Какие свойства имеет пар
Выброс пара на Европе в представлении художника
У этого термина существуют и другие значения, см. Пар (значения).
Пар — газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества, то есть при температурах ниже критической температуры вещества. Процесс возникновения пара из жидкой (твёрдой) фазы называется «парообразованием». Обратный процесс называется конденсация. При низких давлениях и высоких температурах свойства пара приближаются к свойствам идеального газа. В разговорной речи под словом «пар» почти всегда понимают водяной пар. Подразумевается, что жидкая или твёрдая фазы могут представлять из себя как индивидуальное вещество так и механическую смесь веществ — влажное вещество[1]. Пары́ прочих веществ оговариваются в явном виде.
Не следует путать оптически однородный и гомогенный пар с туманом — гетерогенной системой, сильно рассеивающей свет.
Различают следующие виды состояний пара химически чистых веществ:
- Ненасыщенный пар — пар, не достигший динамического равновесия (не термодинамического!) со своей жидкостью. При данной температуре давление ненасыщенного пара всегда меньше давления насыщенного пара. При наличии над поверхностью жидкости ненасыщенного пара процесс парообразования преобладает над процессом конденсации, и потому жидкости в сосуде с течением времени становится все меньше и меньше.
- Насыщенный пар — пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью (скорость испарения равна скорости конденсации). Это означает, что при данной температуре в этом объёме не может находиться большее количество пара. Если сжимать пар, находящийся в равновесии с жидкостью под поршнем (при условии, что воздух из сосуда предварительно откачан), то равновесие будет нарушаться. Так как плотность пара в первый момент увеличится, то усилится конденсация (из пара в жидкость начнет переходить большее количество молекул, чем из жидкости в газ). Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вновь не установятся динамическое равновесие и плотность пара, а следовательно, и концентрация молекул газа не примет прежнее значение.
У разных жидкостей динамическое равновесие с паром наступает при различной плотности пара. Причина этого заключается в различии сил межмолекулярного взаимодействия. В жидкостях, у которых силы межмолекулярного притяжения велики, например у ртути, только наиболее быстрые молекулы, число которых незначительно, могут вылетать из жидкости. Поэтому для таких жидкостей уже при небольшой плотности пара наступает состояние равновесия. У летучих жидкостей с малой силой притяжения молекул, например у эфира, при той же температуре может вылететь за пределы жидкости множество молекул. Поэтому и равновесное состояние наступает только при значительной плотности пара.
Водяной пар[править | править код]
Водяной пар — газообразное состояние воды.
Благодаря своим уникальным свойствам, пар получил широкое распространение в разнообразной деятельности человека.
- В промышленности является теплоносителем, рабочим телом в паровых машинах и турбинах или очистительным агентом (при паровой очистке).
- Используется в качестве огнетушащего вещества в системах паротушения.
- В кулинарии применяется для приготовления блюд «на пару́», например — паровой рыбы.
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Новый политехнический словарь / Под ред. Ишлинский А. Ю.. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. — С. 671. — ISBN 5-7107-7316-6.
- Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 75-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения влажности веществ. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2015. — iv + 16 с.
Ссылки[править | править код]
- Вуколов С. П., Гершун А. Л., Менделеев Д. И. Пар, в физике и химии // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Вода — однородное химическое соединение, молекула которой состоит из трех атомов, принадлежащих двум химическим элементам — водороду и кислороду. Вода является прекрасным растворителем, поэтому все природные воды представляют собой растворы, содержащие разнообразные вещества — соли, газы.
Вода и водяной пар как рабочее тело и теплоноситель получили наибольшее применение в промышленности. Это объясняется широким распространением воды в природе, а также тем, что вода и водяной пар обладают относительно хорошими термодинамическими характеристиками.
Так, теплоемкость воды выше теплоемкости многих других жидкостей и твердых тел и в пределах от 0 до 100 °С при атмосферном давлении она равна 4,19 кДж/(кг- К), или 4,19 кДж/(кг °С). Теплопроводность воды Вт/(м-К), в отличие от теплопроводности других жидких и твердых тел с повышением температуры до 120… 140°С увеличивается, а при дальнейшем повышении температуры — уменьшается. Плотность воды изменяется с температурой. Наибольшей плотностью вода обладает при 4 °С.
Процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное (пар) называется испарением, а из газообразного в жидкое — конденсацией. Превращение воды в пар может протекать как при испарении, так и при кипении. Испарение — это процесс образования пара, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре. При испарении молекулы воды отрываются от поверхности жидкости, имея относительно большие скорости. Вследствие этого средняя скорость движения молекул в массе воды уменьшается и температура жидкости понижается.
При подводе теплоты в процессе нагревания температура жидкости и интенсивность ее испарения увеличиваются, и при определенных температуре и давлении жидкость закипает.
Кипение — это процесс интенсивного парообразования во всей массе жидкости, который получает развитие при ее нагревании, т.е. подводе к системе определенного количества теплоты. При атмосферном давлении температура кипения составляет приблизительно 100 °С. С повышением давления температура кипения возрастает и, наоборот, в условиях пониженного давления (высоко в горах) температура кипения снижается.
Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превращения ее из жидкого состояния в парообразное при температуре кипения, называется скрытой теплотой парообразования г. С повышением давления скрытая теплота парообразования уменьшается (табл. 1.1).
Ранее было отмечено, что конденсация — это процесс превращения пара в жидкость, называемую конденсатом.
Таблица 1.1 Свойства воды и сухого насыщенного пара
Абсолютное давление | Температура кипения, °С | Плотность пара, кг/м3 | Удельный объем пара, м3/кг | Энтальпия. кДж/кг | Скрытая теплота парообразования, кДж/кг | ||
МПа | кгс/см2 | кипящей воды | пара | ||||
0,02 | 0,2 | 59,67 | 0,129 | 7,789 | 250,7 | 2617,0 | 2366,3 |
0,04 | 0,4 | 75,42 | 0,246 | 4,066 | 316,7 | 2643,9 | 2327,2 |
0,06 | 0,6 | 85,45 | 0,360 | 2,782 | 359,1 | 2660,7 | 2301,6 |
0,08 | 0,8 | 92.99 | 0,471 | 2,125 | 390,6 | 2672,9 | 2282,3 |
0,10 | 1,0 | 99,09 | 0,580 | 1,725 | 416,6 | 2682,9 | 2266,3 |
0,12 | 1,2 | 104,5 | 0,687 | 1,455 | 438,5 | 2691,0 | 2252,5 |
0,17 | 1,7 | 115,00 | 0,956 | 1,044 | 483,0 | 2709,0 | 2226,0 |
0,20 | 2,0 | 119,62 | 1,109 | 0,902 | 499,8 | 2714,5 | 2210,9 |
0,50 | 5,0 | 151.11 | 2,620 | 0,382 | 554,8 | 2756,5 | 2117,6 |
0,90 | 9,0 | 174,33 | 4,456 | 0.219 | 741,3 | 2781,7 | 2040,4 |
1,40 | 14,0 | 194,13 | 6,974 | 0,143 | 828,7 | 2798,0 | 1969,4 |
2,00 | 20,0 | 211,38 | 9,852 | 0,102 | 906,8 | 2807,7 | 1909,9 |
4,00 | 40,0 | 249,18 | 19,700 | 0,051 | 1085,3 | 2809,8 | 1724,5 |
5,00 | 50,0 | 262,70 | 25,000 | 0,040 | 1149,3 | 2795,6 | 1646,3 |
6,00 | 60,0 | 274,29 | 30,300 | 0,033 | 1208,4 | 2786,8 | 1578,4 |
7,00 | 70,0 | 284,48 | 35,714 | 0,028 | 1266.6 | 2775,5 | 1513,8 |
8,00 | 80.0 | 293,62 | 41,667 | 0,024 | 1311,1 | 2762,0 | 1451,0 |
9,00 | 90,0 | 301,92 | 47,619 | 0,021 | 1357,1 | 2747,0 | 1389.8 |
10,00 | 100,0 | 309,53 | 55,556 | 0,018 | 1401,1 | 2730,2 | 1329,1 |
Количество теплоты, выделяющееся при конденсации 1 кг пара и численно равное г, называется теплотой конденсации пара.
