Nhiệt độ ngưng tụ của nước – Khái niệm, vai trò và quá trình diễn ra trong công nghiệp.

Nhiệt độ ngưng tụ của nước là giá trị quan trọng trong công nghiệp và các quy trình liên quan. Đây là nhiệt độ mà hơi nước chuyển từ trạng thái hơi thành trạng thái lỏng khi áp suất không đổi. Với vai trò quan trọng, nhiệt độ ngưng tụ được sử dụng trong quá trình làm lạnh, đông lạnh và các quá trình tách hơi. Hiểu rõ ý nghĩa và ứng dụng của nhiệt độ ngưng tụ sẽ giúp tối ưu hóa các quy trình công nghiệp.

Nhiệt độ ngưng tụ của nước là gì?

Nhiệt độ ngưng tụ của nước là nhiệt độ ở đó mà nước chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng khi áp suất không đổi, quá trình chuyển hoá từ hơi sang trạng thái lỏng gọi là quá trình ngưng tụ của nước. Khi áp suất môi trường là 1atm thì nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước là 0°C hoặc 32°F.

Nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước là một giá trị cố định trong điều kiện áp suất chuẩn. Tuy nhiên, nếu áp suất môi trường thay đổi, ví dụ như ở độ cao khác nhau, nhiệt độ ngưng tụ cũng sẽ thay đổi. Ở độ cao cao hơn, áp suất môi trường giảm và nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước cũng giảm.

Nhiệt độ ngưng tụ của nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngưng tụ của nước

Áp suất môi trường đóng vai trò quan trọng trong quá trình xác định nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước. Áp suất môi trường càng cao, nhiệt độ ngưng tụ càng tăng, và áp suất môi trường càng thấp, nhiệt độ ngưng tụ càng giảm.

Yếu tố khí hậu và độ cao địa hình cũng có tác động đến nhiệt độ ngưng tụ của nước. Trong môi trường có khí hậu lạnh, nhiệt độ ngưng tụ thường thấp hơn so với môi trường có khí hậu nóng. Điều này có thể thấy rõ trong các vùng có khí hậu ôn đới so với các vùng có khí hậu nhiệt đới. Độ cao địa hình cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ ngưng tụ, với độ cao càng cao thì nhiệt độ ngưng tụ càng thấp.

Cách tính nhiệt độ ngưng tụ của nước

Cách tính nhiệt độ ngưng tụ của nước được xác định bằng sự tương tác giữa áp suất và nhiệt độ. Theo công thức Clausius-Clapeyron, quan hệ giữa nhiệt độ ngưng tụ, áp suất và hệ số sôi của nước được biểu diễn như sau:

ln(P1/P2) = ∆Hvap/R * (1/T2 - 1/T1)

Trong đó:

• P1 và P2 là áp suất ban đầu và áp suất kết thúc (đơn vị: Pa)
• ∆Hvap là entanpy bay hơi của nước (đơn vị: J/mol)
• R là hằng số khí lý tưởng (8.314 J/(mol·K))
• T1là nhiệt độ tại đó áp suất hơi đã biết (nhiệt độ ban đầu)
• T2 là nhiệt độ tại đó áp suất hơi phải tính (nhiệt độ kết thúc) (đơn vị: K)

Từ công thức trên, chúng ta có thể tính toán nhiệt độ ngưng tụ của nước dựa trên áp suất và nhiệt độ cụ thể.

Ngoài ra, để tính toán nhiệt độ ngưng tụ của nước, có thể sử dụng bảng giá trị chuẩn hoặc các công thức gần đúng dựa trên các tham số như áp suất, độ ẩm tương đối và thành phần khí trong không khí. Các công thức này thường được sử dụng trong các ứng dụng thực tế và công nghiệp để đưa ra ước lượng nhiệt độ ngưng tụ của nước.

Tuy nhiên, để đạt được kết quả chính xác, các yếu tố khác nhau như áp suất môi trường, thành phần khí, độ ẩm và điều kiện môi trường cụ thể cần được xem xét và tính toán kỹ lưỡng.

Đặc điểm của quá trình ngưng tụ hơi nước

Quá trình ngưng tụ của nước gắn liền với việc biến đổi pha:

Để quá trình ngưng tụ hơi nước diễn ra trên bề mặt vật rắn cần có 2 điều kiện là: Nhiệt độ bề mặt rắn phải nhỏ hơn nhiệt độ của hơi bão hoà tiếp xúc với bề mặt rắn và trên bề mặt rắn phải có các tâm ngưng tụ. Các tâm ngưng có thể là bọt khí,hạt bụi.

