Lexikál RP energie - vodná para, teplota varu, odparovanie, kritický bod, vlhkosť vzduchu
Definícia: voda v plynnom stave alebo (hovorovo) viditeľné oblaky kondenzácie vodnej pary vo vzduchu
Konkrétnejšie pojmy: nasýtená para, prehriata para, mokrá para, suchá para, živá para, procesná para
Originálna tvorba: 22. decembra 2014; posledná zmena: 14.03.2020
Vo vede a technike je vodná para látkou voda (H2O) v plynnom stave. Väčšina tohto článku sa tiež odvoláva na túto definíciu. Hovorovo sa však vodná para často vzťahuje na viditeľné oblaky pár, ktoré vznikajú pri tvorbe jemných vodných kvapiek vo vzduchu kondenzáciou obsiahnutej vodnej pary. Napríklad mraky obsahujú veľké množstvo takýchto malých vodných kvapôčok, a preto sú viditeľné iba preto, že na kvapkách je rozptýlené svetlo. Mimochodom, na rozdiel od veľkých dažďových kvapiek môžu vo vzduchu dlho zostať veľmi malé kvapôčky vody, pretože ich rýchlosť pádu je veľmi nízka.
O pare sa často hovorí iba vtedy, keď je z kontextu zrejmé, že sa tým myslí vodná para - aj keď samozrejme existujú pary z mnohých ďalších látok.
Vodná para je v energetickej technológii veľmi dôležitá:
- Veľká časť elektrickej energie sa získava v tepelných elektrárňach pomocou parných turbín, ktoré pracujú zhruba podľa takzvaného Clausius-Rankinovho cyklu.
- Para však môže slúžiť aj ako zdroj energie a rovnako sa používa v mnohých priemyselných procesoch. Energeticky najefektívnejšia výroba pary (väčšinou v parných kotloch) má preto veľký význam. Vodná para sa občas používa aj ako chladivo.
- V iných prípadoch sa vodná para vyskytuje pri chemických premenách, napríklad pri spaľovacích procesoch ako produkt vo výfukových plynoch alebo pri reformovaní pary ako vzdelávacia látka.
Takzvaná procesná para je často potrebná aj mimo energetických technológií, t. H. Vodná para použitá v procese. Jeho najdôležitejšou funkciou je často dodávka tepla; v niektorých prípadoch sa vodná para podieľa aj na chemickej reakcii (napríklad v ropných rafinériách a pri splyňovaní uhlia).
V minulosti mali niektoré budovy parné kúrenie, pri ktorom vodná para prenášala teplo z kotla (parného kotla) na radiátory. Takéto systémy sa však už zriedka používajú, pretože majú oproti súčasným systémom ústredného kúrenia (s kvapalnou vodou) množstvo nevýhod. Patrí sem nižšia energetická účinnosť v dôsledku vysokých strát v potrubí pri vysokých teplotách a tiež nevýhody súvisiace s bezpečnosťou.
Vodná para tiež hrá mimoriadne dôležitú úlohu v zemskej atmosfére. Napríklad vzduch nabitý veľkým množstvom vodnej pary prenáša veľké množstvo latentného tepla, ktoré sa môže neskôr kondenzovať. (To je dôvod, prečo je po prechode cez pohorie, kde bude oblačnosť pršať, oblaky pršať; tento jav je známy ako sušič vlasov.) Okrem toho najviac prispieva k takzvanému skleníkovému efektu vodná para (napríklad nie oxid uhličitý). v zemskej atmosfére: Mraky vedú na jednej strane k čiastočnému odrazu slnečného žiarenia späť do vesmíru, ale na druhej strane aj k odrazu tepelného žiarenia zo zeme, pričom druhý efekt v priemere prevláda. Účinok oxidu uhličitého (CO2) sa nepriamo významne zvyšuje (spätná väzba vodných pár): Zintenzívnenie skleníkového efektu pomocou CO2 vedie k vyššiemu obsahu vodných pár v atmosfére, a tým k ďalšiemu zosilneniu skleníkového efektu. H. k výrazne zvýšenému globálnemu otepľovaniu; pozri tiež článok o klimatických rizikách.
Pretože veľa palív obsahuje značné množstvo vodíka (v chemicky viazanej forme), pri ich spaľovaní vzniká vodná para. Týka sa to najmä zemného plynu a ropných produktov. Jedným z dôsledkov toho môže byť sadenie komínov, ak je teplota výfukového plynu zvolená na veľmi nízku hodnotu a použité materiály nie sú odolné proti vlhkosti. Na druhej strane sa dodatočné teplo dá získať v kondenzačných kotloch kondenzáciou vodnej pary a odvádzaním kondenzovanej vody.
