Hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt trong công nghiệp được sử dụng chủ yếu cho mục đích gia nhiệt. Sử dụng hơi nước để xử lý sưởi ấm đến đến nhiều lợi ích, đơn giản cả trong lắp đặt và vận hành với độ an toàn cao. Vì thế làm cho hơi nước cũng như việc mua hơi nước bão hòa trở thành sự lựa chọn hàng đầu trong quá trình gia nhiệt của nhiều ngành sản xuất công nghiệp. Ở bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt trong công nghiệp.
1. Hơi bão hòa là gì? Hơi quá nhiệt là gì?
Hơi bão hòa là gì? Hơi quá nhiệt là gì? Hãy cùng tìm hiểu những thông tin về 2 khái niệm này trong công nghiệp qua những chia sẻ dưới đây nhé!
Hơi bão hòa là gì?
Hơi bão hòa là trạng thái cân bằng động của thể lỏng và thể khí của một chất lỏng dễ bay hơi: tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ xảy ra tại bề mặt chất lỏng, hơi ngưng tụ lại và chuyển thành trạng thái nước như ban đầu khi mất nhiệt.
Hơi bão hòa có chi phí đầu tư hợp lý, giá rẻ nên được sử dụng thông dụng nhất ở các nhà máy sản xuất. Chẳng hạn như khi nước lạnh được đun sôi đến một nhiệt độ sôi nhất định và không tăng được nữa. Khi đó, nước sẽ chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí bằng hình thức bay hơi. Một phần nước sôi chuyển sang trạng thái hơi cho đến khi đạt áp suất lớn nhất, tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ của nước. Áp suất hơi bão hòa là gì? Đây là áp suất hơi mà tại đó có thể hơi cân bằng với thể lỏng, xảy ra khi hơi bão hòa có áp suất đạt giá trị cực đại. Đại lượng này càng lớn thì độ bay hơi càng cao. Hơi bão hòa tỷ lệ thuận với áp suất và nhiệt độ, hơi bão hòa ở nhiệt độ nào thì tương ứng với áp suất đó.
Hơi quá nhiệt là gì?
Hơi quá nhiệt = hơi bão hòa + bộ gia nhiệt, là hơi có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa của nó trong điều kiện áp suất bão hòa tương ứng.
Chẳng hạn, nước đun sôi đến trạng thái bão hòa, hơi bão hòa được rút ra để tiếp tục cung cấp nhiệt bằng bức xạ bằng cách đi qua bộ phận gia nhiệt hoặc tiếp tục trực tiếp và sấy khô hoàn toàn hơi nước giúp hơn đạt được nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa của hơi nước.
Hơi bão hòa xảy ra khi nước bốc hơi hoàn toàn, sự tiếp tục gia tăng nhiệt độ cho đến hơi nước. Các tính chất của hơi nước siêu nóng gần với một khí hoàn hảo hơn là hơi. Áp suất đặc biệt hơi nước nóng có thể tồn tại ở một phạm vi rộng nhiệt độ bởi hơn quá nhiệt không có mối liên hệ trực tiếp giữa nhiệt đọ và áp suất.
Hơi quá nhiệt thường được sử dụng trong hệ thống vận hành tuabin bởi nhu cầu sử dụng nhiệt cao, hơi nóng và khô để nâng cao hiệu suất nhiệt.
Giá trị lớn nhất của hơi quá nhiệt nằm tại năng lượng nội tại rất nhiều, thông qua việc mở rộng cơ học chống lại lưỡi tuabin và piston quay có thể được sử dụng cho phản ứng động học, tạo ra chuyển động quay của trục.
Bên cạnh đó, với đặc tính của hơi quá nhiệt, nó còn được sử dụng trong công nghệ làm sạch, công nghệ bề mặt, xử lý phản ứng hóa học/ xử lý xúc tác, công nghệ bảo dưỡng, công nghệ sấy bề mặt, công nghệ nano, đất hấp, hệ thống năng lượng,…
Dù thế nhưng hơi quá nhiệt có nhiệt độ hơi rất cao và hoàn toàn khô nên dễ làm hao mòn, hư hỏng thiết bị. Hơn nữa, do phải sử dụng bộ phận gia nhiệt để tăng nhiệt độ của hơi nên chi phí sản xuất tăng cao.
2. So sánh hơi bão hòa và hơi quá nhiệt?
Hơi bão hòa: Chuyển hóa từ trạng thái nước sang trạng thái hơi bằng hình thức bay hơi, hơi ngưng tụ lại khi mất nhiệt và chuyển thành trạng thái nước như ban đầu. Chi phí đầu tư giá rẻ, hợp lý nên hơi bão hòa được sử dụng thông dụng nhất trong các nhà máy sản xuất.
Hơi quá nhiệt: Do phải dùng nguồn nhiệt ngoài để gia nhiệt nên hơi quá nhiệt khá đắt tiền. Tuy nhiên dễ gây hao mòn thiết bị, ống dẫn hơn bởi hơi hoàn toàn khô, nhiệt độ cao. Vì trong tuabin hơi nóng phải hoàn toàn khô nên hơi quá nhiệt thường được dùng trong hệ thống vận hành tuabin.
Khi trao đổi nhiệt bên trong tuabin, lực ly tâm được đổ vào một lượng nhỏ ở tốc độ quay cao của các cánh trong tuabin, có thể làm mất cân bằng các cánh ly tâm và khiến chúng hư hỏng. Vì thế, trong hệ điều hành vận hành tuabin, người ta thường sử dụng hơi hoàn toàn khô. Đó cũng chính là câu trả lời cho câu hỏi tại sao trong tuabin lại cần sử dung hơi quá nhiệt.
