अतितापित भाप

अतितापित भाप, तापमान मापने के पूर्ण दबाव के स्थान पर, इसके वाष्पन बिंदु से अधिक तापमान पर वाष्प होती है।

अतितापित भाप कुछ मात्रा के द्वारा (आंतरिक ऊर्जा खो सकती है) ठंडा कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप गैस की चरण संक्रमण (अर्थात, संघनित) को बदलकर संतृप्त द्रव वाष्प और तरल के मिश्रण के बिना इसके तापमान को कम किया जाता है। यदि असंतृप्त भाप ( मिश्रण जिसमें जल वाष्प और तरल जल की बूंदें दोनों होती हैं) को निरंतर दबाव पर गर्म किया जाता है, तो इसका तापमान भी स्थिर रहेगा क्योंकि वाष्प की गुणवत्ता (सूखापन, या प्रतिशत संतृप्त वाष्प) 100% की ओर बढ़ जाती है, और (अर्थात, कोई संतृप्त तरल नहीं होता है) संतृप्त भाप शुष्क हो जाती है। निरंतर गर्मी इनपुट तब सूखे संतृप्त भाप को "सुपर" गर्म करता है। यह तब होता है जब संतृप्त भाप उच्च तापमान वाली सतह से संपर्क करती है।

उच्चतापित भाप और द्रवित जल ऊष्मप्रवैगिकी संतुलन के अंतर्गत एक साथ नहीं रह सकते है, क्योंकि कोई भी अतिरिक्त गर्मी अधिक जल को वाष्पीकृत करती है और भाप संतृप्त भाप बन जाती है। चूंकि, इस प्रतिबंध का अस्थायी रूप से गतिशील (गैर-संतुलन) स्थितियों में उल्लंघन किया जा सकता है। भाप बिजली संयंत्र में या प्रक्रियाओं के लिए अतितापित भाप का उत्पादन करने के लिए (जैसे कागज सुखाने के लिए) एक बायलर से खींची गई संतृप्त भाप को भिन्न हीटिंग उपकरण (अतिगर्म) के माध्यम से पारित किया जाता है जो संपर्क या विकिरण द्वारा अतिरिक्त गर्मी को भाप में स्थानांतरित करता है।

अतितापित भाप नसबंदी (माइक्रोबायोलॉजी) के लिए उपयुक्त नहीं है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अतिगर्म भाप शुष्क होती है। शुष्क भाप बहुत अधिक तापमान पर पहुंचनी चाहिए और लंबे समय तक उसके संपर्क में आने वाली सामग्री का प्रभाव होता है या तो F0 मार मूल्य के बराबर रहता है। अतितापित भाप भी हीटिंग के लिए उपयोगी नहीं है, लेकिन इसमें अधिक ऊर्जा होती है और यह संतृप्त भाप की तुलना में अधिक कार्य (थर्मोडायनामिक्स) कर सकती है, लेकिन गर्मी की मात्रा बहुत कम उपयोगी होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अतितापित भाप में हवा का समान हीट ट्रांसफर गुणांक होता है, जो इसे थर्मल इन्सुलेशन बनाता है - जिसमे गर्मी का एक खराब संवाहक होता है। संतृप्त भाप में काफी उच्च भित्ति ताप अंतरण गुणांक होता है।

सख्त सतहों पर बायोफिल्म की रोगाणुरोधी कीटाणुशोधन के लिए थोड़े से अतिगर्म भाप का उपयोग किया जा सकता है।

अतितापित भाप का सबसे बड़ा मूल्य इसकी अत्यधिक आंतरिक ऊर्जा में निहित है जिसे वाष्प टरबाइन ब्लेड के विरूद्ध यांत्रिक विस्तार तथा पुनर्परिवर्तित पिस्टन के माध्यम से गतिज प्रतिक्रिया के लिए प्रयोग किया जा सकता है, जिससे शाफ्ट के रोटरी मोशन का उत्पादन होता है। इन अनुप्रयोगों में अतिगर्म भाप का महत्व यह है कि आंतरिक ऊर्जा की अधिक मात्रा जारी करने की उसकी क्षमता जल वाष्प के संघनन तापमान से ऊपर रहती है। उस दबाव पर जिस पर प्रतिक्रिया टर्बाइन और पारस्परिक पिस्टन इंजन संचालित होते हैं।

