title-icon
Яндекс.Метрика

Водяной пар

В металлургических процессах часто для подогрева растворов, содержащих металлы, применяют пар. Последние годы стали широко применять испарительное охлаждение деталей печей. Поэтому свойства водяного пара, условия его образования и конденсации представляют для металлургов большой интерес. Особенно полезно знать его теплосодержание и условия кипения воды под давлением.
Сначала рассмотрим некоторые термины.
Насыщенным влажным называют пар, находящийся в контакте с водой. Обычно вода содержится в паре в виде мельчайших брызг, образовавшихся во время кипения. Насыщенным сухим называют пар, не содержащий воды. В этом случае испарение закончено, но пар еще находится «в точке росы».
Перегретым называют пар, нагретый до температуры, превышающей точку росы или температуру насыщения при данном давлении. Например (табл. 2), насыщенный пар при 30° С имеет давление 4,3 кПа. Если при том же давлении мы доведем температуру пара до 40° С, то перегреем его на 10° С. При температуре в котле 180° С влажный насыщенный пар имеет давление 1,0 МПа. Если мы нагреем этот пар после выхода его из котла (контакта с водой уже нет, но паропровод соединен с котлом и давление в нем равно 1,0 МПа) до 300° С, то он будет перегрет на 120° С.
Конденсатом называют жидкость, образующуюся при охлаждении (сжатии) пара.
Глухим называется пар, используемый для нагрева растворов с помощью змеевика или другого устройства, в котором нагрев происходит через стенку. В этом случае пар не смешивается с раствором и конденсат не разбавляет его.
Острым называют пар, непосредственно поступающий в нагреваемый раствор. В этом случае конденсат попадает в раствор и разбавляет его.
Мятым называют пар, прошедший через турбину или другую паровую машину и, следовательно, отдавший часть своей энергии в виде работы машины.
На установках по концентрированию растворов выпариванием пользуются особой терминологией. Вторичным или соковым называют пар, полученный от испарения воды из выпариваемого раствора. Если раствор обогревали глухим паром и раствор кипел при 115—120° С, то температура вторичного пара может быть 105—110° С и давление около 0,2 МПа. Этот пар может быть использован для выпаривания более слабых растворов, кипящих при 102—103° С.
Первичный пар, подаваемый на выпарку из котельной или от паротрассы, называют экстра-паром. Напомним, что растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Например, растворы NaOH и H2SO4 в зависимости от концентрации кипят при следующих температурах:

Интересна следующая закономерность: если раствор кипит при атмосферном давлении, например при 110° С, то образующийся над ним пар будет иметь температуру 100° С, т. е. ту, которую он имел бы, образуясь из чистой воды. Высокая температура кипения растворов NaOH имеет большое значение в металлургии.
Теплосодержание пара

В металлургии для нагревания различных растворов пользуются паром, имеющим давление до 4,0 МПа, часто 0,2—0,4 МПа. Обслуживание паровых вентилей (открыть, закрыть) и паропроводов (например, подтягивание болтов фланцев) при таком давлении требует большой осторожности и допустимо только после специального обучения.
Здесь следует обратить внимание на следующее. Весь запас тепла в 1 кг пара состоит из трех частей: теплоты жидкости, теплоты испарения и теплоты перегрева Как правило, самой большой частью является теплота испарения. Чтобы хорошо использовать тепло пара, необходимо добиваться его конденсации в нагреваемой системе (нагрев острым паром или выпуск глухого пара только через конденсационые горшки в виде конденсата). В табл. 4, 5 приводятся данные о теплосодержании насыщенного и теплоемкости перегретого пара.

Теплосодержание водяного пара, находящегося в воздухе (температура 0—40° С), усредненно принимается равным 2430 кДж/кг, пара, образующегося в производственной аппаратуре (60—80° С), 2645 кДж/кг. Теплоемкость водяного пара сP зависит от температуры и давления. Зависимость от температуры особенно заметна при перегреве на первые 10—20° С. В этом интервале теплоемкость может быть на 15—30% выше, чем при дальнейшем перегреве. С повышением давления до 2,5 МПа теплоемкость растет в 1,4—1,7 раза (см. табл. 5).
Теоретический расход острого пара х на подогрев 1 кг воды от до ° С при теплосодержании пара Tc определяют по уравнению х = (t2 — t1) * (Tc — t2).
Если подогревается раствор, то следует учесть теплоемкость раствора с, и тогда расход пара составит х = (t2—t1) С: Tc — t2.
При нагреве глухим паром расход пара примерно на 5% выше вследствие того, что температура конденсата выше, чем у нагреваемого раствора. Нагревание глухим паром происходит медленнее, чем острым, особенно в тех случаях, когда на стенках нагревателей образуется осадок.
При подогреве раствора на 30—40° С расход пара составляет около 5% от массы раствора. В производстве глинозема, где приходится подогревать раствор на 125—140° С, расход пара достигает 20—25%.
Практически расход пара будет на 5—10% выше, чем подсчитанный по нашим уравнениям, вследствие потерь тепла через стенки аппарата и испарения жидкости.

title-icon Подобные новости