بخار و کاربردهای آن

بخار (بخار اشباع) به حالتی از مواد گفته می شود که آب به صورت گازی تبدیل شود. حالت های مختلف ماده را می توان به جامد، مایع، گاز و در حالت بخصوص پلاسما می باشد. در این حالت آب در صورت افزایش دما یا کاهش فشار می تواند به حالت بخار تبدیل شود. در این حالت بسته به میزان دما یا فشار انواع بخار می تواند بوجد آبد. این انواع را در قسمت انواع بخار توضیح داده شده است. برای آشنایی بیشتر با این فرآیند ها ابتدا تعاریف اولیه پیرامون بخار می پردازیم و سپس کاربرد بخار را در صنعت بررسی می کنیم.

تعاریف مهم

تبخیر

حالتی فیزیکی است که در آن آب از حالت مایع به بخار تبدیل می شود.

میعان

حالتی فیزیکی است که در آن آب از حالت بخار به مایع تبدیل می شود.

رطوبت مطلق

مقدار بخار آب موجود در واحد حجم از هوا را رطوبت مطلق می‌گویند. واحد آن گرم بر متر مکعب یا میلی‌گرم در لیتر است. اگر فشار هوا p و فشار بخار آب e باشد، فشار هوای خشک (p – e) خواهد شد: (طبق قانون دالتون) برای اندازه‌گیری فشار بخار آب در ظرفی به حجم یک متر مکعب که هوای درون آن با محیط بیرون هیچگونه ارتباطی نداشته باشد، انتخاب می‌کنیم. هوای درون آن را با بارومتر اندازه می‌گیریم.

سپس مقداری اسید سولفوریک درون ظرف ریخته، دوباره فشار را اندازه می‌گیریم.

رطوبت اشباع

اگر مقدار حداکثر بخار آب در دمای ثابتی وارد هوا شود، گویند هوا در این درجه حرارت از بخار آب اشباع شده و دارای رطوبت اشباع می‌باشد: فشار یا کشش بخار آب را در این حالت فشار بخار اشباع شده در درجه حرارت مزبور می‌نامند.

رطوبت نسبی

بنا به تعریف، رطوبت بت نسبی، نسبت رطوبت مطلق در دمای t به رطوبت اشباع در همان دما می‌نامند. به عبارت دیگر نسبت بخار آب موجود در حجم معینی از هوا در دمای t به وزن بیشینه بخار آبی که می‌تواند در همین حجم در دمای t داشته باشد را رطوبت نسبی می‌گویند.

فشار بخار آب

جو مخلوطی است از گازهایی است که هر یک دارای فشار جزئی می‌باشند. فشار هوا در هر نقطه برابر مجموع فشارهای جزئی وارده از طرف هر گاز به انضمام بخار آب است. مقدار بخار آب موجود در هوا با مکان و زمان تغییر می‌کند. هرگاه فشار بالای سطح آب (یا زمین) در زمان معین و در دمای معین به صورت اشباع در آید، فشار جزئی بخار آب در آن زمان و دما را فشار اشباع گویند.

چنانچه هوا گرمتر شود موجب تبخیر مولکولهای بیشتری می‌شود تا آنکه فضای بالایی سطح آب (زمین) به حالت اشباع در می‌آید؛ بنابراین فشار بخار جزئی آب به دما بستگی دارد و با افزایش دما، فشار بخار اشباع نیز افزایش می‌یابد. هر چه دما کمتر باشد، مقدار بخار آب لازم برای رسیدن به مرحله اشباع کمتر است.

نقطه شبنم

اگر دمای هوا به درجه‌ای برسد که در آن هوای مفروض صد در صد از بخار آب اشباع گردد (فشار ثابت)، چنین درجه‌ای به نقطه شبنم موسوم است. برای اندازه‌گیری ابتدایی نقطه شبنم در یک ظرف که جداره خارجی آن کاملاً صیقلی باشد، اختیار کرده و مخلوط آب و یخ در آن قرار می‌دهیم. هرگاه روی جدار خارجی ظرف با هوای مورد نظر در تماس است. به تدریج ذرات بخار آب به صورت مایع (شبنم) پیدا شده، در دمای آب را بوسیله دماسنج تعیین می‌کنیم این دما درجه اشباع یا نقطه شبنم است.