इन अनुप्रयोगों में सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि एनप्रशिक्षित तरल बिंदुकों से युक्त जल वाष्प उन दबावों के बिना प्रायः असंपीनीय है। प्रत्यागामी इंजन या टर्बाइन में, यदि भाप का काम उस तापमान तक ठंडा हो जाता है जिस पर तरल बूंदों का निर्माण होता है, तो द्रव प्रवाह में प्रवेश करने वाली जल की बूंदें यांत्रिक भागों को मोड़ने, दरार करने या फ्रैक्चर करने के लिए पर्याप्त बल से टकराती है। विस्तार के माध्यम से अतितापन और दबाव में कमी यह सुनिश्चित करती है कि टरबाइन या इंजन से गुजरने के समय भाप का प्रवाह संचित गैस के रूप में रहता है जिससे की आंतरिक गतिमान भागों की क्षति को रोका जा सकता है।

संतृप्त भाप
संतृप्त भाप एक ही दबाव में गर्म जल के साथ संतुलन में है अर्थात दबाव के कारण उसे उबलते हुए तापमान से अधिक गर्म नहीं किया गया है। यह अतितापित भाप के विपरीत है, जिसमें भाप (वाष्प) को जल की बूंदों से भिन्न किया गया है और फिर अतिरिक्त गर्मी जोड़ी गई है।

संघनन की ये बूंदें भाप टरबाइन ब्लेड को नुकसान पहुंचाती हैं, यही कारण है कि ऐसी टर्बाइन शुष्क, अतितापित भाप की आपूर्ति पर निर्भर करती हैं।

इसके विपरीत, जल वाष्प जिसमें जल की बूंदों को सम्मलित किया गया है उसे गीली भाप कहा जाता है। यदि गीली भाप को और गर्म किया जाता है, बूंदे भाप बन जाती हैं और काफी अधिक तापमान (जो जल वाष्पित होने पर निर्भर करता है) पर सभी जल वाष्पित हो जाता है, प्रणाली वाष्प-तरल संतुलन में है, और यह संतृप्त भाप बन जाती है।

सूखी भाप संतृप्त भाप होती है जिसे बहुत ही कम गर्म किया जाता है। वाष्प आपूर्ति परिपथ के पार तापमान में औसत हानि होने के कारण यह सराहनीय रूप से अपनी ऊर्जा बदलने के लिए पर्याप्त नहीं है, अपितु तापमान में संघनन समस्याओं से बचने के लिए पर्याप्त वृद्धि है। 19वीं शताब्दी के अंत में, जब अतितापित अभी भी निश्चित तकनीक से कम थी, तो इस प्रकार के भाप-सुखाने में पूर्ण अतितापित के परिष्कृत बॉयलर या स्नेहन तकनीकों की आवश्यकता के बिना अतितापित के संक्षेपण-से बचने वाले लाभ दिएजाते है।

वाष्प के उच्च अव्यक्त ऊष्मा के कारण संतृप्त वाष्प ऊष्मा अंतरण में लाभप्रद होता है। यह गर्मी हस्तांतरण का बहुत ही प्रभावी तरीका है। आम आदमी के शब्दों में संतृप्त भाप उसके ओस बिंदु पर इसी तापमान और दबाव पर है। वायुमंडलीय दबाव पर संतृप्त भाप के लिए वाष्पीकरण (या संक्षेपण) की विशिष्ट गुप्त गर्मी 970 बीटीयू/एलबी (2256.5 केजे/किग्रा) है।

भाप इंजन
मुख्य लाइन भाप इंजनों में अतितापित भाप का व्यापक उपयोग किया जाता था। रूपसंतृप्त भाप के भाप इंजन में तीन मुख्य नुकसान हैं: इसमें जल की छोटी-छोटी बूंदें होती हैं जिन्हें समय-समय पर सिलेंडरों से निकालना पड़ता है; उपयोग में बॉयलर के दबाव के लिए जल के क्वथनांक पर ठीक होना, यह अनिवार्य रूप से बॉयलर के बाहर भाप पाइप और सिलेंडर में कुछ हद तक संघनित करता है, ऐसा करने पर भाप की मात्रा का असमानुपातिक नुकसान होता है; और यह बॉयलर पर भारी मांग रखता है।

