Перегретый пар
Перегретый пар — это пар , температура которого выше точки его испарения при абсолютном давлении , при котором измеряется температура.
Поэтому перегретый пар может охладиться (потерять внутреннюю энергию ) на некоторую величину, что приведет к понижению его температуры без изменения состояния (т. е. конденсации ) из газа в смесь насыщенного пара и жидкости . Если ненасыщенный пар (смесь, которая содержит как водяной пар, так и капли жидкой воды) нагревается при постоянном давлении , его температура также останется постоянной, поскольку качество пара (например, сухость или процент насыщенного пара) увеличивается до 100% и становится сухим ( т. е. отсутствие насыщенной жидкости) насыщенный пар. Продолжение подвода тепла приведет к «супер» нагреву сухого насыщенного пара. Это произойдет, если насыщенный пар контактирует с поверхностью с более высокой температурой.
Перегретый пар и жидкая вода не могут сосуществовать в условиях термодинамического равновесия , поскольку 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 электростанциях или в технологических процессах (например, при сушке бумаги) насыщенный пар, отбираемый из котла, пропускают через отдельное нагревательное устройство ( перегреватель ), которое передает дополнительное тепло пару путем контакта или излучения .
Перегретый пар не пригоден для стерилизации . [1] Это связано с тем, что перегретый пар сухой. Сухой пар должен достигать гораздо более высоких температур, а материалы, подвергаемые воздействию в течение более длительного периода времени, чтобы иметь такую же эффективность; или равное значению уничтожения F0. Перегретый пар также бесполезен для отопления; хотя он обладает большей энергией и может совершать больше работы, чем насыщенный пар, его теплосодержание гораздо менее полезно. Это связано с тем, что перегретый пар имеет такой же коэффициент теплопередачи , что и воздух, что делает его изолятором — плохим проводником тепла. Насыщенный пар имеет гораздо более высокий коэффициент теплопередачи через стенки. [2]
Слегка перегретый пар можно использовать для антимикробной дезинфекции биопленок на твердых поверхностях. [3]
Наибольшая ценность перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которую можно использовать для кинетической реакции посредством механического расширения лопаток турбины и возвратно-поступательных поршней , вызывающих вращательное движение вала. Ценность перегретого пара в этих приложениях 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 несжимаем при таких давлениях. В поршневом двигателе или турбине, если пар, выполняющий работу, охлаждается до температуры, при которой образуются капли жидкости, то капли воды, увлекаемые потоком жидкости, ударяются о механические детали с достаточной силой, чтобы согнуть, расколоть или сломать их. [4] Перегрев и снижение давления за счет расширения гарантируют, что поток пара остается в виде сжимаемого газа на протяжении всего его прохождения через турбину или двигатель, предотвращая повреждение внутренних движущихся частей.
Насыщенный пар
[ редактировать ]Насыщенный пар — это пар, находящийся в равновесии с нагретой водой при том же давлении, т. е. не нагретый выше температуры кипения для своего давления. В этом отличие от перегретого пара, в котором пар (пар) отделяется от капель воды, а затем добавляется дополнительное тепло.
Эти капли конденсата являются причиной повреждения лопаток паровых турбин . [5] причина, по которой такие турбины полагаются на подачу сухого перегретого пара.
Сухой пар – это насыщенный пар, слегка перегретый. Этого недостаточно для заметного изменения его энергии, но это достаточное повышение температуры, чтобы избежать проблем с конденсацией, учитывая среднюю потерю температуры в контуре подачи пара. К концу XIX века, когда перегрев еще не был надежной технологией, такая сушка паром давала преимущества перегрева, позволяющие избежать конденсации, без необходимости использования сложных котлов или методов смазки для полного перегрева. [6]
Напротив, водяной пар, включающий капли воды, описывается как влажный пар . Если влажный пар нагревать дальше, капли испаряются, а при достаточно высокой температуре (которая зависит от давления) испаряется вся вода, то система находится в парожидкостном равновесии . [7] и он становится насыщенным паром .
Насыщенный пар имеет преимущество в теплопередаче 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 испарения (или конденсации) составляет 970 БТЕ/фунт (2256 кДж/кг) для насыщенного пара при атмосферном давлении. [8]
Использование
[ редактировать ]Паровой двигатель
[ редактировать ]Перегретый пар широко использовался в магистральных паровозах . Насыщенный пар имеет в паровой машине три основных недостатка : он содержит мелкие капли воды, которые необходимо периодически сливать из цилиндров; находясь точно в точке кипения воды при используемом давлении котла, она неизбежно в некоторой степени конденсируется в паровых трубах и цилиндрах вне котла, вызывая при этом непропорциональную потерю объема пара; и это предъявляет большие требования к котлу.