Tuỳ theo trạng thái bề mặt chất lỏng, quá trình ngưng tụ hơi nước trên bề mặt chất rắn gồm ngưng màng và ngưng giọt.

Ngưng màng là các giọt chất lỏng ngưng liên kết với nhau thành màng trên bề mặt vật rắn, ngưng màng xảy ra khi chất lỏng dính ướt hoàn toàn bề mặt vật rắn, góc dính ướt nhỏ hơn.

Ngưng giọt là khi các giọt chất lỏng ngưng tồn tại riêng rẽ trên bề mặt vật rắn. Xảy ra khi chất lỏng không dính ướt bề mặt vật rắn, bề mặt nhẵn bóng hoặc có lớp dầu mỡ dính trên bề mặt

Các phương pháp làm ngưng tụ hơi nước trong công nghiệp

Có nhiều phương pháp khác nhau để làm ngưng tụ hơi nước. Dưới đây là một số phương pháp phổ biến được sử dụng:

Ngưng tụ bằng phương pháp làm lạnh: Phương pháp này sử dụng quá trình làm lạnh để làm giảm nhiệt độ hơi nước đến mức ngưng tụ. Hơi nước được làm lạnh đến nhiệt độ ngưng tụ và chuyển đổi thành nước lỏng. Các thiết bị như máy nén lạnh và hệ thống làm lạnh được sử dụng để thực hiện quá trình này.

Ngưng tụ bằng chất hấp phụ: Phương pháp này sử dụng chất hấp phụ để hấp phụ hơi nước và chuyển đổi thành nước lỏng. Chất hấp phụ có khả năng hấp phụ hơi nước từ dòng khí hoặc hơi và sau đó được tái sinh để tách hơi nước và thu được nước lỏng. Các chất hấp phụ thông dụng bao gồm silica gel, zeolite, clorua canxi và các chất có tính hấp phụ cao khác.

Ngưng tụ bằng áp suất: Phương pháp này sử dụng quá trình điều chỉnh áp suất để làm giảm áp suất và làm tăng nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước. Áp suất được giảm, làm tăng nhiệt độ ngưng tụ và chuyển đổi hơi nước thành nước lỏng. Các thiết bị như các máy bơm chân không và cột ngưng tụ áp suất thấp được sử dụng trong quá trình này.

Ngưng tụ bằng màng: Phương pháp này sử dụng màng ngăn chặn để tách hơi nước từ dòng khí và chuyển đổi thành nước lỏng. Màng ngăn chặn có lỗ nhỏ chỉ cho phép hơi nước đi qua, trong khi ngăn các hạt nước và các chất khác đi qua. Các thiết bị như máy ngưng tụ màng và hệ thống màng tách được sử dụng để thực hiện quá trình này.

Thiết bị làm ngưng tụ hơi nước và vai trò của chúng

Trong công nghiệp, để quá trình ngưng tụ hơi nước diễn ra nhanh và đảm bảo cho quá trình sản xuất thì không thể thiếu thiết bị làm ngưng tụ hơi nước. Một ví dụ trong các hệ thống lò hơi luôn có một mạng lưới hồi nước – hơi nóng. Nguyên nhân là để tối ưu nguồn năng lượng nhưng ở đây cũng có biểu hiện của hiện tượng ngưng tụ hơi nước.

Thiết bị ngưng tụ hơi nước

Đa số thiết bị ngưng tụ hơi nước đều được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống lạnh, hệ thống điều hòa không khí hoặc các kho lưu trữ. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh. Với những đặc điểm nổi bật dưới đây:

• Dễ dàng lắp đặt, vận chuyển, bảo dưỡng, sửa chữa.
• Chất lượng cao, tuổi thọ bền bỉ, giá thành hợp lý.
• Công suất làm lạnh trong khoảng 10 – 2110 kW.
• Công suất ngưng tự từ 14 – 1230 kW.
• Nhiệt độ ngưng tụ 30^oC - 40^oC.

Qua bài viết trên, Lò hơi Bách Khoa hy vọng đã có thêm những kiến thức thú vị về Nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước. Nếu bạn còn thắc mắc hay đóng góp ý kiến, hãy liên hệ với chúng tôi qua hotline nhé.