Водяной пар — это вода в газообразном состоянии. Газообразное состояние относится к трем основным кумулятивным состояниям воды, которые встречаются в природе. Чистый водяной пар бесцветен и безвкусен. Наибольшее накопление пара происходит в тропосфере.
Природа пара
Водяной пар образуется, когда вода переходит из жидкого состояния в газообразное. При этом происходит поглощение значительного количества энергии, называемой скрытым паровым теплом. При противоположном процессе, процессе конденсации, выделяется такое же количество тепла. Это основной принцип переноса пара, т.е. использование энергии фазового перехода.
Паровые состояния включают жидкий насыщенный пар, сухой насыщенный пар и перегретый пар.
Влажный насыщенный пар
Это наиболее распространенная форма пара, когда некоторые молекулы воды отдают энергию (скрытое тепло) и конденсируются, образуя маленькие капельки воды в виде тумана. Понятие сухости (влажности) пара описывает количество капель, содержащихся в насыщенном паре.
На практике даже самые лучшие котлы производят пар с влажностью от 3% до 5%. Когда образующийся пар уносит воду, обычно в виде тумана или капель.
Работа с насыщенным паром увеличивает затраты на энергию и имеет ряд недостатков. Повышенная влажность насыщенного пара значительно снижает его энтальпию (энергоэффективность), увеличивает перепад давления в паровых каналах, делает паровые каналы более подверженными коррозии и накоплению конденсата в оборудовании, что может привести к гидравлическим ударам и толчкам.
Поэтому при проектировании и эксплуатации систем пара и конденсата необходимо принять меры по осушению пара (установка циклонных сепараторов, редукционных клапанов серии COS) и дренажу паропровода (установка конденсатных шкафов), а также по изоляции всех компонентов паропроводов и компонентов.
Сухой насыщенный пар
Не содержащие влаги прозрачные газы обладают многими свойствами, которые позволяют полностью контролировать источник тепла.
| Особенность | Преимущество |
|---|---|
| Быстрое и равномерное нагревание через скрытую передачу тепла | Повышение качества продукции и производительности |
| Используется как в технологических процессах, так и в системах отопления и вентиляции предприятия | Упрощает эксплуатацию и унифицирует энергораспределение на предприятии. Снижает затраты на энергогенерирующее оборудование. |
| Давлением можно контролировать температуру | Температура может быть установлена быстро и точно |
| Высокий коэффициент теплопередачи | Необходимо меньше площади поверхности теплопередачи, что позволяет снизить габариты и первоначальные затраты на оборудование |
| Производится из воды | Безопасный, экологически чистый и недорогой |
Важно: Не путайте понятие водяного пара, который представляет собой совокупное состояние жидкого газа, с туманом, который представляет собой явление, когда воздух содержит взвесь мелких капель воды. Другими словами, в состоянии тумана вода не меняет своего общего состояния от жидкости к газу.
Краткое определение понятий
Водяной пар — это газообразное вещество на поверхности жидкости. Образование паров происходит путем испарения, кипения, конденсации и сублимации.
В естественных условиях пар смешивается с воздухом, но в условиях кипения в закрытом контейнере пар приобретает свойство насыщения.
Насыщенный пар — это газообразное состояние воды, полученное в результате активного испарения при нагревании. Число его молекул такое же, как число молекул в жидкости. Вещество имеет максимальную плотность и давление.
Отличия
Есть два различия.
Насыщенная форма пара характеризуется термодинамическим равновесием. Это означает, что он имеет такое же давление и плотность, как и жидкость в закрытом контейнере.
По своим физическим свойствам насыщение близко к свойствам «идеального газа».
Таблица различий между насыщенным паром и водяным паром:.
| Свойства | Водяной | Насыщенный |
| Равновесие с жидкостью | Нет | Есть |
| Количество жидкости в сосуде | Становится меньше до полного испарения | Количество жидкости остается неизменным |
| Плотность | Низкая | Высокая |
| Изменение давления при повышении температуры | Не происходит | Повышается |
Различия между перегретым и насыщенным
Список основных различий:.
- Перегретый отличается от насыщенного большей температурой. В процессе его образования давление и температура не зависят друг от друга, что позволяет изменять эти значения для достижения большей эффективности для работы оборудования с паром 100% сухости.
- Вторая отличительная особенность – у перегретого больший удельный объем. Увеличенный объем газообразного вещества позволяет более эффективно его использовать и увеличивать производительность.
- Третье отличие характеризуется отсутствием конденсации. Постоянное подогревание создает условие, при котором к молекулам пара не присоединяются частицы воды. Процесс конденсации образуется после снижения температуры до значений характерных для образования насыщенного вещества.
Объединив различия между двумя парообразными состояниями, можно сделать вывод, что в перегретом состоянии вещество может повысить эффективность различных циклов производства тепла. Для достижения перегретых условий используются дополнительные устройства.
Насыщение пространства водяным паром в атмосфере увеличивает парциальное давление. Стоит также упомянуть об абсолютной влажности. Это показатель количества кубических метров водяного пара в кубическом метре атмосферы.
