RP energialexikon - vízgőz, forráspont, párolgás, kritikus pont, páratartalom
Meghatározás: gáz halmazállapotú víz, vagy (köznyelven) látható páralecsapódás a levegőben
Konkrétabb kifejezések: telített gőz, túlhevített gőz, nedves gőz, száraz gőz, élő gőz, technológiai gőz
Eredeti alkotás: 2014. december 22 .; utolsó változás: 2020.03.14
A tudományban és a technológiában a vízgőz a víz (H2O) anyag gáz halmazállapotú állapotban. A cikk nagy része erre a meghatározásra is hivatkozik. Köznyelven azonban a vízgőz gyakran olyan látható gőzfelhőkre utal, amelyek akkor keletkeznek, amikor finom vízcseppek képződnek a levegőben a benne lévő vízgőz kondenzációja révén. Például a felhők nagy számban tartalmaznak ilyen kicsi vízcseppeket, ezért csak azért láthatók, mert a fény szétszóródik a cseppeken. Egyébként a nagy esőcseppektől eltérően nagyon kicsi vízcseppek sokáig elidőzhetnek a levegőben, mert zuhanási sebességük nagyon lassú.
Gyakran csak akkor beszélünk gőzről, ha a szövegösszefüggésből világosan kiderül, hogy a vízgőzt kell érteni - még akkor is, ha természetesen sok más anyag gőze van.
A vízgőz nagyon fontos az energiatechnikában:
- Az elektromos energia nagy részét hőerőművekben nyerik olyan gőzturbinák segítségével, amelyek nagyjából az úgynevezett Clausius-Rankine ciklus szerint működnek.
- A gőz azonban energiahordozóként is szolgálhat, és egyébként is számos ipari folyamatban használják. A nagy energiahatékonyságú gőztermelés (főleg gőzkazánokban) ezért nagy jelentőséggel bír. Esetenként vízgőzt is használnak hűtőközegként.
- Más esetekben a vízgőz kémiai átalakulások során fordul elő, például égési folyamatokban a kipufogógázok termékeként vagy a gőz reformálásakor eduktként.
Az energiatechnikán kívül gyakran szükség van úgynevezett folyamatgőzre is, azaz H. A folyamatban felhasznált vízgőz. A legfontosabb funkciója gyakran a hőellátás; egyes esetekben a vízgőz kémiai reakcióban is részt vesz (például kőolajfinomítókban és széngázosításban).
Korábban néhány épületben gőzfűtés volt, amelyben a vízgőz egy kazánból (gőzkazánból) juttatta a hőt a radiátorokba. Az ilyen rendszereket azonban már ritkán használják, mivel számos hátrányuk van a mai (folyékony vízzel működő) központi fűtési rendszerekhez képest. Ezek közé tartozik az alacsonyabb energiahatékonyság, ami a magas hőmérsékleten bekövetkező magas vezetékveszteségnek és a biztonsággal kapcsolatos hátrányoknak köszönhető.
A vízgőz a föld légkörében is rendkívül fontos szerepet játszik. Például a sok vízgőzzel megterhelt levegő nagy mennyiségű látens hőt szállít, amely később kondenzáció esetén felszabadulhat. (Ez az oka annak, hogy a levegő melegebb lesz, miután átlépett egy hegyláncot, ahol a felhők felemelkedve felhőszakadnak a felhők; ezt a jelenséget hajszárítónak nevezik.) Ezenkívül a vízgőz (és nem például a szén-dioxid) járul hozzá leginkább az úgynevezett üvegházhatáshoz a föld légkörében: A felhők egyrészt a napfény részleges visszaverődéséhez vezetnek vissza az űrbe, másrészt a földből származó hősugárzás visszaverődéséhez is, ez utóbbi hatás átlagosan túlsúlyban van. A szén-dioxid (CO2) hatása közvetetten jelentősen megnő (vízgőz-visszacsatolás): Az üvegházhatás CO2 általi fokozódása magasabb léggáztartalmat eredményez a légkörben, és ezáltal az üvegházhatás további erősödését. H. jelentősen megnövekedett globális felmelegedés; lásd még az éghajlati veszélyekről szóló cikket.
Mivel sok üzemanyag jelentős mennyiségű hidrogént tartalmaz (vegyileg kötött formában), égéskor vízgőz keletkezik. Ez különösen a földgázra és a kőolajtermékekre vonatkozik. Ennek egyik következménye lehet a kémények kormosodása, ha a kipufogógáz hőmérsékletét meglehetősen alacsonynak választják, és a felhasznált anyagok nem nedvességállóak. Másrészt a kondenzációs kazánokban további hő nyerhető a vízgőz kondenzálásával és a kondenzvíz elvezetésével.
