I. Hơi nước là gì và ưu điểm của hơi nước

1. Hơi nước là gì?

Theo định nghĩa của Wikipedia thì:

Hơi nước là trạng thái khí của nước, hơi nước là một trong những pha(Tức là một vùng không gian trong đó tất cả các tính chất vật liệu về cơ bản là đồng nhất) của nước. Hơi nước được sinh ra trong quá trình bay hơi của nước hoặc sôi của chất lỏng, quá trình thăng hoa của băng hoặc nước đá ở dạng rắn. Hơi nước trong suốt và không nhìn thấy được. Ở điều kiện khí quyển bình thường hơi nước liên tục được sinh ra từ hiện tượng bay hơi hay ngưng tụ thành nước.

     Hơi nước (Steam) được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp kỹ thuật vì hơi nước có những tính chất ưu việt nổi bật so với những khí và môi chất khác. Hơi nước có ở khắp mọi nơi, rẻ tiền, không độc và có đầy đủ mọi tính chất nhiệt động cần thiết đối với vai trò của một môi chất trong thiết bị nhiệt. Trong các thiết bị nhiệt, hơi nước thường được sử dụng ở điều kiện áp suất cao, nhiệt độ tương đối thấp nên tính chất của nó khác hẳn với tính chất của khí lý tưởng. Có nghĩa hơi nước được coi như là khí thực.

2. Ưu điểm của hơi nước

Do chuyển hoá từ trạng thái nước sang trạng thái hơi bằng hình thức bay hơi, khi mất nhiệt thì hơi ngưng tụ lại và chuyển thành trạng thái nước như ban đầu. Nên hơi bão hòa có nhiều ưu điểm vượt trội so với các môi chất khác như:

 - Dễ phân phối, dễ kiểm soát

 - Nước dồi dào, rẻ tiền và nơi nào cũng có

 - Sạch, an toàn

 - Hơi chứa nhiệt lượng lớn

 - Hơi sẽ ngưng tụ tại nhiệt độ cố định

 - Hệ số trao đổi nhiệt lớn.

II. Phân loại hơi nước

Hơi nước được chia thành 02 loại: hơi bão hòa và hơi quá nhiệt.

1. Hơi nước bão hòa

a. Hơi bão hòa là gì?

Hơi bão hòa (Saturated Steam) hay còn được gọi là hơi nước bão hòa. Khi nước lạnh được đun sôi bằng một nguyên liệu đốt bất kỳ, thì nước lạnh được nóng dần lên và  khi đạt được điểm sôi, nhiệt độ của nước không còn tăng được nữa. Khi đó nước sẽ chuyển hoá  từ trạng thái nước nóng sang trạng thái hơi bằng hình thức bay hơi. Người ta gọi đó là hơi bão hoà.

Hơi bão hòa là trạng thái nhiệt độ và áp suất mà trong đó cả hơi nước và nước có thể cùng tồn tại, đó là khi tốc độ hóa hơi nước bằng với tốc độ ngưng tụ, người ta gọi đó là hơi nước bão hòa.

b. Sự phụ thuộc giữa áp suất và nhiệt độ của hơi bão hòa

Đối với hơi bão hòa, áp suất và nhiệt độ tỷ lệ thuận với nhau. Khi hơi bão hòa ở áp suất nào sẽ tương ứng với nhiệt độ đó và ngược lại.

Biều đồ mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của hơi bão hòaBiều đồ mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ của hơi bão hòa

 

Dưới đây là bảng thông số về sự phụ thuộc lẫn nhau của áp suất và nhiệt độ của hơi bão hòa. Ngoài ra để tiện lợi, chúng ta có thể tải và cài các ứng dụng để tra thông số hơi bão hòa trên điện thoại như: Steampro hoặc Spirax Sarco...

Áp suất hơi nước bão hòa theo nhiệt độ

Bảng tra áp suất hơi nước bão hòa theo nhiệt độ

Bảng tra nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa

Bảng tra nhiệt độ hơi nước bão hòa theo áp suất

c. Phân loại hơi nước bão hòa

Hơi bão hòa khô: là hơi nước ở trạng thái hóa hơi hoàn toàn mà chỉ cần giảm nhiệt độ hoặc tăng áp suất thì hiện tượng ngưng tụ hơi nước xảy ra.