Свойства насыщенного пара
(a) Давление, плотность и концентрация насыщенного пара при постоянной температуре не зависят от объема пара. Другими словами, насыщенный пар не подчиняется закону Бойля-Мариотта (a).
(b) При повышении температуры давление, плотность и концентрация насыщенного пара быстро увеличиваются. Другими словами, насыщенный пар не подчиняется закону Шарда. Это связано с тем, что увеличение давления насыщенного пара происходит в соответствии с выражением (b).
Свойства ненасыщенного пара
(a) Давление и плотность ненасыщенного пара, учитывая его массу при постоянной температуре, обратно пропорциональны его объему. Это означает, что метод Бойля-Мариотта применим к ненасыщенному пару (c).
(b) Давление ненасыщенного пара данной массы при постоянном объеме прямо пропорционально его температуре. Другими словами, закон Шарля (d) выполняется для ненасытного пара.
Пар может переходить от ненасытного к насыщенному и наоборот.
При изотермическом расширении насыщенный пар может перейти в ненасыщенный.
При изотермическом сжатии насыщенный пар может быть преобразован в насыщенный пар.
Это происходит так. Предположим, что в цилиндре, подключенном к манометру, под поршнем находится ненасыщенный пар при температуре (е). При изотермическом сжатии пара его объем уменьшается, а давление, плотность и концентрация увеличиваются (участок
При достижении объема пара значения графика). Этот процесс продолжается до полного превращения насыщенного пара в жидкость (точка С ). Дальнейшее сжатие производится над жидкостью, и очень малая сжимаемость жидкости, приводит к резкому увеличению показаний манометра (участок
В изохоре насыщенный пар может быть преобразован в ненасыщенный. На графике зависимости давления пара от температуры для данного объема участки 1-2 соответствуют насыщенному состоянию пара (F).
Примечание: При изотермическом сжатии превращение насыщенного пара в жидкость происходит только ниже критической температуры.
Критическая температура — это температура, при которой исчезает естественная разница между жидкостью и ее насыщенным паром. При критической температуре плотность насыщенного пара равна плотности жидкости (g).
При температурах, превышающих критическую, вещества могут находиться только в кумулятивном состоянии (газ (пар)), и давление не превращает их в жидкости. Значение критической температуры зависит только от типа пара. Например, в случае с солнечными
Чтобы скопировать материал с сайта evkova.org, посетите www.evkova.orgにアクティブリンクが必要です.
Сайт был создан командой преподавателей некоммерческой организации по дополнительному обучению молодежи.
Сайт написан, поддерживается и управляется группой учителей
Telegram и логотип Telegram являются торговыми марками Telegram Corporation FZ-LLC.
Данный сайт предназначен для информационных целей и ни в коем случае не является публичным тендером, как это определено в статье 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Анна Евкова не оказывает услуг.
Молекулы быстро перемещаются и начинают уходить с поверхности воды в воздух, образуется пар, и постепенно объем закрытой емкости заполняется все большим количеством молекул. Это называется ненасыщенностью, пока объем емкости не будет полностью заполнен.
Пар образуется в результате двух процессов: испарения или кипения. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, тогда как при кипении пар образуется по всему объему жидкости, о чем свидетельствуют пузырьки, активно появляющиеся в процессе кипения.
Вода закипает при температуре, которая зависит от химического состава раствора и атмосферного давления. Температура кипения остается постоянной на протяжении всего процесса.
Насыщенный пар
Пар, образующийся при кипении, называется насыщенным паром. Насыщенный пар можно разделить на насыщенный сухой пар и насыщенный жидкий пар. Насыщенный жидкий пар — это собственно пар, поскольку он состоит из плавающих капель воды, температура которых находится на уровне кипения, тогда как насыщенный сухой пар не содержит капель воды.
Перегретый пар
Существует также «перегретый пар», который образуется при дальнейшем нагревании жидкого пара, этот тип пара имеет более высокую температуру и более низкую плотность.
Использование пара человеком
Мы постоянно сталкиваемся с паром в повседневной жизни, он появляется на горлышке чайника, когда мы кипятим воду, когда гладим, когда купаемся … Однако, как уже говорилось выше, чистая вода не имеет ни цвета, ни вкуса.
Благодаря своим физическим свойствам и характеристикам, пар давно нашел практическое применение в хозяйственной деятельности человека. И не только в повседневной жизни, но и в решении крупных глобальных проблем. В течение долгого времени пар был главной движущей силой прогресса, как в прямом, так и в метафорическом смысле. Он использовался в качестве рабочего органа локомотивов, самым известным из которых является паровоз.
Пар и сегодня широко используется в бизнесе и промышленности.
- в целях гигиены;
- в лечебных целях;
- для тушения пожаров;
- используются тепловые свойства пара (пар как теплоноситель) – паровые котлы; паровые рубашки (автоклавов и реакторов); разогрев «смерзающихся» материалов; теплообменники; отопительные системы; пропарка бетонных изделий; в особого рода теплообменниках … ;
- используют трансформацию энергии пара в движение – паровые машины … ;
- стерилизация и дезинфекция – пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина … ;
- пар как увлажнитель — в производстве железобетонных изделий; фанеры; в пищевой промышленности; в химической и парфюмерной промышленности; в деревообрабатывающих производствах; в сельскохозяйственном производстве … ;
- …
Значение водяного пара для экосистемы Земли и его влияние на климат нашей планеты
Водяной пар активно участвует в создании парникового эффекта на планете. Его влияние на климат Земли очень важно. Поэтому многие ученые уделяют ему особое внимание.
