بخار ساخن للغاية
البخار المسخن هو بخار عند درجة حرارة أعلى من نقطة تبخره عند الضغط المطلق حيث يتم قياس درجة الحرارة.
وبالتالي، يمكن للبخار المسخن أن يبرد (يفقد الطاقة الداخلية ) بمقدار ما، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارته دون تغيير حالته (أي التكثيف ) من غاز إلى خليط من بخار مشبع وسائل . إذا تم تسخين البخار غير المشبع (خليط يحتوي على بخار الماء وقطرات الماء السائل) عند ضغط ثابت ، فستظل درجة حرارته ثابتة أيضًا حيث تزداد جودة البخار (فكر في الجفاف أو نسبة البخار المشبع) نحو 100٪، ويصبح بخارًا مشبعًا جافًا (أي بدون سائل مشبع). سيؤدي استمرار إدخال الحرارة بعد ذلك إلى "تسخين" البخار المشبع الجاف بشكل كبير. سيحدث هذا إذا لامس البخار المشبع سطحًا بدرجة حرارة أعلى.
لا يمكن للبخار المسخن والماء السائل أن يتعايشا في ظل التوازن الديناميكي الحراري ، حيث أن أي حرارة إضافية تبخر ببساطة المزيد من الماء وسيصبح البخار بخارًا مشبعًا. ومع ذلك، قد يتم انتهاك هذا القيد مؤقتًا في المواقف الديناميكية (غير المتوازنة). لإنتاج بخار مسخن في محطة طاقة أو لعمليات (مثل تجفيف الورق)، يتم تمرير البخار المشبع المأخوذ من المرجل عبر جهاز تسخين منفصل (سخان فائق ) ينقل حرارة إضافية إلى البخار عن طريق التلامس أو بالإشعاع .
البخار المسخن ليس مناسبًا للتعقيم . [1] وذلك لأن البخار المسخن جاف. يجب أن يصل البخار الجاف إلى درجات حرارة أعلى بكثير والمواد المعرضة لفترة زمنية أطول ليكون لها نفس الفعالية؛ أو قيمة قتل F0 مساوية . البخار المسخن ليس مفيدًا أيضًا للتدفئة؛ في حين أنه يحتوي على المزيد من الطاقة ويمكنه القيام بمزيد من العمل من البخار المشبع، فإن محتواه الحراري أقل فائدة بكثير. وذلك لأن البخار المسخن له نفس معامل نقل الحرارة للهواء، مما يجعله عازلًا - موصلًا رديئًا للحرارة. يتمتع البخار المشبع بمعامل نقل حرارة جداري أعلى بكثير. [2]
يمكن استخدام البخار الساخن قليلاً لتطهير الأغشية الحيوية على الأسطح الصلبة باستخدام مضادات الميكروبات. [3]
تكمن القيمة الأعظم للبخار المسخن في طاقته الداخلية الهائلة التي يمكن استخدامها للتفاعل الحركي من خلال التمدد الميكانيكي ضد شفرات التوربينات والمكابس الترددية ، مما ينتج حركة دورانية للعمود. تكمن قيمة البخار المسخن في هذه التطبيقات في قدرته على إطلاق كميات هائلة من الطاقة الداخلية مع البقاء أعلى من درجة حرارة تكثيف بخار الماء؛ عند الضغوط التي تعمل بها توربينات التفاعل ومحركات المكبس الترددي.
من الأهمية بمكان في هذه التطبيقات حقيقة أن بخار الماء الذي يحتوي على قطرات سائلة محمولة يكون غير قابل للضغط بشكل عام عند تلك الضغوط. في المحرك الترددي أو التوربين، إذا برد البخار الذي يقوم بعمل إلى درجة حرارة تتشكل عندها قطرات السائل، فإن قطرات الماء المحمولة في تدفق السائل ستضرب الأجزاء الميكانيكية بقوة كافية لثنيها أو تشققها أو كسرها. [4] يضمن التسخين الزائد وتقليل الضغط من خلال التمدد بقاء تدفق البخار كغاز قابل للضغط طوال مروره عبر التوربين أو المحرك، مما يمنع تلف الأجزاء المتحركة الداخلية.