Fizikai alapok
Egy közhiedelem szerint a víz 0 ° C és 100 ° C közötti hőmérsékleten folyékony és 100 ° C felett gáznemű. A valóság azonban sokkal bonyolultabb. Mindenekelőtt az említett aggregációs állapotok közötti hőmérsékleti határok csak a normál nyomásra (1013 mbar) vonatkoznak, amely nagyjából megfelel annak a légköri nyomásnak, amely általában nem túl magas helyeken fordul elő. A forráspont, azaz a folyadék és a gáz halmazállapotú állapot közötti határ növekszik a nyomás növekedésével (lásd 1. ábra). Ezenkívül a víz elpárologhat a forráspont alatt, amíg a keletkező vízgőz nyomása (parciális nyomása) el nem éri az úgynevezett gőznyomást, ami viszont hőmérsékletfüggő.
A forralás akkor történik, amikor a folyékony víz adott nyomáson eléri a forráspontot, és további hőt szolgáltat. Gőzbuborékok képződnek, amelyek felemelkednek a vízben. A forráspontban lévő gőznyomás megfelel a külső nyomásnak. Ezért az 1. ábrán egy bizonyos nyomás forráshőmérséklete meghatározható az a hőmérséklet, amelyre a nyomás eléri a megfelelő értéket.
A 2. ábra a forrásgörbét is mutatja, de magasabb hőmérsékleti tartományban, ahol ennek megfelelően magasabb nyomás érhető el. A görbe az úgynevezett kritikus pontnál ér véget, kb. 374 ° C és 221 bar nyomáson; E fölött a folyékony és gáznemű vizet már nem lehet megkülönböztetni egymástól. Ez a különbség kicsi lesz a kritikus pont alatt; H. a térfogat alig nő, ha forr, és a párolgási hő sokkal alacsonyabb, mint normál nyomásnál.
A hőellátás ellenére a víz hőmérséklete nem emelkedik forralás közben; a leadott hőt kizárólag párologtatásra használják (→ látens hő, lásd a 3. ábrát). A fajlagos párolgási hő (a párolgási entalpia) mennyisége vízzel különösen magas; Normál nyomáson kb. 2257 kJ/kg, míg a víz 0 ° C-ról 100 ° C-ra történő melegítésére csak 420 kJ/kg.
Nagyon alacsony nyomáson (kb. 6 mbar alatt, ami a víz hármaspontjának felel meg) már nincs folyékony víz, csak szilárd (jég) és vízgőz van. A jég ekkor melegítés nélkül közvetlenül vízgőzzé szublimálódik, anélkül, hogy előzetesen megolvadna. A szublimáció normális nyomáson is előfordulhat, hasonlóan a párolgáshoz.
A vízgőz nemcsak hőt szállíthat, hanem exergiát is tartalmaz. Ezt gőzturbinák és gőzgépek üzemeltetésekor használják.
Nedves gőz, telített gőz és túlhevített gőz
Forraláskor kezdetben úgynevezett telített gőz keletkezik, amely hőmérséklet és nyomás szempontjából pontosan a forrásgörbén van (mindaddig, amíg a kritikus pont alatt van). Ha ez a gőz veszít némi hőből, például hűvösebb levegővel érintkezve, a vízgőz egy része kis vízcseppekké kondenzálódik, így látható gőzfelhők keletkeznek. Ezt nedves gőznek hívják. A tényleges gőz (gáznemű víz) arányát gyakran annak tömegfrakciója határozza meg x (0 és 1 között).
Ha viszont a gőzt forralás után tovább melegítjük, így a nyomás és a hőmérséklet kombinációja a fenti diagram forráspontjának jobb oldalán található, akkor túlhevített gőzről beszélünk. Ez már nem tartalmaz folyékony vízcseppeket, mivel a kondenzáció csak akkor mehet végbe, amikor a forrásgörbét lehűléssel vagy a nyomás növelésével érik el újra.
A száraz gőz kifejezést könnyen félre lehet érteni, mivel ez általában pontosabban száraz telített gőzt jelent, a telített gőz szinonimája, és nem túlhevített gőz. A száraz gőz ebben az értelemben nem tartalmaz vízcseppeket, de a túlhevített gőzzel ellentétben ezek azonnal létrejönnek, még akkor is, ha csak minimális hűtés történik.
A kritikus pont felett szuperkritikus gőzről beszélünk, amely kémiailag és fizikailag viszonylag agresszív, például erősen zsírtalanító.