3. Ứng dụng của hơi nước bão hòa và quá nhiệt
Hơi nước có nhiều ứng dụng khi được sử dụng để gia công nhiệt trực tiếp hoặc gia nhiệt gián tiếp.
Hệ thống gia nhiệt trực tiếp:
Ở hệ thống gia nhiệt trực tiếp, hơi nước được bơm trực tiếp vào chất cần được gia nhiệt. Cần thận trọng khi gia nhiệt vào đúng cách để đảm bảo không xảy ra hiện tượng quá nhiệt, đồng đều. Ưu tiên sử dụng ống dẫn nước để đảm bảo hơi nước không thoát ra môi trường.
Trong lĩnh vực thực phẩm, đồ uống và dược phẩm, hơi nước cần phải đảm bảo được độ tinh khiết ở mức cao nhất để đảm bảo tiêu chí an toàn đặt lên hàng đầu vì được hấp thụ trực tiếp vào cơ thể con người.
Hệ thống gia nhiệt gián tiếp:
Phương pháp gia nhiệt gián tiếp là sử dụng hơi nước công nghiệp để làm nóng sản phẩm với sự trợ giúp của các bộ trao đổi nhiệt giúp sản phẩm không tiếp xúc vật lý với hơi nước. Việc gia nhiệt có thể được thực hiện qua việc sử dụng các thiết bị truyền nhiệt khác nhau như tàu có vỏ bọc, bếp, loại tấm hay bộ trao đổi nhiệt loại ống,…
Tạo độ ẩm
Độ ẩm thấp hoặc cao hơn mong muốn có ảnh hưởng xấu đến con người, vật liệu và máy móc. Vì thế, việc duy trì độ ẩm là một yếu tố quan trọng trong các ngành công nghiệp. Độ ẩm thấp hơn mong muốn có thể dẫn đến khô màng nhầy, gây suy hô hấp. Đồng thời cũng dẫn đến các sự cố tĩnh điện gia tăng có thể làm hỏng thiết bị đắt tiền.
Hơi nước có thể được sử dụng trong mục đích tạo độ ẩm. Có nhiều loại máy tạo độ ẩm khác nhau từ máy làm ẩm bay hơi cho đến máy siêu âm để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
Sử dụng phát điện, tạo năng lượng
Hơi nước đang được sử dụng cho mục đích sản xuất điện dưới dạng điện trong nhiều thập kỷ. Các nhà máy điện hơi nước hoạt động theo chu trình Rankine.
Trong chu trình này, hơi quá nhiệt được tạo ra rồi được đưa đến tua bin hơi. Hơi nước điều khiển tuabin tạo ra điện. Một lần nữa hơi nước quá nhiệt đã sử dụng được chuyển đổi thành nước bằng thiết bị ngưng tụ. Và nước thu hồi này lần nữa được đưa trở lại lò hơi tầng sôi để tạo hơi nước.
Hiệu suất máy điện phụ thuộc trực tiếp vào sự chênh lệnh giữa áp suất và nhiệt độ của hơi nước ở đầu vào và đầu ra của tuabin. Vì thế, nên sử dụng nhiệt độ cao và hơi nước áp suất cao.
Ứng dụng mạnh mẽ trong sấy khô sản phẩm, thực phẩm
Một ứng dụng khác của hơi bão hòa là sấy sản phẩm, trong đó hơi được sử dụng để loại bỏ độ ẩm khỏi sản phẩm. Thường, không khí nóng sẽ được sử dụng để sấy sản phẩm. Sử dụng hơi nước công nghiệp để làm khô giúp hệ thống dễ dàng kiểm soát tốc độ sấy và nhỏ gọn, vốn đầu tư cũng thấp.
Bên cạnh đó, so với không khi nóng việc mua hơi nước bão hòa và sử dụng chúng rẻ hơn trên cơ sở hoạt động. Nó cũng là một sự thay thế an toàn hơn, đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt hơn.
Hơi nước được sử dụng trong suốt quá trình các hoạt động, kiểm soát quy trình công nghiệp theo nhiều cách khác nhau. Hơi nước có khả năng phục vụ như một phương tiện để cung cấp nhiệt và cung cấp năng lượng động lực cho quy trình giữ cho nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Các ngành công nghiệp mua hơi nước bão hòa và sử dụng chúng với nhiều mục đích sử dụng có giá trị. Các nhà máy lọc dầu, chế biến thực phẩm và nhà máy hóa chất sử dụng hơi áp suất dương. Ở hầu hết các trường hợp, hơi nước được đưa tới thiết bị với áp suất trên không khí và nhiệt độ vượt quá 100°C.
4. Thông số cơ bản của hơi nước
Chúng ta sẽ tìm hiểu về thông số cơ bản của hơi nước qua những thông tin dưới đây:
Nhiệt dung riêng (Cp):
Là lượng nhiệt cần thiết (kJ) để tăng 1kg lưu chất lên 1℃
Nhiệt dung riêng của nước 4.19 kJ/ kg ℃
Nhiệt dung riêng của cồn 2.64 kJ/ kg ℃
Nhiệt dung riêng của đồng 0.37 kJ/ kg ℃
Nhiệt dung riêng của thủy ngân 0.14 kJ/ kg ℃
Trên đây là những chia sẻ về hơi nước bão hòa và hơi nước quá nhiệt trong công nghiệp. Hi vọng, bài viết của Soft Supplier đã cung cấp nhiều thông tin hữu ích dành cho bạn. Nếu có thắc mắc gì thì hãy comment dưới bài viết để được giải đáp cụ thể nhất nhé!
