Как изменяется температура во время процесса испарения

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке
жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой
плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,
оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.
Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется
«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,
возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.
Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при
определенных условиях, важные параметры:

  1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
  2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает
сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором
жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,
происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.
За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура
воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления
температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,
горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления
идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,
содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная
Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования
вещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при
повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация
частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара
необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в
идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в
насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения
концентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.
Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой
фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно
друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем
объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на
плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за
изменения массы газообразной фазы:

  • при повышении температуры она возрастает за счет
    ускорения испарения;
  • при понижении – падает, вода активно
    конденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды
непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при
динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,
столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для
каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Температура — насыщенный водяной пар

Температура насыщенного водяного пара при давлении рп 0 1 бар по табл. 4 приложения II составляет 45 83 С. Пар во влажном воздухе, имея температуру воздуха, является поэтому перегретым ( величина перегрева 70 — 45 83 24 17 С), а влажный воздух-ненасыщенным.

Температура насыщенного водяного пара при давлении 1 000 000 кГ / м2 равна 309 С.

Значение температуры насыщенного водяного пара зависит от ряда искажающих факторов — концентрации щелочи, уровня щелока, интенсивности кипения, вакуума и др. Поэтому измерение температуры паровой фазы производят в специальной импульсной камере 6, где обеспечивается получение чистого насыщенного пара. Импульсную камеру помещают внутрь аппарата под верхнюю крышку и непрерывно подают в нее минимальное количество пара, чтобы обеспечить постоянство уровня конденсата. Однако установкой импульсной камеры не устраняется влияние искажающего фактора — вакуума. С изменением вакуума температура пара в импульсной камере меняется быстрее, чем температура раствора. Для избежания ложного импульса от изменения вакуума инерционность датчика ( термометра сопротивления) увеличивают, утолщая стенки гильзы.

Как изменяется температура насыщенного водяного пара при изменении давления.

При этом давлении температура насыщенного водяного пара равна 103 С.

При С 0 температура насыщенного водяного пара увеличивается, когда у системы отнимается теплота. Поэтому если сжимать адиабатно насыщенный водяной пар при 100 С, то при этом повышение температуры будет настолько большим, что данный пар становится ненасыщенным и не конденсируется. Наоборот, адиабатное расширение вызывает конденсацию, что используется в камере Вильсона при наблюдении пробега ионизирующих частиц. Выше 489 43 С поведение водяного пара становится обратным, а при этой температуре он остается насыщенным как при сжатии, так и при расширении.

В производственных условиях температуру насыщенного водяного пара обычно опреХ деляют по давлению.

В производственных условиях температуру насыщенного водяного пара обычно определяют по давлению.

С), приблизительно равная температуре насыщенного водяного пара при давлении р2, отвечала условию TiJ / H 10, C. Давления рг на выходе эжекторов остальных ступеней принимают из условия равенства степеней сжатия kp2 / pi для всех ступеней перед первым конденсатором и для всех ступеней после первого конденсатора.

С), приблизительно равная температуре насыщенного водяного пара при давлении р2, отвечала условию Т1 / н 10, С. Давления / 72 на выходе эжекторов остальных ступеней принимают из условия равенства степеней сжатия kp2 / pi для всех ступеней перед первым конденсатором и для всех ступеней после первого конденсатора.

С), приблизительно равная температуре насыщенного водяного пара при давлении р2, отвечала условию ti H 10, С. Давления р2 на выходе эжекторов остальных ступеней принимают из условия равенства степеней сжатия kp2 / pi Для всех ступеней перед первым конденсатором и для всех ступеней после первого конденсатора.

Наибольшие затруднения возникают при попытках измерения температуры насыщенного водяного пара при вакууме, имеющемся в аппарате. Непосредственно в паровом объеме аппарата змерять температуру нельзя, так как соковый пар перегрет и величина перегрева различна. Поэ Ъму требуется создание специальной импульсной камеры , в которой должно обеспечиваться получение насыщенного водяного пара при давлении, имеющемся в аппарате. Одна из конструкций камеры показана на фиг. Целесообразно камеру размещать внутри аппарата под верхней крышкой. С целью получения в импульсной камере насыщенного пара и исключения влияния случайных возмущений, происходящих главным образом вследствие перегрева корпуса камеры, в камеру следует подавать извне дополнительно небольшое количество пара или конденсата. Хорошие результаты получаются при подаче в камеру минимального количества пара, необходимого для обеспечения постоянного уровня конденсата в камере. Для лучшей конденсации пара в импульсной камере адожет быть установлен холодильник в виде трубки с заглушкой.

Вентили фланцевые ( муфтовые чугунные.