Пар, имеющий максимальную плотность при конкретном давлении, называется насыщенным. Насыщенный водяной пар может быть влажным и сухим. Насыщенным является пар, полученный при кипении воды и имеющий с ней одинаковую температуру при том же давлении. В объеме влажного насыщенного пара в виде мельчайших капелек находится вода, которая образуется при разрыве оболочек паровых пузырьков. Сухой насыщенный пар, имея температуру насыщения, влаги не содержит.
Пар, температура которого для определенного давления превышает температуру насыщенного пара, называется перегретым. Разность температур перегретого и сухого насыщенного пара при том же давлении называется перегревом пара.
Важной характеристикой влажного насыщенного водяного пара является степень его сухости X которая определяет долю пара в пароводяной смеси. Соответственно Y — доля жидкости, т.е.
Х= 1-Y
Отделение капель воды от пара называется сепарацией, а устройства, предназначенные для этой цели, — сепараторами.
Энтальпия влажного насыщенного пара ∆hx, кДж/кг, выражается через степень сухости следующим образом:
∆hx = ∆h’ + rХ;
где ∆h’ — энтальпия воды при температуре кипения, кДж/кг; r — скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
Энтальпия перегретого пара ∆hn.n, кДж/кг, равна
∆hn.n = ∆h» + сп(tп.п-tн.п),
где ∆h» — энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг; сп — удельная теплоемкость пара, кДж/(кг-°С); tп.п, tн.п — температура перегретого и насыщенного пара, °С.
В табл. 1.1 приведены изменения отдельных показателей воды и водяного пара с повышением давления.
Водяной пар – это газообразное состояние воды, т.е. газ, это знают все ещё с школы, и каждый из нас видя белые облака газа, выходящие из чайника, заводской трубы и в морозную погоду из рта знает — это пар. Но пар бывает не просто горячим и облачно белым, у него есть другие разновидности и характеристики, пар бывает прозрачным, сухим, влажным, перегретым.
В большинстве технологических теплообменных процессах производственных предприятий применяют водяной пар давлением от 1,5 кг/см² до 24 кг/см², поэтому оставим в стороне технологические процессы большой энергетики и процессов, где используют пар с параметрами намного выше 25 кг/см² и температурой до 600°C. Так же не будем рассматривать процессы сублимации и других технологий, протекающих при температурах ниже 100°C.
На рисунке 1 предоставлены «Диаграма состояния воды» (а) и «hs диаграмма водяного пара» (б), с помощью них разберём «наш» пар. На диаграмме «а» область водяного пара с интересующими нас параметрами – это область «A». Для более лучшего понимания состояния и характеристик воды (водяного пара) при интересующих нас давлениях и температурах обратимся к диаграмме «б».
Рис.1. Диаграммы
а) Диаграмма состояния воды
| б) h,s — диаграмма водяного пара
|
Этальпия пара (полная теплота пара) — это количество тепловой энергии, которой нужно для получения 1 кг пара данных параметров из 1 кг воды температурой 0°С, если нагревать воду при постоянном давлении. χ – коэффициент сухости пара. Показатель качества насыщенного пара. Чем ниже «χ», тем больше воды в паре и меньше энтальпия (количество тепловой энергии). | |
На диаграмме «б» разными цветами выделены области с характеристиками интересующего нас водяного пара: перегретый пар (область «E»), влажный насыщенный пар (область «F»). Кривая c-d характеризует состояние сухого насыщенного пара. В таблице 1 перечислим свойства пара в каждом из состояний.