البخار المشبع
البخار المشبع هو البخار الذي يكون في حالة توازن مع الماء الساخن عند نفس الضغط، أي أنه لم يتم تسخينه فوق نقطة الغليان لضغطه. وهذا على النقيض من البخار المسخن للغاية، حيث يتم فصل البخار (البخار) عن قطرات الماء ثم إضافة حرارة إضافية.
تشكل قطرات التكثيف هذه سببًا لتلف شفرات التوربينات البخارية ، [5] وهو السبب وراء اعتماد مثل هذه التوربينات على مصدر من البخار الجاف شديد الحرارة.
البخار الجاف هو بخار مشبع تم تسخينه قليلاً جدًا. هذا ليس كافيًا لتغيير طاقته بشكل ملحوظ، ولكنه ارتفاع كافٍ في درجة الحرارة لتجنب مشاكل التكثيف، نظرًا للخسارة المتوسطة في درجة الحرارة عبر دائرة إمداد البخار. نحو نهاية القرن التاسع عشر، عندما كانت تقنية التسخين الفائق لا تزال غير مؤكدة، أعطى هذا التجفيف بالبخار فوائد تجنب التكثيف للتسخين الفائق دون الحاجة إلى الغلايات المعقدة أو تقنيات التشحيم للتسخين الفائق الكامل. [6]
على النقيض من ذلك، يوصف بخار الماء الذي يتضمن قطرات الماء بالبخار الرطب . إذا تم تسخين البخار الرطب أكثر، تتبخر القطرات، وعند درجة حرارة عالية بما يكفي (والتي تعتمد على الضغط) يتبخر كل الماء، ويكون النظام في حالة توازن بخار-سائل ، [7] ويصبح بخارًا مشبعًا .
يعتبر البخار المشبع مفيدًا في نقل الحرارة بسبب الحرارة الكامنة العالية للتبخر. إنه أسلوب فعال للغاية لنقل الحرارة. وبعبارات بسيطة، يكون البخار المشبع عند نقطة الندى عند درجة الحرارة والضغط المناسبين. الحرارة الكامنة النموذجية للتبخر (أو التكثيف) هي 970 وحدة حرارية بريطانية/رطل (2256 كيلوجول/كجم) للبخار المشبع عند الضغط الجوي. [8]
الاستخدامات
محرك بخاري
كان البخار المسخن يستخدم على نطاق واسع في قاطرات البخار الرئيسية . للبخار المشبع ثلاثة عيوب رئيسية في المحرك البخاري : فهو يحتوي على قطرات صغيرة من الماء يجب تصريفها بشكل دوري من الأسطوانات؛ ولأنه يقع على وجه التحديد عند نقطة غليان الماء لضغط الغلاية المستخدم، فإنه يتكثف حتماً إلى حد ما في أنابيب البخار والأسطوانات خارج الغلاية، مما يتسبب في فقدان غير متناسب لحجم البخار أثناء حدوث ذلك؛ ويضع طلبًا كبيرًا على الغلاية.
إن تسخين البخار بشكل مفرط يجففه بشكل فعال، ويرفع درجة حرارته إلى نقطة يصبح فيها احتمال التكثيف أقل بكثير ويزيد من حجمه بشكل كبير. وبجمع هذه العوامل معًا، تزيد من قوة القاطرة واقتصادها. تتمثل العيوب الرئيسية في التعقيد الإضافي وتكلفة أنابيب التسخين الفائق والتأثير الضار الذي يخلفه البخار "الجاف" على تزييت المكونات المتحركة مثل صمامات البخار. لا تستخدم قاطرات المناورة التسخين الفائق بشكل عام.
كان الترتيب الطبيعي يتضمن أخذ البخار بعد صمام المنظم وتمريره عبر أنابيب تسخين فائقة طويلة داخل أنابيب حريق كبيرة خاصة بالغلاية. وكانت أنابيب التسخين الفائقة تحتوي على انحناء عكسي ("طوربيد") عند نهاية صندوق النار بحيث كان على البخار أن يمر بطول الغلاية مرتين على الأقل، ويكتسب الحرارة أثناء ذلك.
يعالج
تشمل الاستخدامات المحتملة الأخرى للبخار المسخن للغاية ما يلي: التجفيف والتنظيف والطبقات وهندسة التفاعلات والتجفيف بالإيبوكسي واستخدام الفيلم حيث يلزم تشبع البخار المسخن للغاية عند ضغط جوي واحد أو عند ضغط مرتفع. مثالي للتجفيف بالبخار وأكسدة البخار والمعالجة الكيميائية. الاستخدامات في تقنيات الأسطح وتقنيات التنظيف والتجفيف بالبخار والتحفيز ومعالجة التفاعلات الكيميائية وتقنيات تجفيف الأسطح وتقنيات المعالجة وأنظمة الطاقة وتقنيات النانو.
