Pára - Steam

Erupce tekutého fáze Castle Geyser v Yellowstone Parku
Diagram teploty versus entropie pro páru
Mollier entalpie versus entropie diagram pro páru

Pára je voda v plynné fázi. K tomu může dojít v důsledku odpařování nebo v důsledku varu , kde se teplo aplikuje, dokud voda nedosáhne entalpie odpařování . Pára, která je nasycená nebo přehřátá, je neviditelná; „pára“ však často označuje mokrou páru, viditelnou mlhu nebo aerosol vodních kapiček vytvořených kondenzací vodní páry .

Voda při standardní teplotě a tlaku zvyšuje objem 1 700krát ; Tato změna objemu je možno převést na mechanickou práci u parních strojů , jako je typ Vratné pístové motory a parní turbíny , které jsou podskupinou parních strojů. Pístové parní stroje hrály ústřední roli v průmyslové revoluci a moderní parní turbíny se používají k výrobě více než 80% světové elektřiny . Pokud kapalná voda přijde do styku s velmi horkým povrchem nebo se odtlakuje rychle pod tlakem par , může dojít k výbuchu páry .

Druhy páry a konverze

Pára se tradičně vytváří ohříváním kotle spalováním uhlí a jiných paliv, ale je také možné vytvářet páru se sluneční energií. Vodní pára, která obsahuje vodní kapky, je popisována jako mokrá pára . Když se vlhká pára dále zahřívá, kapičky se odpařují a při dostatečně vysoké teplotě (která závisí na tlaku) se veškerá voda odpaří a systém je v rovnováze páry a kapaliny . Když pára dosáhne tohoto bodu rovnováhy, označuje se jako nasycená pára .

Přehřátá pára je pára s teplotou vyšší, než je její bod varu pro tlak, ke kterému dochází pouze tehdy, když se veškerá kapalná voda odpaří nebo byla odstraněna ze systému.

Tabulky páry obsahují termodynamická data pro vodu/nasycenou páru a často je používají inženýři a vědci při návrhu a provozu zařízení, kde se používají termodynamické cykly zahrnující páru. Kromě toho mohou být užitečné termodynamické fázové diagramy pro vodu/páru, jako je teplotně-entropický diagram nebo Mollierův diagram uvedené v tomto článku. Parní grafy se také používají pro analýzu termodynamických cyklů.

Mollierův entalpický graf entropie pro páru - americké jednotky. Svg
Tabulka tlakové entalpie pro páru, v amerických jednotkách. Svg
Graf teplotní entropie pro páru, americké jednotky. Svg
Diagram entalpie-entropie (hs) pro páru. Diagram tlakové entalpie (ph) pro páru. Diagram teplotní entropie (Ts) pro páru.

Využití

Zemědělský

V zemědělství se k sterilizaci půdy používá pára, aby se zabránilo používání škodlivých chemických látek a zlepšilo se zdraví půdy .

Chemikálie

Pára se používá v různých chemických procesech jako reaktant, zejména v petrochemickém průmyslu . Parní krakování uhlovodíků s dlouhým řetězcem produkuje uhlovodíky s nižší molekulovou hmotností pro palivové nebo chemické aplikace. Parní reforma produkuje syngas nebo vodík .

Domácí

Parní kapacita přenosu tepla se využívá také v domácnosti: k vaření zeleniny, parnímu čištění tkanin, koberců a podlah a k vytápění budov. V každém případě se voda ohřívá v kotli a pára přenáší energii na cílový předmět. Pára se také používá při žehlení oděvů, aby teplo přidalo dostatek vlhkosti, aby odstranilo vrásky a vložilo do oblečení záměrné záhyby.

Výroba elektřiny (a kogenerace)

V roce 2000 bylo přibližně 90% veškeré elektřiny generováno pomocí páry jako pracovní tekutiny , téměř všechny parními turbínami .

V elektrické výrobě je pára obvykle kondenzována na konci expanzního cyklu a vrací se do kotle k opětovnému použití. Při kogeneraci je však pára potrubím vedena do budov prostřednictvím systému dálkového vytápění , aby po použití v elektrickém výrobním cyklu poskytovala tepelnou energii. Největší světový systém výroby páry je parní systém New York City , který pumpuje páru do 100 000 budov na Manhattanu ze sedmi kogeneračních závodů.

Úschovna energie

Nehořlavá parní lokomotiva
Navzdory podobnosti s kotlem si všimněte nedostatku komína a také toho, jak jsou válce na konci kabiny, nikoli na konci komína.

V jiných průmyslových aplikacích se pro skladování energie používá pára , která se zavádí a extrahuje přenosem tepla, obvykle potrubím. Pára je díky vysokému odpařovacímu teplu vody prostorným zásobníkem tepelné energie .

Parní lokomotivy bez ohně byly parní lokomotivy, které fungovaly ze zásoby páry uložené na palubě ve velké nádrži připomínající kotel konvenční lokomotivy. Tato nádrž byla naplněna procesní párou , jak je k dispozici v mnoha druzích velkých továren, jako jsou papírny . Pohon lokomotivy používal písty a ojnice, jako u typické parní lokomotivy. Tyto lokomotivy se většinou používaly v místech, kde hrozilo nebezpečí požáru z topeniště kotle, ale používaly se i v továrnách, které měly zkrátka dostatek zásob páry.

Mechanické úsilí

Parní stroje a parní turbíny využívají expanzi páry k pohonu pístu nebo turbíny k provádění mechanické práce . Důležitá je schopnost vracet zkondenzovanou páru jako vodu-kapalinu do kotle pod vysokým tlakem s relativně malým vynaložením čerpací síly. Ke kondenzaci páry na vodu často dochází na nízkotlakém konci parní turbíny, protože to maximalizuje energetickou účinnost , ale takové podmínky mokré páry musí být omezeny, aby se zabránilo nadměrné erozi lopatek turbíny. Inženýři používají k modelování chování parních strojů idealizovaný termodynamický cyklus , Rankinův cyklus . Parní turbíny se často používají při výrobě elektrické energie.

Sterilizace

Autoklávu , který využívá páru pod tlakem, se používá v mikrobiologických laboratořích a podobných prostředích pro sterilizaci .

Páru, zejména suchou (vysoce přehřátou) páru, lze použít k antimikrobiálnímu čištění až do úrovně sterilizace. Steam je netoxické antimikrobiální činidlo.

Pára v potrubí

Pára se používá v potrubí pro inženýrské sítě. Používá se také při opláštění a trasování potrubí k udržení rovnoměrné teploty v potrubích a nádobách.

Ošetření dřeva

Pára se používá v procesu ohýbání dřeva, zabíjení hmyzu a zvyšování plasticity.

Úprava betonu

Pára se používá k zvýraznění sušení, zejména v prefabrikátech. Je třeba dávat pozor, protože beton během hydratace produkuje teplo a dodatečné teplo z páry by mohlo být škodlivé pro procesy vytvrzování betonu.

Čištění

Používá se při čištění vláken a jiných materiálů, někdy při přípravě na malování. Pára je také užitečná při tavení zbytků vytvrzeného tuku a oleje, takže je užitečná při čištění kuchyňských podlah a zařízení a spalovacích motorů a dílů. Mezi výhody používání páry ve srovnání s rozprašováním horké vody patří skutečnost, že pára může pracovat při vyšších teplotách a spotřebuje podstatně méně vody za minutu.

Viz také

Reference

externí odkazy

Wikiversity má parní tabulky s obrázky a kódem Matlab