Таблица 1. Виды и свойства водяного пара
Область на диаграмме | Показатели характеризующие состояние пара | РАЗНОВИДНОСТЬ ПАРА краткое описание свойств пара |
Кривая с-d | Давление (температура) Коэффициент сухости (χ = 1) Энтальпия | СУХОЙ НАСЫЩЕННЫЙ ПАР (СНП) Пограничная кривая a-b соответствует сухому насыщенному пару (χ = 1), ниже этой кривой – влажный насыщенный пар (0 ˂ χ ˂ 1), выше – перегретый пар. В таблице СВОЙСТВА НАСЫЩЕННОГО ПАРА* указаны более точные характеристики СНП. Свойства СНП: * СНП – это прозрачный газ; * СНП – «идеальный пар» для теплотехнических процессов, может существовать только в закрытом пространстве, не стабилен; * Давление и температура СНП взаимозависимы и меняются корреляционно в соответствии с кривой a-b на «h,s — диаграмма водяного пара»; * СНП – это наиболее эффективный пар для теплообменных процессов (максимальный коэффициет теплоотдачи при высоком теплосодержании (энтальпии)); * Ввиду нестабильности СНП, необходимо делать поправку и все теплотехнические расчёты рекомендуется вести по ВНП. |
Область F | Давление (температура) 0 ˂ χ ˂ 1 Энтальпия | ВЛАЖНЫЙ НАСЫЩЕННЫЙ ПАР (ВНП) На «h,s — диаграмма водяного пара» кривые помеченные χ=0.9, χ=0.8, χ=0.7 являются кривыми ВНП. Свойства ВНП: * ВНП – это водяной газ облачно-белого цвета, с которым мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни; * ВНП – реальный пар, с которым работают теплообменные аппараты; * ВНП – это смесь пара и мельчайших капелек воды; * В теплообменных процессах при постоянном давлении, температура ВНП от момента χ = 1 до χ = 0 (конденсат) является величиной постоянной; * Без применения пароперегревателей на выходе любого парового котла ВНП; * При транспортировке ВНП по паропроводу образуется конденсат, который необходимо отводить в обязательном порядке. |
Область E | Давление Температура перегрева Энтальпия | ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР (ПП) * ПП ещё называют сухим ненасыщенным паром; * ПП – это прозрачный газ; * ПП – не применяется в теплообменных процессах; * ПП – это пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура СНП; * ПП получается дальнейшим нагревом насыщенного пара. В отличии от насыщенного пара у перегретого пара нет прямой зависимости давления от температуры, и он в обязательном порядке должен характеризоваться давлением и температурой перегрева; * Преимущество ПП в отсутствии образования конденсата при транспортировке; * Недостатки ПП – низкий коэффициент теплоотдачи, что требует больших площадей теплообменных поверхностей при теплообменных процессах. |
ВЫВОДЫ:
- На выходе из любого парового котла (парогенератора) влажный насыщенный пар;
- Необходимо стремиться использовать в технологических процессах на производстве сухой насыщенный пар, тогда эффективность теплообменного оборудования на производстве будет максимальной;
- Транспортировать по паропроводу до паропотребителя лучше слегка перегретый пар (не образуется конденсат при транспортировке), но к паропотребителю должен «приходить» сухой насыщенный пар (максимальная эффективность теплообменного оборудования).
Думаю, что в данной статье я кратко и понятно разъяснил про наиболее часто встречающиеся виды пара в технологических процессах промышленных предприятий. Если вы хотите знать больше про энтропию, свойства перегретого пара для энергетических турбин, сублимацию, понятие критической точки — изучайте ТЕРМОДИНАМИКУ.
Свойства пара
Что это такое и как им пользоваться
Численные значения параметров теплоты, а также взаимосвязь между температурой и давлением, приведенные в настоящем Руководстве, взять из Таблицы «Свойства насыщенного пара».
Определение применяемых терминов:
Насыщенный пар
Чистый пар, температура которого соответствует температуре кипения воды при данном давлении.
Абсолютное давление
Абсолютное давления пара в барах (избыточное плюс атмосферное).
Зависимость между температурой и давлением
Каждому значению давления чистого пара соответствует определенная температура. Например: температура чистого пара при давлении 10 бар всегда равна 180°С.
Удельный объём пара
Масса пара, приходящаяся на единицу его объёма, кг/м3.
Теплота кипящей жидкости
Количество тепла, которое требуется чтобы повысить температуру килограмма воды от 0°С до точки кипения при давлении и температуре, указанных в Таблице. Выражается в ккал/кг.
Скрытая температура парообразования
Количество тепла в ккал/кг, необходимое для превращения одного килограмма воды при температуре кипения в килограмм пара. При конденсации одного килограмма пара в килограмм воды высвобождает такое же самое количество теплоты. Как видно из Таблицы, для каждого сочетания давления и температуры величина этой теплоты будет разной.
Полная теплота насыщенного пара
Сумма теплоты кипящей жидкости и скрытой теплоты парообразования в ккал/кг. Она соответствует полной теплоте, содержащейся в паре с температурой выше 0°С.