Водяной пар активно участвует во многих химических процессах, происходящих в атмосфере, стратосфере и на крыше.
Водяной пар является важным компонентом таких важных для Земли процессов, как естественный круговорот воды (глобальный гидрологический цикл). Увеличение интенсивности естественного гидрологического цикла приведет к очень неприятным последствиям для человечества — экстремальным осадкам, наводнениям, засухам …
Водяной пар — это газообразное вещество на поверхности жидкости. Образование паров происходит путем испарения, кипения, конденсации и сублимации.
Определение насыщенного пара
Поставьте стакан с водой на стол и каждый день измеряйте уровень воды в нем. Запишите и сравните эти измерения, которые покажут, что уровень воды упал, т.е. вода испарилась.
Теперь накройте стекло сверху. Молекулы пара уже не могут покинуть пространство над жидкостью, и по мере их испарения их количество начинает увеличиваться, как и количество молекул, конденсирующихся в единицу времени.
Первоначально число молекул, конденсирующихся в единицу времени, меньше, чем число молекул, испаряющихся. Однако по мере увеличения концентрации пара (т.е. количества молекул на единицу объема пара) поток конденсированных молекул увеличивается. Это приводит к состоянию, известному как динамическое равновесие.
Пар, находящийся в динамическом равновесии, называется насыщенным.
Представьте себе огромный бизнес-центр с такими же большими дверями. У сотрудников бизнес-центра разное рабочее время, поэтому люди входят и выходят из здания в случайном количестве в одно и то же время. Предположим, что сейчас 6 часов вечера. 100 человек входят в здание для участия в деловой встрече, а еще 100 человек заканчивают работу и уходят домой. Количество людей, входящих в бизнес-центр и выходящих из него, будет одинаковым — это и есть насыщение.
Значения давления насыщенного пара и плотности пара максимальны при определенном значении температуры. Если это не так, то пар может быть ненасыщенным.
Свойства насыщенного пара
При постоянной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объема.
Представьте, что объем емкости с насыщенным паром уменьшается без изменения температуры.
Количество молекул, переходящих из пара в жидкость, превышает количество испарившихся молекул, но часть пара конденсируется, а оставшийся пар возвращается в динамическое равновесие. В результате плотность этого пара равна его начальной плотности.
Давление насыщенного пара не зависит от его объема.
Это вытекает из исходных свойств насыщенного пара, где давление и плотность связаны уравнением Менделеева-Клапейрона.
Кстати, уравнение Менделеева-Клапейрона применимо к насыщенному пару. Однако следует отметить особые случаи. Например, метод Бойля-Мариотта не применим к насыщенному пару.
P — давление газа в ПА
V — опухоль M3
n — количество вещества на моль
T — температура k
R — глобальная газовая постоянная
r = 8,31 м 2 x кг x с -2 x k -1 x моль -1
Если опухоль остается постоянной, то плотность насыщенного пара увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении.
В начале испарения динамическое равновесие нарушается (часть жидкости испаряется дальше). Плотность пара увеличивается до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие.
Давление и температура насыщенного пара увеличиваются быстрее, чем по линейному закону, применяемому к идеальному газу.
Для идеального газа увеличение давления вызывается только повышением температуры, тогда как для насыщенного пара важны два фактора: температура и масса пара.
В случае насыщенного пара, как правило, пара больше, поэтому молекулы начинают сталкиваться друг с другом чаще.
Главное отличие насыщенного пара от идеального газа: сам пар не является замкнутой системой, а находится в постоянном контакте с жидкостью.
Решение задач по теме «Насыщенный пар»
Для решения задачи применим свойства насыщенного пара.
Есть одна проблема.
В цилиндрическом контейнере под поршнем долгое время находится вода и ее пар. Плунжер проталкивается в контейнер. Температуры воды и пара остаются неизменными. Как изменится масса контейнера в этом случае? Объясните свой ответ.
Пар является насыщенным, поскольку пар и вода находились в контакте в течение длительного времени. При уменьшении объема емкости давление насыщенного пара остается неизменным. Уравнение Менделеева-Клапейрона показывает, что для того, чтобы давление пара оставалось неизменным, его объем (и, следовательно, масса) должен уменьшаться.
Во время этого процесса происходит конденсация, и некоторые молекулы пара переходят в жидкость, тем самым увеличивая массу жидкости.
Масса жидкости увеличивается.
Две проблемы.
Какова плотность насыщенного пара при 100 °C?
При нормальном давлении (p = 105 па) температура кипения воды составляет 100°C. Поэтому давление насыщенного пара при этой температуре равно атмосферному давлению.
С помощью уравнения Менделеева-Клапейрона найдите зависимость между давлением и плотностью.
Подставьте значение давления в конституционное уравнение для идеального газа.