Hơi bão hòa ẩm: là hơi mà trong thể tích của nó còn chứa những giọt nước nhỏ. Khi đó hơi nước ở trạng thái hỗn hợp 2 pha: hơi và lỏng (nước).

d. Ứng dụng của hơi bão hòa

Với chi phí đầu tư hợp lý, giá rẻ. Hơi được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp như nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, giấy, chế biến thực phẩm,… hơi nước phục vụ cho các quá trình công nghệ như đun nấu, chưng cất các dung dịch, cô đặc và sấy sản phẩm,…

2. Hơi quá nhiệt

a. Hơi quá nhiệt là gì?

Hơi quá nhiệt (Superheated Steam) hay còn gọi là hơi nước quá nhiệt là hơi nước có cùng áp suất với hơi bão hòa nhưng có nhiệt độ lớn hơn hoặc là hơi nước có cùng nhiệt độ với hơi bão hòa những có áp suất nhỏ hơn.

Hơi quá nhiệt được tạo ra bằng cách gia nhiệt cho hơi bão hòa để hơi này vượt ra khỏi điểm bão hòa khô. Việc này khiến hơi nước có nhiệt độ cao hơn, mật độ hơi thấp hơn so với điểm bão hòa trong cùng môi trường áp suất. Hơi nước quá nhiệt thường sử dụng trong các ứng dụng truyền động như tuabine.

Mối quan hệ giữa nước, hơi bão hòa và hơi quá nhiệtMối quan hệ giữa nước, hơi bão hòa và hơi quá nhiệt

b. Ứng dụng của hơi quá nhiệt

Hơi quá nhiệt đắt tiền hơi so với hơi bão hòa do phải dùng nguồn nhiệt ngoài để gia nhiệt. Hơi hoàn toàn khô, nhiệt độ cao nên hao mòn thiết bị, ống dẫn cao hơn.

Hơi quá nhiệt thường được dùng trong hệ thống vân hành tuabin hơi trong các nhà máy nhiệt điện, nhà máy đồng phát (vừa phát hơi, vừa phát điện) như nhà máy đường, giấy,... Vì tuabin hơi chạy ở tốc độ quay cao, nên chỉ cần có một lượng nước nhỏ có thể làm mất cân bằng các cánh ly tâm và khiến chúng hư hỏng. Nên tuabin hơi yêu cầu hơi phải hoàn toàn khô.

III. Những đại lượng đặc trưng của hơi nước

1. Độ khô

Độ khô (x) là tỷ số giữa lượng hơi nước bão hòa khô trong hơi bão hòa ẩm

x = mk/ma = mk/(mk + mn)

 - mk là lượng hơi bão hòa khô trong hơi bão hòa ẩm

 - ma là lượng hơi bão hòa ẩm

 - mn là lượng nước có trong hơi bão hòa ẩm

Như vậy, với hơi nước bão hòa khô và hơi quá nhiệt có độ khô x=1, nước và nước sôi có độ khô x=0, còn hơi bão hòa ẩm có độ khô trong khoảng 0<x<1

Ngược với khái niệm độ khô là khái niệm độ ẩm (y):

y = mn/ma = mn/(mk + mn)

Như vậy: x+y = 1

2. Nhiệt ẩn hóa hơi

Nhiệt ẩn hóa hơi (r) là lượng nhiệt cung cấp để đưa 1 kg nước sôi hoàn toàn thành hơi bão hòa khô.

Qua bài viết này, chúng tôi hy vọng rằng với những kiến thức mà chúng tôi cung cấp sẽ giúp được quý độc giả giải quyết các vấn đề đang gặp phải.

Trân trọng cảm ơn!

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH GEETECH

Địa chỉ: Số 11A Ngách 28 Ngõ 207 Bùi Xương Trạch, P. Khương Đình, Q. Thanh Xuân, TP. Hà Nội, Việt Nam.

Xưởng sản xuất: Phố Thịnh Liệt, Q. Hoàng Mai, TP. Hà Nội.
Điện thoại: 088 65 99989 – 091 146 3383.
Email: geetechboiler@gmail.com
Website: www.geetech.com.vn
MST: 031 585 3072