Как пользоваться таблицей
Кроме определения зависимости между давлением и температурой пара, Вы, также, можете вычислить количество пара, которое превратится в конденсат в любом теплообменнике, если известно передаваемое им количество теплоты в ккал. И наоборот, Таблицу можно использовать для определения количества переданной теплообменником теплоты если известен расход образующегося конденсата.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Абсолют. Давление бар | Температ пара °C | Уд.объем пара м3/кг | Плотность пара кг/м3 | Теплота жидкости ккал/кг | Скрытая теплота парообра- зования ккал/кг | Полная теплота пара |
P | t | V | 7 | q | r | X=q+r |
0,010 | 7,0 | 129,20 | 0,007739 | 7,0 | 593,5 | 600,5 |
0,020 | 17,5 | 67,01 | 0,01492 | 17,5 | 587,6 | 605,1 |
0,030 | 24,1 | 45,67 | 0,02190 | 24,1 | 583,9 | 608,0 |
0,040 | 29,0 | 34,80 | 0,02873 | 28,9 | 581,2 | 610,1 |
0,050 | 32,9 | 28,19 | 0,03547 | 32,9 | 578,9 | 611,8 |
0,060 | 36,2 | 23,47 | 0,04212 | 36,2 | 577,0 | 613,2 |
0,070 | 39,0 | 20,53 | 0,04871 | 39,0 | 575,5 | 614,5 |
0,080 | 41,5 | 18,10 | 0,05523 | 41,5 | 574,0 | 615,5 |
0,090 | 43,8 | 16,20 | 0,06171 | 43,7 | 572,8 | 616,5 |
0,10 | 45,8 | 14,67 | 0,06814 | 45,8 | 571,8 | 617,6 |
0,20 | 60,1 | 7,650 | 0,1307 | 60,1 | 563,3 | 623,4 |
0,30 | 69,1 | 5,229 | 0,1912 | 69,1 | 558,0 | 627.1 |
0,40 | 75,9 | 3,993 | 0,2504 | 75,8 | 554,0 | 629,8 |
0,50 | 81,3 | 3,240 | 0,3086 | 81,3 | 550,7 | 632,0 |
0,60 | 86,0 | 2,732 | 0,3661 | 85,9 | 547,9 | 633,8 |
0,70 | 90,0 | 2,365 | 0,4229 | 89,9 | 545,5 | 635,4 |
0,80 | 93,5 | 2,087 | 0,4792 | 93,5 | 543,2 | 636,7 |
0,90 | 96,7 | 1,869 | 0,5350 | 96,7 | 541,2 | 637,9 |
1,00 | 99,6 | 1,694 | 0,5904 | 99,7 | 539,3 | 639,0 |
1,5 | 111,4 | 1,159 | 0,8628 | 111,5 | 531,8 | 643,3 |
2,0 | 120,2 | 0,8854 | 1,129 | 120,5 | 525,9 | 646,4 |
2,5 | 127,4 | 0,7184 | 1,392 | 127,8 | 521,0 | 648,8 |
3,0 | 133,5 | 0,6056 | 1,651 | 134,1 | 516,7 | 650,8 |
3,5 | 138,9 | 0,5240 | 1,908 | 139,5 | 512,9 | 652,4 |
4,0 | 143,6 | 0,4622 | 2,163 | 144,4 | 509,5 | 653,9 |
4,5 | 147,9 | 0,4138 | 2,417 | 148,8 | 506,3 | 655,1 |
5,0 | 151,8 | 0,3747 | 2,669 | 152,8 | 503,4 | 656,2 |
6,0 | 158,8 | 0,3155 | 3,170 | 160,1 | 498,0 | 658,1 |
7,0 | 164,9 | 0,2727 | 3,667 | 166,4 | 493,3 | 659,7 |
8,0 | 170,4 | 0,2403 | 4,162 | 172,2 | 488,8 | 661,0 |
9,0 | 175,4 | 0,2148 | 4,655 | 177,3 | 484,8 | 662,1 |
10 | 179,9 | 0,1943 | 5,147 | 182,1 | 481,0 | 663,1 |
11 | 184,1 | 0,1774 | 5,637 | 186,5 | 477,4 | 663,9 |
12 | 188,0 | 0,1632 | 6,127 | 190,7 | 473,9 | 664,6 |
13 | 191,6 | 0,1511 | 6,617 | 194,5 | 470,8 | 665,3 |
14 | 195,0 | 0,1407 | 7,106 | 198,2 | 467,7 | 665,9 |