भाप को अतितापन प्रभावी ढंग से सूखाता है,अपना तापमान उस बिंदु तक बढ़ाता है जहां संघनन की संभावना काफी कम होती है और इसकी मात्रा काफी बढ़ जाती है। इन कारकों के साथ मिलाकर, इन इंजनों की शक्ति और अर्थव्यवस्था में वृद्धि होती हैं। इसके मुख्य नुकसान अतिरिक्त जटिलता और अतितापित ट्युबिंग के लागत और यह विपरीत प्रभाव है कि "सूखी" भाप के चलते चलने वाले घटकों जैसे भाप वाल्व के स्नेहन पर होता है। शंटिंग लोकोमोटिव अधिगर्म प्रयोग नहीं करते थे।

सामान्य व्यवस्था में रेग्यूलेटर वॉल्व के बाद वाष्प लेना और उसे बॉयलर के बड़े फायनट्यूब के भीतर लंबे अतितापित ट्यूबों के माध्यम से पारित करना सम्मलित था। सुपरहीटर ट्यूब में फायरबॉक्स के सिरे पर एक रिवर्स ("टोरपीडो") मोड़ होता है, जिससे की भाप को बॉयलर की लंबाई कम से कम दो बार पास करनी पड़े, जैसे ही गर्मी मिलती है।

प्रसंस्करण
अतितापित भाप के अन्य संभावित उपयोगों में सम्मलित हैं: शुष्कता, सफाई, लेयरिंग, रिएक्शन इंजीनियरी, एपॉक्सी ड्राईंग और फिल्म प्रयोग जहां अत्यधिक गर्म भाप के लिए एक वायुमंडलीय दबाव या उच्च दबाव में संतृप्त की जरूरत होती है। भाप सुखाने, भाप ऑक्सीकरण और रासायनिक प्रसंस्करण के लिए आदर्श है। उपयोग सतह प्रौद्योगिकियों, सफाई प्रौद्योगिकियों, भाप सुखाने, उत्प्रेरण, रासायनिक प्रतिक्रिया प्रसंस्करण, सतह सुखाने प्रौद्योगिकियों, इलाज प्रौद्योगिकियों, ऊर्जा प्रणालियों और नैनो प्रौद्योगिकियों में किया जाता है।

शुष्क खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र पर्यावरण की सफाई के लिए अतिगर्म भाप के आवेदन की सूचना मिली है।

सामान्यतः कम ताप अंतरण गुणांक के कारण ताप विनिमायक में अतितापित भाप का प्रयोग नहीं किया जाता है। रिफाइनिंग और हाइड्रोकार्बन उद्योगों में अतितापित भाप का उपयोग मुख्य रूप से स्ट्रिपिंग और सफाई के उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

कीट नियंत्रण
1890 के दशक से भाप का उपयोग मिट्टी को भाप देने के लिए किया जाता रहा है। भाप को मिट्टी में प्रेरित किया जाता है जो लगभग सभी कार्बनिक पदार्थों को खराब करने का कारण बनता है ("नसबंदी" शब्द का प्रयोग किया जाता है, लेकिन यह सख्ती से सही नहीं है क्योंकि सभी सूक्ष्म जीवों को जरूरी नहीं मारा जाता है)। कृषि में अनेक रसायनों के लिए मृदा वाष्पक एक प्रभावी विकल्प है और इसका व्यापक उपयोग हरित गृह उत्पादकों द्वारा किया जाता है। गीली भाप का प्रयोग मुख्य रूप से इस प्रक्रिया में किया जाता है, लेकिन यदि मिट्टी का तापमान 212 डिग्री फारेनहाइट से ऊपर (100.0 डिग्री सेल्सियस) जल के उबलते बिंदु की जरूरत है तो अतिगर्म वाष्प का प्रयोग करना चाहिए।

यह भी देखें

 * अत्यधिक गरम जल

संदर्भ
水蒸気