Fyzikálne základy
Podľa všeobecného presvedčenia je voda tekutá pri teplotách od 0 ° C do 100 ° C a plynná nad 100 ° C. Realita je však oveľa komplikovanejšia. Najskôr uvedené teplotné limity medzi stavmi agregácie platia iba pre normálny tlak (1013 mbar), čo zhruba zodpovedá atmosférickému tlaku, ktorý sa zvyčajne vyskytuje v miestach, ktoré nie sú príliš vysoké. Teplota varu, to znamená hranica medzi kvapalným a plynným skupenstvom, rastie so zvyšujúcim sa tlakom (pozri obrázok 1). Okrem toho sa voda môže odparovať pod bodom varu, kým výsledný tlak (parciálny tlak) vodnej pary nedosiahne takzvaný tlak pár, ktorý je zase závislý od teploty.
K varu dôjde, keď kvapalná voda dosiahne bod varu pri danom tlaku a dodá sa ďalšie teplo. Vznikajú parné bubliny, ktoré stúpajú vo vode. Tlak pár v bode varu zodpovedá vonkajšiemu tlaku. Preto na obrázku 1 možno teplotu varu pre určitý tlak určiť ako teplotu, pre ktorú tlak dosiahne zodpovedajúcu hodnotu.
Obrázok 2 tiež zobrazuje krivku varu, ale vo vyššom teplotnom rozmedzí, pri ktorom sa dosahujú zodpovedajúco vyššie tlaky. Krivka končí v takzvanom kritickom bode pri približne 374 ° C a 221 baroch; Okrem toho už nie je možné od seba odlíšiť kvapalnú a plynnú vodu. Tento rozdiel je malý tesne pod kritickým bodom; H. objem sa pri varení takmer nezvýši a odparovacie teplo je oveľa nižšie ako pri normálnom tlaku.
Napriek dodávke tepla teplota vody počas varu nestúpa; dodávané teplo sa používa výlučne na odparovanie (→ latentné teplo, pozri obrázok 3). Množstvo špecifického odparovacieho tepla (entalpia odparovania) je obzvlášť vysoké pri vode; Pri normálnom tlaku je to približne 2257 kJ/kg, v porovnaní s iba 420 kJ/kg na ohrev vody z 0 ° C na 100 ° C.
Pri veľmi nízkych tlakoch (pod asi 6 mbar, čo zodpovedá trojitému bodu vody) už nie je žiadna kvapalná voda, ale iba tuhá látka (ľad) a vodná para. Po zahriatí sa potom ľad sublimuje priamo za vzniku vodnej pary bez toho, aby sa predtým roztavil. K sublimácii môže dôjsť aj pri normálnom tlaku, podobne ako pri odparovaní.
Vodná para môže nielen prenášať teplo, ale obsahuje aj exergiu. Používa sa pri prevádzke parných turbín a parných strojov.
Mokrá para, nasýtená para a prehriata para
Pri varení sa pôvodne vytvára takzvaná nasýtená para, ktorá je presne na krivke varu z hľadiska teploty a tlaku (pokiaľ sa nachádzate pod kritickým bodom). Ak táto para stratí trochu tepla, napríklad kontaktom s chladnejším vzduchom, časť vodnej pary kondenzuje na malé kvapôčky vody, takže sa vytvárajú viditeľné oblaky pár. Toto sa nazýva mokrá para. Podiel skutočnej pary (plynnej vody) je často určený jej hmotnostným zlomkom X (medzi 0 a 1).
Ak sa para naopak po uvarení ďalej zahrieva, takže jej kombinácia tlaku a teploty je vpravo od krivky varu na vyššie uvedenom diagrame, hovoríme o prehriatej pare. Toto už neobsahuje žiadne kvapôčky kvapalnej vody, pretože ku kondenzácii môže dôjsť až po opätovnom dosiahnutí krivky varu ochladením alebo zvýšením tlaku.
Pojem suchá para sa dá ľahko pochopiť nesprávne, pretože obvykle znamená presnejšiu suchú nasýtenú paru, ktorá je synonymom nasýtenej pary, a nie prehriatu paru. Suchá para v tomto zmysle neobsahuje žiadne kvapôčky vody, ale na rozdiel od prehriatej pary sa tvoria okamžite, aj keď dôjde len k minimálnemu ochladeniu.
Nad kritickým bodom sa hovorí o superkritickej pare, ktorá je chemicky a fyzikálne relatívne agresívna, napríklad silne odmasťuje.