Перегрев пара эффективно сушит его, повышает его температуру до точки, при которой вероятность образования конденсата становится гораздо менее вероятной, и значительно увеличивает его объем. В совокупности эти факторы увеличивают мощность и экономичность локомотива. Основными недостатками являются дополнительная сложность и стоимость труб перегревателя, а также неблагоприятное воздействие «сухого» пара на смазку движущихся компонентов, таких как паровые клапаны. В маневровых локомотивах перегрев обычно не использовался.
Обычная схема заключалась в заборе пара после регулирующего клапана и пропускании его через длинные трубы пароперегревателя внутри специально больших дымовых труб котла. Трубы пароперегревателя имели обратный («торпедный») изгиб на конце топки, так что пару приходилось проходить длину котла как минимум дважды, набирая при этом тепло.
Обработка
[ редактировать ]Другие потенциальные области применения перегретого пара включают: сушку, очистку, нанесение слоев, реакционную технику, сушку эпоксидной смолы и использование пленок, где требуется насыщенный или сильно перегретый пар при давлении, равном одному атмосферному, или при высоком давлении. Идеально подходит для паровой сушки, парового окисления и химической обработки. Область применения: технологии обработки поверхности, технологии очистки, сушка паром, катализ, обработка химических реакций, технологии сушки поверхности, технологии отверждения, энергетические системы и нанотехнологии.
Сообщалось о применении перегретого пара для санитарной обработки окружающей среды на заводе по переработке сухих пищевых продуктов. [9]
Перегретый пар обычно не используется в теплообменнике из-за низкого коэффициента теплопередачи. [10] В нефтеперерабатывающей и углеводородной промышленности перегретый пар в основном используется для отгонки и очистки.
Борьба с вредителями
[ редактировать ]Пар используется для пропаривания почвы с 1890-х годов. Пар попадает в почву, что приводит к разложению почти всех органических материалов (используется термин «стерилизация», но он не совсем верен, поскольку не обязательно уничтожаются все микроорганизмы). Пропаривание почвы является эффективной альтернативой многим химикатам в сельском хозяйстве и широко используется производителями теплиц. В этом процессе в основном используется влажный пар, но если требуется температура почвы выше точки кипения воды 212 ° F (100 ° C), необходимо использовать перегретый пар. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уильям Д. Уайз, Успех в паровой стерилизации , «Химическая обработка». 27 ноября 2005 г. Проверено 10 октября 2010 г.
- ^ «Состояние насыщенного и перегретого пара» . nationalwideboiler.com . Проверено 5 декабря 2019 г.
- ^ Песня, Л.; Ву, Дж.; Си, К. (2012). «Биопленки на поверхностях окружающей среды: оценка эффективности дезинфекции новой паропаровой системы». Американский журнал инфекционного контроля . 40 (10): 926–930. дои : 10.1016/j.ajic.2011.11.013 . ПМИД 22418602 .
- ^ Лейзерович А.С., Паромокрые турбины для атомных электростанций , PennWell, США, 2005. [ нужна страница ]
- ^ Рой, Дж.Дж. (1975). Паровые турбины и редукторы . Серия «Морская инженерия Канди». Стэнфорд Маритайм. стр. 36–37. ISBN 978-0-540-07338-2 .
- ^ Хиллз, Ричард Л. (1989). Питание от пара . Издательство Кембриджского университета. п. 203. ИСБН 978-0-521-45834-4 .
- ^ Сингх, Р. Пол (2001). Введение в пищевую инженерию . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-646384-2 . [ нужна страница ]
- ^ «Калькулятор насыщенного пара» . Спиракс Сарко . Архивировано из оригинала 14 сентября 2017 года . Проверено 13 сентября 2017 г.
- ^ Пак Хён У, Цзе Сюй, В. М. Баласубраманиам и Эбигейл Б. Снайдер. 2021. Влияние активности воды и температуры на инактивацию Enterococcus faecium в арахисовом масле при санитарной обработке перегретым паром. Пищевой контроль. Том 125, статья 107942
- ^ Перегретый пар: Международный сайт Spirax Sarco . Spiraxsarco.com. Проверено 25 января 2012 г.
- ^ Артур Х. Сеннер (1 августа 1934 г.). «Применение пара при стерилизации почв» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 5 декабря 2019 г.