Последний заполнен частично Жидкостью, упругость паров которой при температуре насыщенного водяного пара выше его упругости. При попадании в кон-денсатоотводчик насыщенного пара давление в термостате становится выше давления поступающего пара, в результате чего сильфон удлиняется и прикрепленный к нему золотник 4 садится на гнездо 5, препятствуя утечке пара.

В выпарных аппаратах часто вместо давления ( вакуума) измеряют температуру насыщенного водяного пара, которая однозначно определяется давлением.

Температура — испаряющаяся жидкость

Температура испаряющейся жидкости остается постоянной, а поглощение скрытой теплоты восполняется непрерывно змеевиками, подогреваемыми горячей водой или паром. При этом темп — pa испаряющейся жидкости бывает обычно равна или несколько выше темп-ры увлажняемой воздушной среды. Примером холодного испарения является испарение простой лужи, разлитой по полу при том или ином технологич. Темп-ра испаряющейся жидкости сначала изменяется и приобретает установившийся характер только по истечении нек-рого промежутка времени. Расположение приточных и вытяжных отверстий устанавливается в зависимости от наличия теплых или холодных токов в помещении.

Этот процесс характеризуется постоянством температуры испаряющейся жидкости tM — const. Точка пересечения В дает величину tM, равную в нашем примере 33 С.

Скорость перегонки зависит прежде всего от температуры испаряющейся жидкости, эффективности конденсационного устройства и от размеров сосуда. Если при обычной отгонке из U-образной трубки или перегонной колбы требуется перегнать примерно 1 г вещества за измеримый отрезок времени, то давление пара вещества должно составлять по меньшей мере 1 — 5 мм рт. ст. Скорость перегонки очень сильно зависит от давления пара или температуры испарения. Если в данной аппаратуре в течение 1 час при давлении пара, равном 1 мм рт. ст., отгоняется определенное количество вещества, то при давлении пара, равном 10 мм рт. ст., на отгонку этого же количества вещества потребуется около 1 / 2 мин, а при давлении 0 1 мм рт. ст. время отгонки составит 1 неделю. Однако повышение давления пара или температуры ограничено тем, что легко наступает депрессия температуры кипения, которая в условиях высокого вакуума может привести к процессу, аналогичному взрыву.

Удельная теплота парообразования уменьшается с повышением температуры испаряющейся жидкости. В частности, при повышении температуры кипения ( например, вследствие повышения давления) удельная теплота парообразования при кипении уменьшается.

При некоторых условиях температура смоченного термометра соответствует температуре испаряющейся жидкости. Поэтому температуру адиабатического насыщения газа называют также температурой мокрого термометра.

Как видим, выгоднее пользоваться паром с температурой перегрева выше температуры испаряющейся жидкости. Перегретый водяной пар нагревают в специальных пароперегревателях.

Теплота испарения только поддерживает тепловой баланс процесса испарения и не влияет на изменение температуры испаряющейся жидкости в сторону ее повышения.

Их влияние на скорость испарения косвенное, поскольку они определяют время прогрева или охлаждения испаряющегося топлива и температуру испаряющейся жидкости при изменении внешних условий.

Если давление в объеме, в котором происходит испарение сжиженного газа, уменьшить по сравнению с атмосферным, то температура испаряющейся жидкости снизится и температура охлаждаемого объема станет несколько ниже. Практически для снижения давления газа, находящегося в равновесии со своей жидкостью, используется непрерывная откачка этого газа из охлаждаемого объема с помощью форвакуумных насосов; в этом случае охлаждаемый объем должен быть изолирован от окружающей атмосферы.

Коэффициент теплопроводности и теплоемкость косвенно оказывают влияние на скорость испарения, поскольку они определяют время прогрева или охлаждения, а следовательно, и температуру испаряющейся жидкости при изменении внешних условий.

В распылительных сушилках сушка протекает настолько быстро, что материал, несмотря на высокую температуру, не успевает нагреться сверх допустимого предела и его температура близка к температуре испаряющейся жидкости.

При полном насыщении температура газа становится равной температуре жидкости. Поэтому температуру испаряющейся жидкости в изобарно-адиа-батическом процессе называют температурой адиабатического насыщения газа. При некоторых условиях температура смоченного термометра показывает температуру испаряющейся жидкости.

Температура — испарение — вода

Первый период сушки начинается тогда, когда образовавшийся из влаги пар проникает через всю толщу бумажного полотна и уходит наружу. Этот период ( участок ВС) характеризуется удалением свободной влаги из бумажного полотна. Он идет с постоянной скоростью испарения со всей поверхности бумажного полотна при практически постоянной температуре, равной температуре испарения воды при данных барометрических условиях ( / м не более 100 С), независимо от температуры поверхности сушильных цилиндров. Продолжительность первого периода сушки длится 50 — 65 % от общей продолжительности сушки бумаги.

