газ, к смеси насыщенный пар и жидкость. Если ненасыщенный пар (смесь, которая содержит как водяной пар, так и жидкие капли воды) нагревается при постоянном давление, 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. Продолжение подачи тепла приведет к перегреву сухого насыщенного пара. Это произойдет, если насыщенный пар попадет на поверхность с более высокой температурой.

Перегретый пар и жидкая вода не могут сосуществовать под термодинамическое равновесие, 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 в электростанция или для процессов (таких как сушка бумаги) насыщенный пар, отбираемый из котел пропускается через отдельный нагревательный прибор ( перегреватель ), который передает дополнительное тепло пару за счет контакт или по радиация.

Перегретый пар не подходит для стерилизация.[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 равно F0 значение уничтожения. Перегретый пар тоже бесполезен для обогрева, но у него больше энергии и он может делать больше. работай чем насыщенный пар, но теплосодержание гораздо менее полезно. Это потому, что перегретый пар имеет такое же коэффициент теплопередачи воздуха, что делает его изолятор - плохой проводник тепла. Насыщенный пар имеет гораздо более высокий коэффициент теплоотдачи стенок.[2]

Слегка перегретый пар можно использовать для антимикробной дезинфекции биопленки на твердых поверхностях.[3]

Самая большая ценность перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которую можно использовать для кинетической реакции посредством механического расширения против лопатки турбины и возвратно-поступательные поршни, который производит 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 приложениях имеет тот факт, что водяной пар, содержащий увлеченные капли жидкости, обычно несжимаемый при таком давлении. 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

Насыщенный пар пар, который находится в равновесии с нагретой водой при том же давлении, т.е.он не нагрет выше точка кипения за его давление. 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 паровая турбина лезвия,[5] причина, по которой такие турбины полагаются на подачу сухого перегретого пара.

Сухой пар насыщенный пар, который был очень немного перегрет. Этого недостаточно для заметного изменения его энергии, но достаточно для повышения температуры, чтобы избежать проблем с конденсацией, учитывая средние потери 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 нагревается дальше, капли испаряются, и при достаточно высокой температуре (которая зависит от давления) вся вода испаряется, система находится в парожидкостное равновесие,[7] и это становится насыщенный пар.

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

Паровой двигатель

Основная статья: Паровоз высокого давления

В магистрали широко применялся перегретый пар. паровозы. Насыщенный пар имеет три основных недостатка в паровой двигатель: содержит мелкие капли воды, которые необходимо периодически сливать из баллонов; будучи 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 трубопровода перегревателя, а также отрицательное влияние «сухого» пара на смазку движущихся компонентов, таких как паровые клапаны. Маневровые тепловозы вообще не пользовался перегревом.

Обычное устройство включало забирание пара после регулирующего клапана и пропускание его через длинные трубы перегревателя 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

Другие потенциальные применения перегретого пара включают: 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 поверхностных технологиях, технологиях очистки, сушке паром, катализе, химической обработке, технологиях сушки поверхностей, технологиях отверждения, энергетических системах и нанотехнологиях. Перегретый пар обычно не используется в теплообменниках из-за низкого коэффициента теплопередачи.[9] В нефтеперерабатывающей и углеводородной промышленности перегретый пар в основном используется для отпарки и очистки.

Борьба с вредителями

Steam использовался для пропаривание почвы с 1890-х гг. Пар проникает в почву, что вызывает разрушение почти всего органического материала (используется термин «стерилизация», но это не совсем правильно, поскольку не обязательно все микроорганизмы погибают). 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уильям Д. Уайз, "Успешная паровая стерилизация, "Химическая переработка" 27 ноября 2005 г. Проверено 10-10-10.
  2. ^ «Условия насыщенного пара и перегретого пара». nationalwideboiler.com. Получено 5 декабря 2019.
  3. ^ Песня, Л .; Wu, J .; Си, К. (2012). «Биопленки на поверхностях окружающей среды: оценка эффективности дезинфекции новой паровой системы». Американский журнал инфекционного контроля. 40 (10): 926–930. Дои:10.1016 / j.ajic.2011.11.013. PMID  22418602.
  4. ^ Лейзерович, А.С., Турбины с влажным паром для атомных электростанций, PennWell, США, 2005.[страница нужна ]
  5. ^ Рой, Г.Дж. (1975). Паровые турбины и зубчатые передачи. Канди Морская инженерная серия. Stanford Maritime. С. 36–37. ISBN  978-0-540-07338-2.CS1 maint: ref = harv (связь)
  6. ^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от Steam. Издательство Кембриджского университета. п. 203. ISBN  978-0-521-45834-4.
  7. ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-646384-2.[страница нужна ]
  8. ^ «Калькулятор насыщенного пара». Спиракс Сарко. Получено 13 сентября 2017.
  9. ^ Superheated Steam: международный сайт Spirax Sarco. Spiraxsarco.com. Проверено 25 января 2012.
  10. ^ Артур Х. Сеннер (1 августа 1934 г.). «Применение пара при стерилизации почв». Министерство сельского хозяйства США. Получено 5 декабря 2019.