15 | 198,3 | 0,1317 | 7,596 | 201,7 | 464,7 | 666,4 |
16 | 201,4 | 0,1237 | 8,085 | 205,1 | 461,7 | 666,8 |
17 | 204,3 | 0,1166 | 8,575 | 208,2 | 459,0 | 667,2 |
18 | 207,1 | 0,1103 | 9,065 | 211,2 | 456,3 | 667,5 |
19 | 209,8 | 0,1047 | 9,555 | 214,2 | 453,6 | 667,8 |
20 | 212,4 | 0,09954 | 10,05 | 217,0 | 451,1 | 668,1 |
25 | 223,9 | 0,07991 | 12,51 | 229,7 | 439,3 | 669,0 |
30 | 233,8 | 0,06663 | 15,01 | 240,8 | 428,5 | 669,3 |
40 | 250,3 | 0,04975 | 20,10 | 259,7 | 409,1 | 668,8 |
50 | 263,9 | 0,03943 | 25,36 | 275,7 | 391,7 | 667,4 |
60 | 275,6 | 0,03244 | 30,83 | 289,8 | 375,4 | 665,2 |
70 | 285,8 | 0,02737 | 36,53 | 302,7 | 359,7 | 662,4 |
80 | 295,0 | 0,02353 | 42,51 | 314,6 | 344,6 | 659,2 |
90 | 303,3 | 0,02050 | 48,79 | 325,7 | 329,8 | 655,5 |
100 | 311,0 | 0,01804 | 55,43 | 336,3 | 315,2 | 651,5 |
110 | 318,1 | 0,01601 | 62,48 | 346,5 | 300,6 | 647,1 |
120 | 324,7 | 0,01428 | 70,01 | 356,3 | 286,0 | 642,3 |
130 | 330,8 | 0,01280 | 78,14 | 365,9 | 271,1 | 637,0 |
140 | 336,6 | 0,01150 | 86,99 | 375,4 | 255,7 | 631,1 |
150 | 342,1 | 0,01034 | 96,71 | 384,7 | 239,9 | 624,6 |
200 | 365,7 | 0,005877 | 170,2 | 436,2 | 141,4 | 577,6 |
1 ккал = 4,186 кдж
1 кдж = 0,24 ккал
1 бар = 0,102 МПа
ПАР ВТОРИЧНОГО ВСКИПАНИЯ
Что такое пар вторичного вскипания:
Когда горячий конденсат или вода
из котла, находящиеся под определенным давлением, выпускают в пространство, где
действует меньшее давление, часть жидкости вскипает и превращается в так
называемый пар вторичного вскипания.
Почему он имеет важное значение :
Этот пар важен потому, что в нем
содержится определенное количество теплоты, которая может быть использована для
повышения экономичности работы предприятия, т.к. в противном случае она будет
безвозвратно потеряна. Однако, чтобы получить пользу от пара вторичного
вскипания, нужно знать как в каком количестве он образуется в конкретных
условиях.
Как он образуется :
Если воду нагревать при атмосферном давлении, ее
температура будет повышаться пока не достигнет 100°С – самой высокой
температуры, при которой вода может существовать при данном давлении в виде
жидкости. Дальнейшее добавление теплоты не повышает температуру воды, а
превращает ее в пар.
Теплота, поглощенная водой в
процессе повышения температуры до точки кипения, называется физической теплотой
или тепло-содержанием. Теплота, необходимая для превращения воды в пар, при
температуре точки кипения, называется скрытой теплотой парообразования.
Единицей теплоты, в общем случае, является килокалория (ккал), которая равна
количеству тепла, необходимому для повышения температуры одного килограмма воды
на 1°С при атмосферном давлении.