Gőzállapotok a gőzturbina erőműben
Néhány gőzturbinát úgy kell működtetni, hogy a bennük lévő vízgőz minden ponton a túlhevített gőz tartományában maradjon, azaz H. hogy nem jelennek meg vízcseppek. Ez hosszú távon károsíthatja a turbinát. De vannak olyan kondenzációs turbinák is, amelyek elviselik a vízgőz jelentős részének kondenzációját. Egy gőzturbina erőműben általában több turbina lépcsőt alkalmaznak, az elsőt erősen túlhevített gőzzel (túlhevített gőz) működtetik, míg az utolsó egy kondenzációs turbina. A turbina fokozatai között gyakran használnak úgynevezett újmelegítőt, amely a gőzt visszahozza a túlhevített gőz területére. Ez nemcsak a turbinákat védi, hanem az erőmű hatékonyságát is lehetővé teszi.
A modern gőzturbinás erőművek első turbinafázisa a szuperkritikus tartományban működik jól, például 600 ° C-on és 285 bar nyomáson. Még magasabb 700 ° C-os és 350 bar-os értékeket céloznak meg a jövőbeli erőművek annak érdekében, hogy még jobban növeljék a hatékonyságot. A határokat lényegében a rendelkezésre álló anyagok rugalmassága szabja meg.
Gőz képződése
A gőzt gyakran gőzkazánokban állítják elő gőzfejlesztők részeként. A gőzkazán központi eleme egy hőcserélő, amelyben a folyékony vizet hővel látják el (például égési folyamatból vagy atomreaktorból) úgy, hogy forrjon. Ez telített gőzt képez, amelynek hőmérsékletét az uralkodó nyomás határozza meg.
Egyes alkalmazásokhoz (különösen a gőzturbináknál) úgynevezett túlhevítőt is alkalmaznak, azaz H. egy második hőcserélő, amellyel a gőz hőmérséklete tovább emelkedik, miközben a nyomás megközelítőleg ugyanaz marad a túlhevített gőz elérése érdekében.
Néhány atomreaktorban, úgynevezett forró vizes reaktorokban, vízgőz keletkezhet közvetlenül. A túlnyomásos vizes reaktorokban viszont a párolgást magas üzemi nyomás akadályozza meg, és külön gőzgenerátort alkalmaznak. Alig lehetséges a gőz túlmelegedése, mivel ehhez magasabb hőmérsékletű hőforrásra lenne szükség. Ez fontos oka az atomerőművek általában alacsonyabb hatékonyságának.
Ha égési gázokat használnak, azok hőmérséklete a gőz hőmérséklete felett marad (a túlhevítő előtt), így nagy kipufogógázveszteség keletkezne, ha a gázokat közvetlenül haszontalanul kipufogógázként bocsátanák ki. Emiatt gyakran használnak egy úgynevezett gazdaságosító készüléket, amely extra hőt von ki a kipufogógázból, amely többnyire a tápvíz (vagyis a gőzkazánba táplált folyékony víz) előmelegítését szolgálja. A hővisszanyerés másik lehetősége az égési levegő előmelegítése.
Bizonyos esetekben az erőmű nemcsak villamos energiát szolgáltat, hanem gőzt is, mint folyamatgőz a szomszédos ipari üzemek számára. Ha ezt a gőzt közbenső gőzként veszik ki, mivel a gőz hőmérsékletére nincs szükség túl magasra, ez energiahatékonyabb, mint ha külön gőzkazánt üzemeltetnének ipari műveletekhez. Végül is az eredetileg keletkező forróbb gőz exergiájának egy részét villamos energia előállítására használják.
Vízgőz a levegőben
Amint azt a fentiekben kifejtettük, a víz alacsony hőmérsékleten is elpárolog, amíg el nem éri az úgynevezett gőznyomást (az a változó, amely csak a hőmérséklettől függ, az 1. ábrán leolvasható). Tehát, ha folyékony víz érintkezik a levegővel, a párologtatás során a levegő vízgőztartalma növekszik, amíg a vízgőz parciális nyomása (és nem a teljes légnyomás) megegyezik a fent említett gőznyomással. Ha elértük ezt a pontot, a víz mikroszkopikus szempontból még elpárologhat, de ugyanannyi mennyiség egyszerre kondenzálódik, így a levegő vízgőztartalma már nem nőhet.
A páratartalom a levegő vízgőztartalmának mértéke, amelyet két változatban alkalmaznak. Az abszolút légnedvességet például g/m 3 -ben (gramm/köbméter) adják meg, míg a relatív páratartalom azt mutatja, hogy a víz gőznyomásának mekkora hányadát vagy a levegő maximális vízgőztartalmának hányadát érték el. Az épületek páratartalma fontos szerepet játszik az emberi jólétben. A túl magas páratartalom penésznövekedéshez vezethet.