Имеются разнообразные конструкции опреснителей по способу дистилляции, в особенности за рубежом, где этот способ широко распространен. Испарители бывают с естественной и искусственной циркуляцией воды, вертикальные и горизонтальные, работающие с давлением пара ниже атмосферного ( вакуумные испарители) и выше атмосферного. Вакуумные испарители, в которых вакуум создается термокомпрессором, применяют с целью избежания образования накипи, так как в них температура испарения воды снижается до 55 С. Борьба с накипеобразованием является основной проблемой при опреснении воды дистилляцией.

Полное удаление воды при обезвоживании смолы является трудной операцией, что необходимо учитывать при получении прозрачных литых фенопластов. Процесс обезвоживания связан с дальнейшей конденсацией продуктов реакции, сопровождающейся выделением воды и повышением вязкости. В связи с этим необходимо, с одной стороны, несколько задерживать скорость конденсации, а с другой — понизить температуру испарения воды, остающуюся же воду диспергировать в частицах смолы. Для этой цели рекомендуется в конце процесса обезвоживания добавлять органические растворители, дающие азеотропические смеси с водой.

Все вышеупомянутые влияния, приписываемые влаге, за исключением действия ее на аммиачные воды и на аммиак, могут быть нейтрализованы или, наоборот, усилены изменением скорости нагревания до конечной температуры коксования во время или после предварительной термической обработки угля. Данные Уоррена показывают, например, что выходы газа, дегтя и кокса почти целиком определяются скоростью нагревания угля в предпластическом состоянии. Из предшествовавшего рассмотрения кажется вероятным, что предварительное нагревание и высушивание угля вне коксовой печи должны являться средством для снижения скорости нагревания при температурах от 100 до верхнего предела термической обработки и что в интервале от этого предела до конечной температуры выдачи кокса уменьшение времени коксования происходит исключительно за счет устранения длительного периода, в течение которого уголь находится при температуре испарения воды. Однако возможной представляется и такая схема предварительного нагревания угля, при которой скорость нагревания его в этом интервале от 100 до верхнего предела термической обработки может оказаться большей, чем нормальная скорость в коксовой печи. Здесь необходимо привести краткое резюме результатов рассмотрения вопроса о действии скорости нагревания на процесс коксования с целью возможной оценки значения для коксования предварительного нагревания угля.

Температура — свежий пар

Температура свежего пара при регулировании мощности скользящим начальным давлением пара поддерживается постоянной и равной номинальной.

Температура свежего пара снижается, и, прежде чем поступить в турбину, этот пар возвращается в котлоагрегат и поступает во вторую ступень пароперегревателя, где его температура вновь повышается до 520 С.

Температура свежего пара перед пуском турбины должна быть на 80 — 100 С выше температуры верха па-ровпуска ЦВД, но не более 500 С; температура пара промежуточного перегрева должна иметь такое же превышение и не превосходить номинального значения.

Температура свежего пара отличается от номинальной не более чем на 100 — 120 С.

Температура свежего пара и пара после промперегрева для повышения надежности работы энергоблоков 300 МВт снижена до 540 С. Турбо-установка может работать при температуре свежего пара 560 С и температуре пара после промперегрева 565 С.

Температуру свежего пара измеряют не менее чем в трех точках, в том числе перед измерительной диафрагмой и перед стопорным клапаном.

Температуру свежего пара повышают со скоростью 1 С / мин, определяемой из условий соблюдения основных критериев надежности пуска. Для регулирования температуры включаются пусковые впрыски. При нагрузках 70 — 80 МВт и выше регулирование температуры пара осуществляется впрыском собственного конденсата. При 50 МВт включаются в работу пылесистемы и котел постепенно переводится на сжигание пыли.

Изменение мощности турбины Т-250 / 300 — 23 5 ТМЗ в зависимости от начальной температуры пара и его расхода при двухступенчатом подогреве сетевой воды.

Снижение температуры свежего пара таит в себе опасность охлаждения ротора и его быстрого сокращения относительно статора с возникновением задеваний.

Изменение мощности турбины Т-250 / 300 — 23 5 ТМЗ в зависимости от начальной температуры пара и его расхода при двухступенчатом подогреве сетевой воды.

Понижение температуры свежего пара заметно уменьшает экономичность турбоустановки, поэтому оно всегда нежелательно.

Снижение температуры свежего пара вызывает уменьшение перепада тепла Я0 и увеличение удельного расхода пара на турбину. При неизменной нагрузке давление пара в камере регулирующей ступени увеличится, а перепад тепла в ней уменьшится; перепады тепла в остальных ступенях несколько увеличатся, лопатки и диафрагмы ступеней давления в этом случае будут работать с перегрузкой, тем большей, чем больше снижение температуры пара при номинальном давлении.