وقد تم الإبلاغ عن استخدام البخار الساخن جدًا لتطهير بيئة مصنع معالجة الأغذية الجافة. [9]
لا يستخدم البخار المسخن عادة في المبادل الحراري بسبب معامل نقل الحرارة المنخفض. [10] في صناعات التكرير والهيدروكربونات، يستخدم البخار المسخن بشكل أساسي لأغراض التجريد والتنظيف.
مكافحة الآفات
يُستخدم البخار في تبخير التربة منذ تسعينيات القرن التاسع عشر. يتم تحريض البخار في التربة مما يتسبب في تدهور جميع المواد العضوية تقريبًا (يُستخدم مصطلح "التعقيم"، لكنه ليس صحيحًا تمامًا نظرًا لأنه لا يتم قتل جميع الكائنات الحية الدقيقة بالضرورة). يُعد تبخير التربة بديلاً فعالاً للعديد من المواد الكيميائية في الزراعة، ويستخدمه مزارعو البيوت الزجاجية على نطاق واسع. يُستخدم البخار الرطب في المقام الأول في هذه العملية، ولكن إذا كانت درجات حرارة التربة أعلى من نقطة غليان الماء 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية)، فيجب استخدام البخار المسخن للغاية. [11]
انظر أيضا
مراجع
- ^ وليام د. وايز، النجاح في التعقيم بالبخار ، "المعالجة الكيميائية". 27 نوفمبر 2005. تم استرجاعه في 2010-10-10.
- ^ "ظروف البخار المشبع مقابل ظروف البخار الساخن للغاية". nationalboiler.com . تم الاسترجاع في 5 ديسمبر 2019 .
- ^ سونغ، إل؛ وو، جيه؛ شي، سي. (2012). "الأغشية الحيوية على الأسطح البيئية: تقييم فعالية التطهير لنظام بخار جديد". المجلة الأمريكية لمكافحة العدوى . 40 (10): 926-930. doi :10.1016/j.ajic.2011.11.013. PMID 22418602.
- ^ Leyzerovich, AS, توربينات البخار الرطب لمحطات الطاقة النووية ، PennWell، الولايات المتحدة الأمريكية، 2005. [ الصفحة المطلوبة ]
- ^ روي، جي جيه (1975). التوربينات البخارية والتروس . سلسلة هندسة كاندي البحرية. ستانفورد البحرية. ص 36-37. رقم ISBN 978-0-540-07338-2.
- ^ هيلز، ريتشارد ل. (1989). الطاقة من البخار . مطبعة جامعة كامبريدج. ص. 203. ISBN 978-0-521-45834-4.
- ^ سينغ، ر. بول (2001). مقدمة في هندسة الأغذية . أكاديميك بريس. رقم ISBN 978-0-12-646384-2.[ الصفحة المطلوبة ]
- ^ "حاسبة البخار المشبع". Spirax Sarco . مؤرشف من الأصل في 14 سبتمبر 2017. تم الاسترجاع في 13 سبتمبر 2017 .
- ^ هيون وو بارك، جيه شو، في إم بالاسوبرامانيام، وأبيجيل بي سنيدر. 2021. تأثير نشاط الماء ودرجة الحرارة على تعطيل البكتيريا المعوية في زبدة الفول السوداني أثناء معالجة التعقيم بالبخار المسخن. الرقابة على الأغذية. المجلد 125، المادة 107942
- ^ Superheated Steam : الموقع الدولي لشركة Spirax Sarco. Spiraxsarco.com. تم الاسترجاع في 2012-01-25.
- ^ آرثر إتش سينر (1 أغسطس 1934). "استخدام البخار في تعقيم التربة". وزارة الزراعة الأمريكية . تم الاسترجاع في 5 ديسمبر 2019 .
| نظرة عامة |  | |
|---|---|---|
| الولايات | ||
| الاستمارات | ||
| على الأرض | ||
| خارج الأرض | ||
| المعايير الفيزيائية | ||
| ||