Gyakran mondják, hogy a levegő csak bizonyos hőmérsékleten képes bizonyos mennyiségű vízgőzt elnyelni. Ez félrevezető abban a tekintetben, hogy ezt a maximális tartalmat nem a légmolekulák (vagyis a vízre vonatkozó „toleranciájuk”) határozzák meg, hanem inkább maga a víz tulajdonsága. Ha levegőtől eltérő gázt használnának (például argont, teljesen más kémiai és fizikai tulajdonságokkal, mint a levegő), akkor nem lenne más maximális víztartalom.
A vízgőz mint üvegházhatású gáz
A vízgőz bizonyos spektrális tartományokban elnyeli az infravörös fényt (hősugárzást), ezért üvegházhatású gázként működik a légkörben. A légköri magas vízgőztartalom miatt ez a hatás még sokkal erősebb, mint a szén-dioxidé (CO2). Ebből nem következik, hogy (amint azt különösen sok „klímaszkeptikus” állítja), hogy a CO2-kibocsátás valójában jelentéktelen. Az a tény, hogy a légkör CO2-tartalma, amely a hőmérséklet-emelkedés miatt most jelentősen megnőtt, a levegőben megnövekedett vízgőztartalmat is okoz, ami aztán még tovább növeli a hőmérsékletet. Ez a hatás további CO2-kibocsátás nélkül sem vezet folyamatosan növekvő hőmérséklet-emelkedéshez, de jelentősen megnöveli a CO2 tényleges üvegházhatását, anélkül, hogy azt egyedül a CO2 okozta volna. Tehát egyrészt igaz, hogy az üvegházhatás nagy részét a vízgőz adja; másrészt azonban éppen ez a hatás jelentősen megnő a CO2-kibocsátás miatt. Ezért nagyon függ a CO2-kibocsátástól.
Másrészt az emberek által okozott vízgőz-kibocsátás - például a nagy erőművek hűtőtornyain keresztül - meglepő módon nem globális éghajlati szennyezéshez, hanem csak felhőképződés révén vezet helyi hatásokhoz. Az ilyen kibocsátásokat ugyanis ellensúlyozza a megnövekedett csapadékmennyiség. Végül a légkör vízgőztartalmát korlátozza annak hőmérséklete.
A vízgőznek, amelyet a repülőgépek nagy magasságban bocsátanak ki, és amelyek szennyeződéseket képeznek, még erősebb az üvegházhatása. Bár ennek a hatásnak csak rövid távú hatása van, viszonylag erős, ezért lényeges eleme a légi forgalom által jelenleg generált üvegházhatásnak. A 2-es kibocsátás súlyos szolgáltatói másutt "> CO2-kompenzáció révén - ezt figyelembe veszik a megfelelően magasabb CO2-kibocsátás kompenzálásával.
Kérdések és megjegyzések az olvasóktól
Itt javasolhat kérdéseket és megjegyzéseket közzétételhez és megválaszoláshoz. Az RP-Energie-Lexikon szerzője bizonyos szempontok szerint dönt az elfogadásról. Lényegében az a lényeg, hogy az ügy széles körben érdekelt.
Ha itt kapsz segítséget, érdemes egy adománnyal visszaadni a szívességet, amellyel támogatod az energetikai szótár továbbfejlesztését.
Adatvédelem: Kérjük, ide ne írjon be személyes adatokat. Amúgy sem tennénk közzé őket, és hamarosan törölnénk őket. Lásd még az adatvédelmi irányelveinket.
Ha személyes visszajelzéseket vagy tanácsokat szeretne a szerzőtől, kérjük, írjon neki e-mailben.
A beküldéssel hozzájárulását adja a bejegyzéseinek itt történő közzétételéhez a szabályainknak megfelelően.
Ha tetszik ez a weboldal, kérjük, értesítse barátait és kollégáit - pl. B. a közösségi médián keresztül ide kattintva:
Ezeket a megosztási gombokat adatvédelem-barát módon állítják be!
Más webhelyeken található linkek kódja
Ha máshova szeretne linket elhelyezni a cikkhez (pl. Webhelyén, közösségi médiájában, vitafórumain vagy a Wikipédián), itt megtalálja a kódot. Ilyen linkek lehetnek B. nagyon hasznos lehet a szómagyarázatokhoz.
HTML link erre a cikkre:
Előnézeti képpel (lásd közvetlenül a fenti mezőt):
Ha helyénvalónak tartja, hogy linket tegyen a Wikipédiára, pl. B. a "== Weblinkek ==" alatt:
Erősítse a mentális immunrendszert!
Az álhírek és a propaganda mint tömeges jelenségek idején döntő fontosságú a manipuláció és az ártatlan gondolkodási hibák minél megbízhatóbb feltárása.
Ennek elősegítésére átfogó és alapos útmutatót kínálnak ezen a weboldalon:
Egyébként vannak olyan oldalaink is, amelyek az energia- és környezetvédelmi szektor hibáinak és propagandájának tisztázásával foglalkoznak.