Повышение температуры свежего пара сверх номинальной снижает запас прочности деталей, вызывает снижение долговечности и надежности работы турбины.

Регулирование температуры свежего пара осуществляется для каждой трубной системы раздельно при помощи двухступенчатого впрыска; величина впрыска регулируется в зависимости от нагрузки котлоагрегата и температуры пара. Регулирование температуры пара после промежуточного перегрева производится за счет изменения положения газовых заслонок на выходе из обеих шахт последнего газохода. Для поддержания определенных соотношений величин вода — топливо — воздух и для устранения появляющихся отклонений применены корректирующие регуляторы. Изменения тепловыделения в топке, обусловленные, например, колебаниями величины теплоты сгорания угля, приводят к изменениям температур в параллельных поверхностях нагрева; посредством регулятора параллельных поверхностей нагрева импульс разностей температур воздействует на изменение подачи топлива и питательной воды. Изменение подачи воды является временным для компенсации временных колебаний тепловыделения в топке; как только скажется корректировка по топливу, корректировка по подаче воды снимается.

Средняя температура — пар

Средняя температура пара или потока газов принимается равной среднеарифметическому значению конечных температур.

Поле отверстий из двух продольных рядов ( к примеру 3.

Средняя температура пара, поступающего в камеру из обогреваемых змеевиков, составляет по тепловому расчету котла 540 С.

Средние температуры паров определим по диаграмме / — х, у ( см. рис. 6.2, б) по средним составам фаз: / 89 С; / 102 С.

Поле отверстий пз двух продольных рядов ( к примеру 3.

Средняя температура пара, поступающего в камеру из обогреваемых змеевиков, составляет по тепловому расчету котла 540 С.

Средняя температура пара, измеряемая в паропроводах между ступенями пароперегревателя, а также в коллекторах, отличается от температуры пара в отдельных трубах вследствие теплогидравли-ческой разверки в поверхности нагрева. Средние значения температур за ступенями пароперегревателя задаются в режимной карте с учетом температурной разверки, определенной в процессе ре-жимно-наладочных испытаний при различных режимах работы котла. Следует однако иметь в виду, что степень, а в некоторых случаях и характер температурной разверки могут изменяться вследствие нарушения нормальной работы горелочных устройств, неравномерного загрязнения труб и других эксплуатационных причин. Это делает необходимым кроме основного контроля по средним температурам пара выполнение дополнительного штатного контроля температур по отдельным змеевикам пароперегревателя, который должен выводиться на регистрирующий прибор, расположенный на щите управления. Этот дополнительный контроль температур следует выполнять в строго ограниченном объеме, выводя на него измерения только по характерным, наиболее чувствительным к отклонениям режима, горячим змеевикам, которые должны быть определены при испытаниях головного образца каждого типа котла.

Кривая равновесия для смеси бензол — толуол. Диаграмма t — я. у для смеси бензол — толуол.

Средние температуры пара определяем по диаграмме ( рис. 9.10): a) fcp 88 С.

Тт — средняя температура паров топлива; R — газовая постоянная паров; Ps — давление насыщенных паров топлива; PV, оо — парциальное давление паров топлива в воздухе.

Чрезмерное повышение средней температуры пара может бьть вызвано причинами эксплуатационного и конструктивного характера.

Для последовательно-смешанного тока средняя температура пара находится по энтальпии, подсчитываемой по формуле ( 8 — 12); при параллельно-смешанном токе температура пара в месте перехода от одного участка к другому определяется графоаналитическим подбором согласно указаниям норм теплового расчета.

После применения ручной воздушной обдувки средняя температура пара немиого возросла, гао неравномерность по отдельным змеевикам значительно уменьшилась ( пунктирная кривая на фиг.

Расчет барботажных колонн ведут по средней температуре пара и по максимальному количеству жидкости, протекающему через нижнюю часть колонны.

С, температура металла должна превышать среднюю температуру пара не более чем на 15 С. Столь малая разность температур казалась раньше неосуществимой, и в первых котлах обогреваемые трубы выходной части пароперегревателя были изготовлены из аустенитной стали. В настоящее время выходные пакеты труб у котлов паропроизводи-тельностью 420 т / ч изготовляют из стали марки 12Х1МФ и размещают последними или предпоследними по ходу дымовых газов, поскольку в этом случае температура металла не может намного превышать температуру пара. Аустенитная сталь применяется только для котлов, имеющих вторичный пароперегреватель, в которых пар должен дважды перегреваться до 570 С, вследствие чего дополнительно затрудняется размещение отдельных пакетов труб в зоне пониженной температуры дымовых газов.

Список источников

  • www.ngpedia.ru
  • VodaVoMne.ru
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Ваш Нарколог: портал о борьбе с алкоголизмом и другими зависимостями.
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: