ไอน้ำคืออะไร?

คุณสมบัติของไอน้ำที่อธิบายที่นี่ รวมถึงความสามารถของไอน้ำภายใต้ความดันในการบรรจุ และจากนั้นปลดปล่อยพลังงานปริมาณมาก หัวข้อประกอบด้วยตารางไอน้ำอิ่มตัว ค่าความแห้ง และ flash steam

ความเข้าใจที่ดีกว่าเกี่ยวกับคุณสมบัติของไอน้ำอาจบรรลุได้โดยเข้าใจโครงสร้างโมเลกุลและอะตอมทั่วไปของสสาร และประยุกต์ความรู้นี้กับน้ำแข็ง น้ำ และไอน้ำ โมเลกุลคือปริมาณน้อยที่สุดของธาตุหรือสารประกอบใดๆ ที่ยังคงมีคุณสมบัติทางเคมีทั้งหมดของสารนั้นที่สามารถมีอยู่ได้ โมเลกุลเองประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าเรียกว่าอะตอม ซึ่งกำหนดธาตุพื้นฐานเช่นไฮโดรเจนและออกซิเจน การรวมกันเฉพาะของธาตุอะตอมเหล่านี้ให้สารประกอบ สารประกอบหนึ่งดังกล่าวแทนด้วยสูตรเคมี H2O ที่มีโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมและอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม เหตุผลที่น้ำมีมากมายบนโลกเพราะไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นธาตุที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาล คาร์บอนเป็นธาตุอีกชนิดที่มีความอุดมสมบูรณ์อย่างมีนัยสำคัญ และเป็นส่วนประกอบหลักในสสารอินทรีย์ทั้งหมด สารแร่ส่วนใหญ่สามารถอยู่ในสามสถานะทางกายภาพ (ของแข็ง ของเหลว และไอ) ที่เรียกว่าเฟส ในกรณีของ H2O คำว่าน้ำแข็ง น้ำ และไอน้ำใช้เพื่อแสดงสามเฟสตามลำดับ การจัดเรียงโมเลกุลของน้ำแข็ง น้ำ และไอน้ำยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่สะดวกที่จะพิจารณาโมเลกุลว่าถูกยึดด้วยประจุไฟฟ้า (เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน) ระดับการกระตุ้นของโมเลกุลกำหนดสถานะทางกายภาพ (หรือเฟส) ของสาร

จุดสามสถานะ

ทั้งสามเฟสของสารเฉพาะสามารถอยู่ร่วมกันในสมดุลได้ที่อุณหภูมิและความดันบางอย่างเท่านั้น และเรียกว่าจุดสามสถานะ

จุดสามสถานะของ H2O ที่สามเฟสของน้ำแข็ง น้ำ และไอน้ำอยู่ในสมดุล เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 273.16 K และความดันสัมบูรณ์ 0.006 112 bar ความดันนี้ใกล้สุญญากาศสมบูรณ์มาก หากความดันลดลงอีกที่อุณหภูมินี้ น้ำแข็งแทนที่จะละลาย จะระเหิดกลายเป็นไอน้ำโดยตรง

น้ำแข็ง

ในน้ำแข็ง โมเลกุลถูกล็อกเข้าด้วยกันในโครงสร้างแบบตารางเรียบร้อยและสามารถสั่นไหวเท่านั้น ในเฟสของแข็ง การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในตารางเป็นการสั่นรอบตำแหน่งที่ยึดเฉลี่ยที่โมเลกุลอยู่ห่างกันน้อยกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลหนึ่ง การเพิ่มความร้อนอย่างต่อเนื่องทำให้การสั่นเพิ่มขึ้นจนโมเลกุลบางตัวจะหลุดออกจากเพื่อนบ้านในที่สุด และของแข็งเริ่มละลายเป็นสถานะของเหลว ที่ความดันบรรยากาศ การละลายเกิดขึ้นที่ 0 °C การเปลี่ยนแปลงความดันมีผลน้อยมากต่ออุณหภูมิการละลาย และสำหรับวัตถุประสงค์เชิงปฏิบัติส่วนใหญ่ 0 °C อาจถือเป็นจุดละลาย อย่างไรก็ตาม ได้แสดงว่าจุดละลายของน้ำแข็งลดลง 0.0072 °C ต่อบรรยากาศเพิ่มเติมของความดัน ตัวอย่างเช่น ความดัน 13.9 bar g จะต้องใช้เพื่อลดอุณหภูมิการละลาย 0.1 °C ความร้อนที่ทำลายพันธะตารางเพื่อผลิตการเปลี่ยนเฟสโดยไม่เพิ่มอุณหภูมิของน้ำแข็ง เรียกว่าเอนทัลปีของการละลายหรือความร้อนแฝงของการหลอมเหลว ปรากฏการณ์การเปลี่ยนเฟสนี้สามารถย้อนกลับได้เมื่อเกิดการแข็งตัวโดยมีความร้อนปริมาณเดียวกันถูกปล่อยกลับสู่สิ่งแวดล้อม สำหรับสารส่วนใหญ่ ความหนาแน่นลดลงเมื่อเปลี่ยนจากเฟสของแข็งเป็นเฟสของเหลว อย่างไรก็ตาม H2O เป็นข้อยกเว้นของกฎนี้ เนื่องจากความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเมื่อละลาย ซึ่งเป็นเหตุผลที่น้ำแข็งลอยบนน้ำ

น้ำ

ในเฟสของเหลว โมเลกุลเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แต่ยังอยู่ห่างกันน้อยกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลหนึ่งเนื่องจากแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน และการชนกันเกิดขึ้นบ่อยครั้ง ความร้อนเพิ่มเติมเพิ่มการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและการชนกัน ยกระดับอุณหภูมิของของเหลวจนถึงอุณหภูมิเดือด เอนทัลปีของน้ำ เอนทัลปีของเหลว หรือความร้อนแฝง (hf) ของน้ำ นี่คือพลังงานความร้อนที่ต้องการเพื่อยกระดับอุณหภูมิน้ำจากจุดอ้างอิง 0 °C เป็นอุณหภูมิปัจจุบัน ที่สถานะอ้างอิง 0 °C เอนทัลปีของน้ำถูกกำหนดโดยพลการเป็นศูนย์ เอนทัลปีของสถานะอื่นทั้งหมดสามารถระบุได้ตามสัมพันธ์กับสถานะอ้างอิงที่เข้าถึงง่ายนี้ ความร้อนแฝงเป็นคำที่เคยใช้ เนื่องจากความร้อนที่เติมในน้ำทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม คำที่ยอมรับในปัจจุบันคือเอนทัลปีของเหลวหรือเอนทัลปีของน้ำ ที่ความดันบรรยากาศ (0 bar g) น้ำเดือดที่ 100 °C และต้องการพลังงาน 419 kJ เพื่อให้ความร้อนน้ำ 1 kg จาก 0 °C เป็นอุณหภูมิเดือด 100 °C จากตัวเลขเหล่านี้ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำ (Cp) 4.19 kJ/kg °C ถูกคำนวณสำหรับการคำนวณส่วนใหญ่ระหว่าง 0 °C และ 100 °C

ไอน้ำ

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและน้ำเข้าใกล้สภาพเดือด โมเลกุลบางตัวได้รับพลังงานจลน์เพียงพอที่จะถึงความเร็วที่อนุญาตให้หลบหนีจากของเหลวไปยังพื้นที่เหนือผิวชั่วขณะ ก่อนกลับลงสู่ของเหลว การให้ความร้อนเพิ่มเติมทำให้เกิดการกระตุ้นมากขึ้นและจำนวนโมเลกุลที่มีพลังงานเพียงพอที่จะออกจากของเหลวเพิ่มขึ้น เมื่อน้ำถูกให้ความร้อนถึงจุดเดือด ฟองไอน้ำก่อตัวภายในและลอยขึ้นแตกผ่านผิว เมื่อพิจารณาการจัดเรียงโมเลกุลของของเหลวและไอ เป็นเหตุผลที่ความหนาแน่นของไอน้ำน้อยกว่าน้ำมาก เพราะโมเลกุลไอน้ำอยู่ห่างกันมากกว่า พื้นที่เหนือผิวน้ำจึงเต็มไปด้วยโมเลกุลไอน้ำที่หนาแน่นน้อยกว่า เมื่อจำนวนโมเลกุลที่ออกจากผิวน้ำมากกว่าที่กลับเข้า น้ำจะระเหยอย่างอิสระ ที่จุดนี้ถึงจุดเดือดหรืออุณหภูมิอิ่มตัว เนื่องจากอิ่มตัวด้วยพลังงานความร้อน หากความดันคงที่ การเพิ่มความร้อนเพิ่มเติมไม่ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก แต่ทำให้น้ำก่อตัวเป็นไอน้ำอิ่มตัว อุณหภูมิของน้ำเดือดและไอน้ำอิ่มตัวภายในระบบเดียวกันเหมือนกัน แต่พลังงานความร้อนต่อมวลในไอน้ำมากกว่ามาก ที่ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิอิ่มตัวคือ 100 °C อย่างไรก็ตาม หากความดันเพิ่มขึ้น จะอนุญาตให้เพิ่มความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิโดยไม่เปลี่ยนเฟสดังนั้น การเพิ่มความดันเพิ่มทั้งเอนทัลปีของน้ำและอุณหภูมิอิ่มตัว ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิอิ่มตัวและความดันเรียกว่าเส้นโค้งอิ่มตัวของไอน้ำ (ดูรูป 2.2.1)

น้ำและไอน้ำสามารถอยู่ร่วมกันได้ที่ความดันใดๆ บนเส้นโค้งนี้ ทั้งสองอยู่ที่อุณหภูมิอิ่มตัว ไอน้ำในสภาพเหนือเส้นโค้งอิ่มตัวเรียกว่าไอน้ำยิ่งยวด:

• อุณหภูมิเหนืออุณหภูมิอิ่มตัวเรียกว่าระดับความยิ่งยวดของไอน้ำ
• น้ำในสภาพใต้เส้นโค้งเรียกว่าน้ำต่ำกว่าอิ่มตัว หากไอน้ำสามารถไหลจากหม้อไอน้ำในอัตราเดียวกับที่ผลิต การเพิ่มความร้อนเพิ่มเติมเพียงเพิ่มอัตราการผลิต หากไอน้ำถูกยับยั้งไม่ให้ออกจากหม้อไอน้ำ และอัตราการป้อนความร้อนคงที่ พลังงานที่ไหลเข้าหม้อไอน้ำจะมากกว่าที่ไหลออก พลังงานส่วนเกินนี้เพิ่มความดัน ซึ่งอนุญาตให้อุณหภูมิอิ่มตัวเพิ่มขึ้น เนื่องจากอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวสัมพันธ์กับความดัน เอนทัลปีของการระเหยหรือความร้อนแฝง (hfg) นี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อเปลี่ยนสถานะของน้ำที่อุณหภูมิเดือดเป็นไอน้ำ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของส่วนผสมไอน้ำ/น้ำ และพลังงานทั้งหมดใช้เพื่อเปลี่ยนสถานะจากของเหลว (น้ำ) เป็นไอ (ไอน้ำอิ่มตัว) คำเก่าความร้อนแฝงอิงจากความจริงที่ว่าแม้จะเพิ่มความร้อน ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม คำที่ยอมรับปัจจุบันคือเอนทัลปีของการระเหย เช่นเดียวกับการเปลี่ยนเฟสจากน้ำแข็งเป็นน้ำ กระบวนการระเหยยังสามารถย้อนกลับได้ ความร้อนปริมาณเดียวกันที่ผลิตไอน้ำถูกปล่อยกลับสู่สิ่งแวดล้อมระหว่างการควบแน่น เมื่อไอน้ำสัมผัสพื้นผิวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า สิ่งนี้อาจถือเป็นส่วนที่มีประโยชน์ของความร้อนในไอน้ำเพื่อให้ความร้อน เนื่องจากเป็นส่วนของความร้อนทั้งหมดในไอน้ำที่ถูกดึงออกเมื่อไอน้ำควบแน่นกลับเป็นน้ำ เอนทัลปีของไอน้ำอิ่มตัว หรือความร้อนทั้งหมดของไอน้ำอิ่มตัว นี่คือพลังงานทั้งหมดในไอน้ำอิ่มตัว และเป็นเพียงผลรวมของเอนทัลปีของน้ำและเอนทัลปีของการระเหย

เอนทัลปี (และคุณสมบัติอื่นๆ) ของไอน้ำอิ่มตัวสามารถอ้างอิงได้ง่ายโดยใช้ผลลัพธ์ในตารางจากการทดลองก่อนหน้า ที่เรียกว่าตารางไอน้ำ

ตารางไอน้ำแสดงคุณสมบัติของไอน้ำที่ความดันต่างๆ เป็นผลลัพธ์จากการทดสอบจริงที่ทำกับไอน้ำ ตาราง 2.2.1 แสดงคุณสมบัติของไอน้ำอิ่มตัวแห้งที่ความดันบรรยากาศ - 0 bar g

ตาราง 2.2.1 คุณสมบัติของไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันบรรยากาศ

ตัวอย่าง 2.2.1

ที่ความดันบรรยากาศ (0 bar g) น้ำเดือดที่ 100 °C และต้องการพลังงาน 419 kJ เพื่อให้ความร้อนน้ำ 1 kg จาก 0 °C เป็นอุณหภูมิอิ่มตัว 100 °C ดังนั้นเอนทัลปีจำเพาะของน้ำที่ 0 bar g และ 100 °C คือ 419 kJ/kg ตามที่แสดงในตารางไอน้ำ (ดูตาราง 2.2.2)

อย่างไรก็ตาม ไอน้ำที่ความดันบรรยากาศมีประโยชน์เชิงปฏิบัติจำกัด เพราะไม่สามารถขนส่งภายใต้ความดันของมันเองไปยังจุดใช้งานผ่านท่อจ่ายไอน้ำ

หมายเหตุ: เนื่องจากความสัมพันธ์ความดัน/ปริมาตรของไอน้ำ (ปริมาตรลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น) โดยทั่วไปผลิตในหม้อไอน้ำที่ความดันอย่างน้อย 7 bar g การผลิตไอน้ำที่ความดันสูงกว่าอนุญาตให้ท่อจ่ายไอน้ำรักษาขนาดที่สมเหตุสมผล เมื่อความดันไอน้ำเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของไอน้ำจะเพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากปริมาตรจำเพาะเป็นสัดส่วนกลับกับความหนาแน่น ปริมาตรจำเพาะจะลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น รูป 2.2.2 แสดงความสัมพันธ์ของปริมาตรจำเพาะกับความดัน สิ่งนี้เน้นว่าการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ที่สุดในปริมาตรจำเพาะเกิดขึ้นที่ความดันต่ำ ในขณะที่ที่ด้านสูงของมาตราส่วนความดันมีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า

췌กจากตารางไอน้ำที่แสดงในตาราง 2.2.2 แสดงปริมาตรจำเพาะและข้อมูลอื่นที่เกี่ยวข้องกับไอน้ำอิ่มตัว

ที่ 7 bar g อุณหภูมิอิ่มตัวของน้ำคือ 170 °C ต้องการพลังงานความร้อนมากขึ้นเพื่อยกระดับอุณหภูมิสู่จุดอิ่มตัวที่ 7 bar g มากกว่าที่ต้องการหากน้ำอยู่ที่ความดันบรรยากาศ ตารางให้ค่า 721 kJ เพื่อยกระดับน้ำ 1 kg จาก 0 °C เป็นอุณหภูมิอิ่มตัว 170 °C พลังงานความร้อน (เอนทัลปีของการระเหย) ที่ต้องการโดยน้ำที่ 7 bar g เพื่อเปลี่ยนเป็นไอน้ำจริงๆ น้อยกว่าที่ต้องการที่ความดันบรรยากาศ นี่เป็นเพราะเอนทัลปีของการระเหยจำเพาะลดลงเมื่อความดันไอน้ำเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาตรจำเพาะลดลงตามความดันที่เพิ่มขึ้นด้วย ปริมาณพลังงานความร้อนที่ถ่ายเทในปริมาตรเดียวกันจริงๆ เพิ่มขึ้นตามความดันไอน้ำ

ตาราง 2.2.2췌กจากตารางไอน้ำอิ่มตัว

ค่าความแห้ง

ไอน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากับจุดเดือดที่ความดันนั้นเรียกว่าไอน้ำอิ่มตัวแห้ง อย่างไรก็ตาม การผลิตไอน้ำแห้ง 100% ในหม้อไอน้ำอุตสาหกรรมที่ออกแบบเพื่อผลิตไอน้ำอิ่มตัวเป็นเรื่องยาก และไอน้ำจะมักมีหยดน้ำ

ในทางปฏิบัติ เนื่องจากการปั่นป่วนและการกระเซ็น เมื่อฟองไอน้ำแตกผ่านผิวน้ำ ช่องไอน้ำจะมีส่วนผสมของหยดน้ำและไอน้ำ ไอน้ำที่ผลิตในหม้อไอน้ำแบบเปลือกใดๆ (ดูบล็อก 3) ที่ความร้อนจ่ายให้เฉพาะน้ำและไอน้ำยังคงสัมผัสผิวน้ำ โดยทั่วไปอาจมีน้ำประมาณ 5% ตามมวล หากเนื้อหาน้ำในไอน้ำคือ 5% ตามมวล ไอน้ำเรียกว่าแห้ง 95% และมีค่าความแห้ง 0.95 เอนทัลปีของการระเหยจริงของไอน้ำเปียกเป็นผลคูณของค่าความแห้ง (c) และเอนทัลปีจำเพาะ (hfg) จากตารางไอน้ำ ไอน้ำเปียกจะมีพลังงานความร้อนที่ใช้ได้น้อยกว่าไอน้ำอิ่มตัวแห้ง ดังนั้น: เนื่องจากปริมาตรจำเพาะของน้ำน้อยกว่าไอน้ำหลายลำดับขนาด หยดน้ำในไอน้ำเปียกจะครอบครองพื้นที่ที่ไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นปริมาตรจำเพาะของไอน้ำเปียกจะน้อยกว่าไอน้ำแห้ง: ที่ vg เป็นปริมาตรจำเพาะของไอน้ำอิ่มตัวแห้ง

ตัวอย่าง 2.2.2

ไอน้ำที่ความดัน 6 bar g ที่มีค่าความแห้ง 0.94 จะมีเพียง 94% ของเอนทัลปีของการระเหยของไอน้ำอิ่มตัวแห้งที่ 6 bar g การคำนวณต่อไปนี้ใช้ตัวเลขจากตารางไอน้ำ:

แผนภูมิสถานะไอน้ำ ข้อมูลที่ให้ในตารางไอน้ำสามารถแสดงในรูปแบบกราฟิกได้ รูป 2.2.3 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างเอนทัลปีและอุณหภูมิของสถานะต่างๆ ของน้ำและไอน้ำ; สิ่งนี้เรียกว่าแผนภูมิสถานะ

เมื่อน้ำถูกให้ความร้อนจาก 0 °C สู่อุณหภูมิอิ่มตัว สภาพจะตามเส้นน้ำอิ่มตัวจนกระทั่งได้รับเอนทัลปีของเหลวทั้งหมด hf (A - B)

หากความร้อนเพิ่มเติมยังคงถูกเพิ่ม น้ำจะเปลี่ยนเฟสเป็นส่วนผสมน้ำ/ไอและเพิ่มเอนทัลปีต่อในขณะที่ยังคงอยู่ที่อุณหภูมิอิ่มตัว hfg (B - C) เมื่อส่วนผสมน้ำ/ไอเพิ่มความแห้ง สภาพจะเคลื่อนที่จากเส้นของเหลวอิ่มตัวไปยังเส้นไออิ่มตัว ดังนั้นที่จุดกึ่งกลางระหว่างสองสถานะ ค่าความแห้ง (c) คือ 0.5 เช่นเดียวกัน บนเส้นไอน้ำอิ่มตัว ไอน้ำแห้ง 100% เมื่อได้รับเอนทัลปีของการระเหยทั้งหมด ถึงเส้นไอน้ำอิ่มตัว หากยังคงให้ความร้อนหลังจุดนี้ ความดันคงที่แต่อุณหภูมิของไอน้ำจะเริ่มเพิ่มขึ้นเนื่องจากความยิ่งยวด (C - D) เส้นน้ำอิ่มตัวและไอน้ำอิ่มตัวล้อมรอบภูมิภาคที่มีส่วนผสมน้ำ/ไอ - ไอน้ำเปียก ในภูมิภาคซ้ายของเส้นน้ำอิ่มตัวมีเพียงน้ำ และในภูมิภาคขวาของเส้นไอน้ำอิ่มตัวมีเพียงไอน้ำยิ่งยวด จุดที่เส้นน้ำอิ่มตัวและไอน้ำอิ่มตัวพบกันเรียกว่าวิกฤต เมื่อความดันเพิ่มขึ้นสู่วิกฤต เอนทัลปีของการระเหยลดลง จนเหลือศูนย์ที่วิกฤต ซึ่งบ่งชี้ว่าน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำอิ่มตัวโดยตรงที่วิกฤต เหนือวิกฤต ไอน้ำอาจถือเป็นก๊าซ สถานะก๊าซเป็นสถานะที่แพร่กระจายมากที่สุดที่โมเลกุลเคลื่อนที่เกือบไม่จำกัด และปริมาตรเพิ่มขึ้นไม่จำกัดเมื่อความดันลดลง วิกฤตคืออุณหภูมิสูงสุดที่น้ำสามารถมีอยู่ การบีบอัดใดๆ ที่อุณหภูมิคงที่เหนือวิกฤตจะไม่ผลิตการเปลี่ยนเฟส การบีบอัดที่อุณหภูมิคงที่ใต้วิกฤตจะส่งผลให้ไอเหลวเมื่อผ่านจากภูมิภาคความยิ่งยวดไปยังภูมิภาคไอน้ำเปียก วิกฤตเกิดขึ้นที่ 374.15 °C และ 221.2 bar a สำหรับไอน้ำ เหนือความดันนี้ ไอน้ำเรียกว่า supercritical และไม่มีจุดเดือดที่กำหนดชัดเจน

Flash Steam

คำว่า ‘flash steam’ ตามธรรมเนียมใช้เพื่ออธิบายไอน้ำที่ออกมาจากช่องระบายถังรับ kondensate และท่อปล่อย kondensate ปลายเปิดจาก steam trap ไอน้ำสามารถก่อตัวจากน้ำโดยไม่เพิ่มความร้อนได้อย่างไร?

Flash steam เกิดขึ้นเมื่อน้ำที่ความดันสูง (และอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวของของเหลวความดันต่ำ) ถูกอนุญาตให้ลดลงสู่ความดันต่ำกว่า ในทางตรงกันข้าม หากอุณหภูมิของน้ำความดันสูงต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันต่ำกว่า flash steam ไม่สามารถก่อตัวได้ ในกรณีของ kondensate ที่ผ่าน steam trap มักเป็นกรณีที่อุณหภูมิต้นน้ำสูงพอที่จะก่อตัว flash steam ดูรูป 2.2.4

พิจารณา kondensate หนึ่งกิโลกรัมที่ 5 bar g และอุณหภูมิอิ่มตัว 159 °C ที่ผ่าน steam trap ไปยังความดันต่ำกว่า 0 bar g ปริมาณพลังงานใน kondensate หนึ่งกิโลกรัมที่อุณหภูมิอิ่มตัวที่ 5 bar g คือ 671 kJ ตามกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ ปริมาณพลังงานที่มีในของเหลวด้านความดันต่ำของ steam trap ต้องเท่ากับด้านความดันสูง และเป็นหลักการอนุรักษ์พลังงาน

ดังนั้น ความร้อนที่มีในของเหลวความดันต่ำหนึ่งกิโลกรัมจึงเป็น 671 kJ อย่างไรก็ตาม น้ำที่ 0 bar g สามารถมีเพียง 419 kJ ของความร้อน ดังนั้นจึงมีความไม่สมดุลของความร้อนด้านความดันต่ำ 671 - 419 = 252 kJ ซึ่งในแง่ของน้ำ อาจถือเป็นความร้อนส่วนเกิน ความร้อนส่วนเกินนี้ต้ม kondensate บางส่วนเป็น flash steam และกระบวนการต้มเรียกว่า flashing ดังนั้น kondensate หนึ่งกิโลกรัมที่เป็นน้ำเหลวหนึ่งกิโลกรัมด้านความดันสูงของ steam trap ตอนนี้บางส่วนเป็นทั้งน้ำและไอน้ำด้านความดันต่ำ ปริมาณ flash steam ที่ผลิตที่ความดันสุดท้าย (P2) สามารถกำหนดได้โดยใช้สมการ 2.2.5:

ตัวอย่าง 2.2.3

กรณีที่อุณหภูมิ kondensate ความดันสูงสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวความดันต่ำ พิจารณาปริมาณน้ำที่ความดัน 5 bar g ที่มี 671 kJ/kg ของพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิอิ่มตัว 159 °C หากความดันถูกลดลงสู่ความดันบรรยากาศ (0 bar g) น้ำจะสามารถมีอยู่ได้ที่ 100 °C เท่านั้นและมี 419 kJ/kg ของพลังงานความร้อน ผลต่างนี้ 671 - 419 = 252 kJ/kg ของพลังงานความร้อน จะผลิต flash steam ที่ความดันบรรยากาศ

สัดส่วนของ flash steam ที่ผลิตอาจคิดเป็นอัตราส่วนของพลังงานส่วนเกินต่อเอนทัลปีของการระเหยที่ความดันสุดท้าย

ตัวอย่าง 2.2.4

กรณีที่อุณหภูมิ kondensate ความดันสูงต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวความดันต่ำ ****พิจารณาสภาพเดียวกับในตัวอย่าง 2.2.3 ยกเว้นว่าอุณหภูมิ kondensate ความดันสูงอยู่ที่ 90 °C นั่นคือต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวบรรยากาศ 100 °C หมายเหตุ: โดยทั่วไปไม่ใช่เรื่องปฏิบัติจริงสำหรับการลดอุณหภูมิ kondensate ขนาดใหญ่จากอุณหภูมิอิ่มตัว (ในกรณีนี้ 159 °C เป็น 90 °C); เพียงใช้เพื่อแสดงประเด็นว่า flash steam ไม่ผลิตภายใต้สถานการณ์ดังกล่าว ในกรณีนี้ ตารางน้ำต่ำกว่าอิ่มตัวจะแสดงว่าเอนทัลปีของเหลวของ kondensate หนึ่งกิโลกรัมที่ 5 bar g และ 90 °C คือ 377 kJ เนื่องจากเอนทัลปีนี้น้อยกว่าเอนทัลปีของน้ำอิ่มตัวหนึ่งกิโลกรัมที่ความดันบรรยากาศ (419 kJ) จึงไม่มีความร้อนส่วนเกินที่จะผลิต flash steam kondensate เพียงผ่าน trap และยังคงเป็นสถานะเหลวที่อุณหภูมิเดียวกันแต่ความดันต่ำกว่า ความดันบรรยากาศในกรณีนี้ ดูรูป 2.2.5

ความดันไอของน้ำที่ 90 °C คือ 0.7 bar สัมบูรณ์ หากความดัน kondensate ที่ต่ำกว่านี้น้อยกว่า flash steam จะถูกผลิต

หลักการอนุรักษ์พลังงานและมวลระหว่างสองสถานะกระบวนการ

หลักการอนุรักษ์พลังงานและมวลอนุญาตให้ปรากฏการณ์ flash steam ถูกพิจารณาจากทิศทางอื่น

พิจารณาสภาพในตัวอย่าง 2.2.3 kondensate 1 kg ที่ 5 bar g และ 159 °C ผลิต flash steam 0.112 kg ที่ความดันบรรยากาศ สามารถแสดงเป็นแผนผังในรูป 2.2.6 มวลรวมของ flash และ kondensate ยังคงที่ 1 kg

หลักการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานทั้งหมดในสถานะความดันต่ำกว่าต้องเท่ากับพลังงานทั้งหมดในสถานะความดันสูงกว่า ดังนั้น ปริมาณความร้อนใน flash steam และ kondensate ต้องเท่ากับใน kondensate เริ่มต้น 671 kJ

ตารางไอน้ำให้ข้อมูลต่อไปนี้:

ดังนั้น ตามตารางไอน้ำ เอนทัลปีที่คาดในสถานะความดันต่ำกว่าเท่ากับในสถานะความดันสูงกว่า ซึ่งพิสูจน์หลักการอนุรักษ์พลังงาน