Однако, если воду нагревать при
давлении выше атмосферного, ее точка кипения будет выше 100°С, в силу чего
увеличится также и количество требуемой физической теплоты. Чем выше давление,
тем выше температура кипения воды и ее теплосодержание. Если давление
понижается, то теплосодержание также уменьшается и температура кипения воды
падает до температуры, соответствующей новому значению давления. Это значит,
что определенное количество физической теплоты высвобождается. Эта избыточная
теплота будет поглощаться в форме скрытой теплоты парообразования, вызывая
вскипание части воды и превращение ее в пар. Примером может служить выпуск
конденсата из конденсатоотводчика или выпуск воды из котла при продувке.
Количество образующегося при этом пара можно вычислить.
Конденсат при температуре пара 179,9
°C
и
давлении 10 бар обладает теплотой в количестве 182, 1ккал/кг. См. Колонку 5
таблицы параметров пара. Если его выпускать в атмосферу, т.е. при абсолютном
давлении 1 бар, теплосодержание конденсата сразу же упадет до 99,7 ккал/кг.
Избыток теплоты в количестве 82,3 ккал/кг вызовет вторичное вскипание части
конденсата. Величину части конденсата в %, которая превратится в пар вторичного
вскипания, определяют следующим образом :
Разделите разницу между
теплосодержанием конденсата при большем и при меньшем давлениях на величину
скрытой теплоты парообразования при меньшем давлением значении давления и
умножьте результат на 100.
Выразив это в виде формулы,
получим :
% пар вторичного вскипания
q1 = теплота конденсата при
большем значении давления до его выпуска
q2 = теплота конденсата при
меньшем значении давления, т.е. в пространстве, куда производится выпуск
r =
скрытая теплота парообразования пара при меньшем значении давления, при
котором производится выпуск конденсата
% пара вторичного вскипания =
График 1.
График 2.
Объем пара вторичного вскипания при выпуске
одного кубического метра конденсата в систему с атмосферным давлением.
Для упрощения
расчетов, на графике показано количество пара вторичного вскипания, которое
будет образовываться, если выпуск конденсата будет производится при разных
давлениях на выходе
Влияние присутствия воздуха на температуру пара
Рис. 1 поясняет, к чему приводит
присутствие воздуха в паропроводах, а в
Таблице 1 и на Графике 1 показана зависимость снижения температуры пара от
процентного содержания в нем воздуха при различных давлениях.
Влияние присутствия воздуха на теплопередачу
Воздух, обладая отличными
изоляционными свойствами, может образовать, по мере конденсации пара,
своеобразное «покрытие» на поверхностях теплопередачи и значительно
понизить ее эффективность.
При определенных условиях, даже
такое незначительное количество воздуха в паре как 0,5% по объему может
уменьшить эффективность тепло — передачи
на 50%. См. Рис.1
СО2 в газообразной
форме, образовавшись в котле и перемещаясь вместе с паром, может растворится в
конденсате, охлажденном ниже температуры пара, и образовать угольную кислоту.
Эта кислота весьма агрессивна и, в конечном итоге «проест»
трубопроводы и теплообменное оборудование. См. Рис.2. Если в систему попадает
кислород, он может вызвать питтинговую
коррозию чугунных и стальных поверхностей. См. Рис. 3.
Паровая камера со 100%
содержанием пара. Общее давление 10 бар.
Давления пара 10 бар температура пара 180°С
Рис.1. Камера, в которой
находится смесь пара и воздуха, передает только ту часть теплоты, которая
соответствует парциальному давлению пара, а не полному давлению в ее полости.
Паровая камера с содержанием
пара 90%
И воздуха 10%. Полное давление
10 бар. Давление
Пара 9 бар, температура пара 175,4°С
Таблица 1.
Снижение температуры паро-воздушной | ||||
Давление | Температура насыщ. пара | Температура паро-воздушной смеси от | ||
бар | °C | 10% | 20% | 30% |
2 | 120,2 | 116.7 | 113.0 | 110.0 |
4 | 143.6 | 140.0 | 135.5 | 131.1 |
6 | 158.8 | 154.5 | 150.3 | 145.1 |
8 | 170.4 | 165.9 | 161.3 | 155.9 |
10 | 179.9 | 175.4 | 170.4 | 165.0 |
Свойства пара
Теплофизические свойства воды и водяного пара (программа расчета)
Методические указания по очистке и контролю возвратного конденсата (РД 34.37.515-93)