HƠI BÃO HOÀ VÀ HƠI QUÁ NHIỆT

Hơi bão hòa là gì?

Hơi bão hòa (Saturated Steam) hay hơi nước bão hòa là trạng thái cân bằng động giữa thể lỏng và thể khí của một chất lỏng dễ bay hơi. Khi nước lạnh được đun đến một nhiệt độ sôi nhất định và không còn tăng được nữa thì nước sẽ chuyển từ thể lỏng sang thể khí bằng hình thức bay hơi. Trong điều kiện bão hòa, nước bị bay hơi có tốc độ bằng với tốc độ ngưng tụ nước.

Biểu đồ sự phụ thuộc nhiệt độ và áp suất

Bảng tra nhiệt độ áp suất

Phân loại hơi nước bão hòa

Hơi bão hòa khô: có khả năng tiệt trùng hiệu quả cao, vô hình với mắt thường. Khi hơi nước bay ra khí quyển mà không được gia nhiệt. Nó sẽ bị giảm nhiệt độ và ngưng tụ thành giọt nước hoặc những đám mây. Lúc này hơi nước bão hòa ở dạng hơi nước ướt. Hơi nước bão hòa dạng khô có khả năng tiệt trùng hiệu quả cao. Được ứng dụng vào các thiết bị tiệt trùng như nồi hấp tiệt trùng trong y tế Nihophawa, xử lý rác thải nguy hại.

Hơi nước bão hòa ướt: Hay còn gọi là hơi nước không bão hòa là hỗn hợp của 2 pha hơi nước và chất lỏng, hơi nước chứa những giọt nước không thay đổi pha. Tồn tại ở nhiệt độ bão hòa có chứa 5% là nước. Hơi nước ướt được tạo ra bởi nước nóng, chuyển thành hơi nước ở giai đoạn đầu. 

Nếu gia nhiệt trong môi trường áp suất, nhiệt độ sẽ không đổi cho đến khi toàn bộ chất lỏng chuyển hóa thành hơi nước. Đến khi nhiệt độ ở trên mức bão hòa, hơi nước ướt được hình thành. Hơi nước bão hòa ướt thường sử dụng làm búa nước thủy lực.

Hơi quá nhiệt là gì?

Hơi Quá Nhiệt (Superheated Steam) = Hơi bảo hoà + Bộ gia nhiệt.

Hơi nước quá nhiệt 

Hơi quá nhiệt (Superheated Steam) hay còn gọi là hơi nước quá nhiệt được tạo ra bằng cách gia nhiệt cho hơi ướt hoặc hơi bão hòa để hơi này vượt ra khỏi điểm bão hòa. 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. Thường không sử dụng trong các ứng dụng truyền nhiệt.

Ứng dụng của hơi nước quá nhiệt trong truyền động tuabine

• Duy trì độ khô của hơi nước đôi với thiết bị. Nếu xuất hiện nước ngưng tụ, hiệu suất hoạt động sẽ giảm.
• Cải thiện hiệu suất nhiệt và khả năng làm việc. Để đạt được những thay đổi về khối lượng cụ thể từ trạng thái quá nhiệt đến áp suất thấp hơn hoặc thậm chí là chân không.
• Có lợi cho quá trình xả hơi. Vì trong trạng thái quá nhiệt sẽ không có nước ngưng tụ bên trong thiết bị chạy bằng hơi nước. Thiết bị sẽ hoạt động bình thường, giảm thiểu rủi ro do xói mòn hoặc ăn mòn axit carbonic.
• Tăng áp suất quá nhiệt ở đầu vào tuabine giúp tăng entanpy, từ đó tăng hiệu quả nhiệt.

Cách phân biệt hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt 

Thực tế, hơi bão hòa và hơi quá nhiệt có mối quan hệ mật thiết với nhau. Ví dụ như nước bị đun nóng đến nhiệt độ và áp suất nhất định sẽ tạo thành hơi bão hòa, hơi bão hòa được rút ra, tiếp tục gia nhiệt và làm khô tạo thành hơi quá nhiệt. Mối liên hệ giữa hơi bão hòa và hơi quá nhiệt được trình bày theo sơ đồ sau:

Sơ đồ mối liên hệ giữa hơi bão hòa và hơi quá nhiệt 

Ưu điểm của hơi bão hòa và hơi quá nhiệt:

+ Hơi bão hòa: 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. Hơi bảo hoà được sử dụng thông dụng nhất trong các nhà máy sản xuất bởi vì chi phí đầu tư hợp lý, giá rẻ.

+ Hơi quá nhiệt: đắt tiền 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. Vì trong tuabin hơi nóng phải hoàn toàn khô. Khi trao đổi nhiệt bên trong tuabin, ở tốc độ quay cao của các cánh trong tuabin, lực ly tâm được đổ vào một lượng nước nhỏ có thể làm mất cân bằng các cánh ly tâm và khiến chúng hư hỏng. Vì vậy trong hệ thống vận hành tubin thì người ta thường sử dụng hơi hoàn toàn khô. Đó là lý do tại sao trong tuabin lại cần sử dung hơi quá nhiệt.

Ứng dụng hơi bão hòa và hơi quá nhiệt trong công nghiệp sản xuất

• Ngành chế biến thực phẩm: Nhà máy sản xuất bánh kẹo; Nhà máy sản xuất thức ăn cho gia súc, thuỷ sản; Nhà máy sản xuất thịt, sữa, rượu bia… để chế biến, đóng gói sản phẩm.
  
• Ứng dụng để thanh trùng: Nhà máy nước mắm, nước tương; Nhà máy sản xuất dầu thực vật; Nhà máy sản xuất nước giải khát;…
  
• Giao thông vận tải: vận hành tàu thuỷ; tàu hỏa; …
  
• Trong các công ty may mặc: trong phân xưởng giặt ủi, hấp tẩy,…
  
• Y tế: Tẩy trùng thiết bị y tế, không gian phòng khám, bệnh viện,…
  
• Dịch vụ: Vệ sinh dân dụng, vệ sinh công nghiệp,…
  
• Ngoài ra, còn có các ngành: xử lý môi trường, nước thải, hoá chất; sản xuất cao su, giấy, gỗ; nhựa và một số chất dẻo…