Stav pary v elektrárni s parnou turbínou
Niektoré parné turbíny musia byť prevádzkované tak, aby vodná para v nich zostala vo všetkých bodoch v rozsahu prehriatej pary, t. H. že sa neobjavujú žiadne kvapôčky vody. Mohlo by to z dlhodobého hľadiska poškodiť turbínu. Existujú však aj kondenzačné turbíny, ktoré sú schopné tolerovať kondenzáciu značnej časti vodnej pary. V elektrárni s parnými turbínami sa zvyčajne používa niekoľko turbínových stupňov, pričom prvý je prevádzkovaný so silne prehriatou parou (prehriata para), zatiaľ čo posledným je kondenzačná turbína. Medzi stupňami turbíny sa často používa takzvaný dohrievač, ktorý privádza paru ďalej späť do oblasti prehriatej pary. To nielen chráni turbíny, ale tiež umožňuje, aby bola elektráreň efektívnejšia.
Prvý turbínový stupeň v moderných elektrárňach s parnými turbínami funguje dobre v nadkritickom rozsahu, napríklad pri 600 ° C a 285 baroch. Pre budúce elektrárne sú zamerané ešte vyššie hodnoty 700 ° C a 350 barov, aby sa ešte viac zvýšila účinnosť. Limity sú v zásade dané odolnosťou dostupných materiálov.
Tvorba pary
Para sa často vyrába v parných kotloch ako súčasť parných generátorov. Jadrovou súčasťou parného kotla je výmenník tepla, v ktorom sa kvapalná voda dodáva teplom (napríklad zo spaľovacieho procesu alebo z jadrového reaktora) tak, aby varila. Tak vzniká nasýtená para, ktorej teplota je určená prevládajúcim tlakom.
Pre niektoré aplikácie (najmä pre parné turbíny) sa používa aj takzvaný prehrievač, t.j. H. druhý výmenník tepla, pomocou ktorého sa teplota pary ďalej zvyšuje, zatiaľ čo tlak zostáva približne rovnaký, aby sa získala prehriata para.
V niektorých jadrových reaktoroch, známych ako reaktory s vriacou vodou, sa vodná para môže vytvárať priamo. Pri tlakových vodných reaktoroch je naopak odparovaniu zabránený vysoký prevádzkový tlak a používa sa samostatný parný generátor. Je veľmi ťažké prehriať paru, pretože by to vyžadovalo zdroj tepla s vyššou teplotou. To je dôležitý dôvod obvykle nižšej účinnosti jadrových elektrární.
Ak sa používajú spaľovacie plyny, ich teplota zostáva nad teplotou pary (pred prehrievačom), takže ak by sa plyny priamo zbytočne vypúšťali ako odpadové plyny, vznikli by veľké straty spalín. Z tohto dôvodu sa často používa takzvaný ekonomizér, ktorý extrahuje dodatočné teplo z výfukového plynu, ktoré väčšinou slúži na predhrievanie napájacej vody (t.j. kvapalnej vody privádzanej do parného kotla). Ďalšou možnosťou spätného získavania tepla je predhrievanie spaľovacieho vzduchu.
V niektorých prípadoch elektráreň dodáva nielen elektrickú energiu, ale aj para ako procesná para pre susedné priemyselné podniky. Ak sa táto para odvádza ako medziparva, pretože sa nevyžaduje príliš vysoká teplota pary, je to energeticky účinnejšie ako prevádzka samostatného parného kotla na priemyselné účely. Časť exergie pôvodne vyrobenej horúcejšej pary sa koniec koncov používa na výrobu elektriny.
Vodná para vo vzduchu
Ako je vysvetlené vyššie, voda sa odparuje aj pri nízkych teplotách, kým sa nedosiahne takzvaný tlak pár (premenná, ktorá závisí iba od teploty, ktorú je možné odčítať na obrázku 1). Pokiaľ je teda kvapalná voda v kontakte so vzduchom, obsah vodných pár vo vzduchu sa počas odparovania zvyšuje, až kým parciálny tlak vodnej pary (a nie celkový tlak vzduchu) zodpovedá uvedenému tlaku pár. Po dosiahnutí tohto bodu môže voda z mikroskopického hľadiska pokračovať v odparovaní, ale rovnaké množstvo kondenzuje súčasne, takže obsah vodnej pary vo vzduchu sa už nemôže zvyšovať.
Vlhkosť je mierou obsahu vodných pár vo vzduchu, ktorá sa používa v dvoch variantoch. Absolútna vlhkosť vzduchu sa uvádza napríklad v g/m 3 (gramy na meter kubický), zatiaľ čo relatívna vlhkosť vzduchu ukazuje, aký podiel tlaku pary vo vode alebo aký podiel bol dosiahnutý maximálny obsah vodných pár vo vzduchu. Vlhkosť v budovách hrá dôležitú úlohu pre blahobyt človeka. Príliš vysoká vlhkosť môže viesť k množeniu plesní.
Často sa hovorí, že vzduch môže pri určitej teplote absorbovať iba určité množstvo vodnej pary. To je zavádzajúce v tom, že tento maximálny obsah neurčujú molekuly vzduchu (tj. Ich „tolerancia“ voči vode), ale skôr vlastnosť samotnej vody. Použitie iného plynu ako vzduchu (napríklad argónu s úplne inými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami ako vzduch) by neviedlo k žiadnemu inému maximálnemu obsahu vodných pár.
Vodná para ako skleníkový plyn
Vodná para absorbuje infračervené svetlo (tepelné žiarenie) v určitých spektrálnych rozsahoch, a preto pôsobí ako skleníkový plyn v atmosfére. Kvôli vysokému obsahu vodnej pary v atmosfére je tento efekt ešte oveľa silnejší ako účinok oxidu uhličitého (CO2). Z toho nevyplýva, že (ako tvrdia najmä mnohí „klimatickí skeptici“), že emisie CO2 sú v skutočnosti zanedbateľné. Faktom je, že medzitým výrazne zvýšený obsah CO2 v atmosfére v dôsledku zvýšenia teploty tiež spôsobuje zvýšený obsah vodných pár vo vzduchu, ktorý potom teplotu ešte zvyšuje. Tento efekt nevedie k neustálemu zvyšovaniu teploty ani bez ďalších emisií CO2, ale výrazne zvyšuje efektívny skleníkový efekt CO2 nad mieru, ktorú by samotný CO2 spôsoboval. Takže na jednej strane je pravda, že väčšina skleníkových efektov pochádza z vodných pár; na druhej strane je to však práve tento efekt, ktorý sa významne zvyšuje v dôsledku emisií CO2. Preto to skutočne závisí od emisií CO2.
Na druhej strane, emisie vodnej pary spôsobené ľuďmi - napríklad cez chladiace veže veľkých elektrární - prekvapivo nevedú k globálnemu znečisteniu podnebia, ale iba k miestnym účinkom prostredníctvom tvorby oblakov. Je to tak preto, lebo takéto emisie sú kompenzované zvýšenými zrážkami. Nakoniec je obsah vodnej pary v atmosfére obmedzený jej teplotou.
Vodná para, ktorá je emitovaná lietadlami vo vysokých nadmorských výškach a vytvára kondenzačné stopy, má ešte silnejší skleníkový efekt. Aj keď má tento efekt iba krátkodobý efekt, je pomerne silný, a preto je podstatnou súčasťou skleníkového efektu, ktorý v súčasnosti vytvára letecká doprava. Vážni poskytovatelia 2 emisií prostredníctvom iných opatrení "> kompenzácia CO2 to zohľadňujú kompenzáciou zodpovedajúco vyšších emisií CO2.".
Otázky a komentáre čitateľov
Tu môžete navrhnúť otázky a komentáre na zverejnenie a zodpovedanie. Autor knihy RP-Energie-Lexikon rozhodne o prijatí podľa určitých kritérií. V podstate ide o to, že záležitosť je predmetom širokého záujmu.
Ak tu získate pomoc, možno budete chcieť láskavosť vrátiť darom, ktorým podporíte ďalší rozvoj energetického slovníka.
Ochrana údajov: Nezadávajte sem žiadne osobné údaje. Aj tak by sme ich nezverejnili a čoskoro by sme ich vymazali. Prečítajte si tiež naše pravidlá ochrany osobných údajov.
Ak potrebujete osobnú spätnú väzbu alebo radu od autora, napíšte mu ho e-mailom.
Odoslaním vyjadrujete súhlas so zverejnením svojich záznamov tu v súlade s našimi pravidlami.
Ak sa vám tento web páči, dajte o tom vedieť svojim priateľom a kolegom - napr. B. prostredníctvom sociálnych médií kliknutím sem:
Tieto tlačidlá zdieľania sú nastavené spôsobom, ktorý je priateľský k ochrane údajov!
Kód odkazov na iné webové stránky
Ak chcete umiestniť odkaz na tento článok inde (napr. Na svoje webové stránky, sociálne médiá, diskusné fóra alebo Wikipedia), kód nájdete tu. Takéto odkazy môžu napr. B. byť veľmi užitočné pre slovné vysvetlenia.
Odkaz HTML na tento článok:
S obrázkom ukážky (pozri rámček priamo nad týmto):
Ak si myslíte, že je vhodné umiestniť na Wikipédiu odkaz, napr. B. v časti „== Webové odkazy ==“:
Posilnite svoj duševný imunitný systém!
V časoch falošných správ a propagandy ako hromadných javov má zásadný význam čo najspoľahlivejšie odhaliť manipuláciu a nevinné chyby v myslení.
Na tejto webovej stránke vám ponúkame komplexného a dôkladného sprievodcu:
Mimochodom, máme tiež stránky zaoberajúce sa objasňovaním chýb a propagandou v energetickom a environmentálnom sektore.