کاربرد بخار

از بخار برای انجام این موارد می تواند استفاده نمود.

• گرمایش
• تامین آب
• کنترل فشار
• ایجاد نیروی محرکه
• تمیزکاری
• استرلیزه کردن
• پاستوریزه کردن

صنایع مرتبط با بخار

• نیروگاه های حرارتی (بخار فوق اشباع)
• صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
• صنایع شیمیایی
• صنایع غذایی
• صنایع داروسازی
• صنایع کاغذ سازی
• صنایع چرم سازی
• صنایع نساجی
• صنایع پلاستیک سازی
• صنایع لاستیک سازی
• صنایع قند و شکر
• صنایع الکترونیک
• سونای بخار
• سالن های رنگ
• عمل آوری سیمان و بتن
• دامداری و مرغداری ها
• بیمارستان ها
• خشک شویی ها
• سونای بخار
• تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش
• بیمارستان ها
• خشک شویی ها
• خشک کن ها
• استرلیزه کننده ها
•  آبکاری فلزات و فلزکاری

عمده ترین روش تولید بخار استفاده از دیگ بخار است.

اهمیت بخار در صنعت

• توانایی انتقال مقدار زیادی حرارت در وزن ثابت
• تغییر حجم بخار با تغییر دما و فشار
• ایجاد حجم زیاد بخار از مقدار کمی آب

فشار بخار اشباع

زمانی که سیال در یک محفظه سربسته قرار داده می‌شود، فشار نسبی اولیه بالای مایع (قسمت خالی محفظه) تقریباً برابر با صفر است. دلیل این موضوع این است که هنوز هیچ مولکول اضافی در فاز بخار مجود نیست. در این حالت، تعدای از مولکول‌ها در سطح این مایع حضور دارند که دارای انرژی جنبشی کافی برای فرار از سطح و تبدیل شدن به بخار هستند. بنابراین فشار نسبی قسمت خالی محفظه آرام آرام افزایش می‌یابد. تحت این شرایط و به محض اینکه بخار تشکیل شود، بخشی از مولکول‌هایی که در فاز بخار هستند، با سطح مایع برخورد می‌کنند و دوباره به فاز مایع باز می‌گردند. این فرایند تحت عنوان میعان یا چگالش شناخته می‌شود. به فشار قسمت خالی محفظه در این حالت، فشار بخار اشباع گفته می‌شود.

ویژگی فشار بخار اشباع

علاوه بر تغییر دما، با تغییر فشار هم می توان، فرآیند تغییر فاز را انجام داد. در دمای مشخص، فشاری که در آن فرآیند تغییر فاز رخ می‌دهد فشار اشباع نامیده می‌شود. به عنوان نمونه آب در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد، با فشار محیط ۳٫۱۷ کیلوپاسکال شروع به تغییر فاز می‌کند. همانند مواد دیگر، فشار بخار اشباع تابعی از دما است و می‌تواند با رابطه کلازیوس – کلاپیرون آن را اندازه گیری کرد. با افزایش فشار، حجم مخصوص مایع اشباع و بخار اشباع به هم نزدیک می‌شوند تا جایی که در فشار بحرانی، حجم مخصوص بخار اشباع و مایع اشباع با یکدیگر برابر خواهند شد. در فشارهای بیش از فشار بحرانی فرآیند تغییر فاز دیگر رخ نخواهد داد و در هر لحظه فقط یک فاز مشاهده خواهد شد: یا مایع متراکم یا بخار مافوق گرم.

گردآوری: پدیده نوین بخار