अतितापित भाप



सुपरहीट स्टीम दबाव  माप # निरपेक्ष, गेज और अंतर दबावों पर अपने  [[ वाष्पीकरण  ]] बिंदु से अधिक  तापमान  पर  भाप  है - शून्य संदर्भ जहां तापमान मापा जाता है।

सुपरहिट स्टीम इसलिए कुछ मात्रा में ठंडा ( आंतरिक ऊर्जा खो सकता है), जिसके परिणामस्वरूप एक  गैस  से  संतृप्त द्रव  वाष्प और  तरल  के मिश्रण में  चरण संक्रमण  (यानी संघनन) के बिना इसका तापमान कम हो जाता है। यदि असंतृप्त भाप (एक मिश्रण जिसमें जल वाष्प और तरल पानी 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 शुष्क हो जाती है ( यानी, कोई संतृप्त तरल नहीं) संतृप्त भाप। निरंतर ताप इनपुट तब शुष्क संतृप्त भाप को सुपर हीट करेगा। यह तब होगा जब संतृप्त भाप उच्च तापमान वाली सतह से संपर्क करेगी।

सुपरहीट स्टीम और तरल पानी थर्मोडायनामिक संतुलन  के तहत सह-अस्तित्व में नहीं रह सकते हैं, क्योंकि कोई भी अतिरिक्त गर्मी अधिक पानी को वाष्पित कर देती है और भाप संतृप्त भाप बन जाएगी। हालाँकि, इस प्रतिबंध का अस्थायी रूप से गतिशील (गैर-संतुलन) स्थितियों में उल्लंघन किया जा सकता है।  भाप बिजली संयंत्र  में या प्रक्रियाओं के लिए सुपरहिट स्टीम का उत्पादन करने के लिए (जैसे कागज सुखाने के लिए)  बायलर  से खींची गई संतृप्त भाप को एक अलग हीटिंग डिवाइस (एक  सुपरहिटर्स ) के माध्यम से पारित किया जाता है जो थर्मल चालन या  विकिरण  द्वारा अतिरिक्त गर्मी को भाप में स्थानांतरित करता है।

सुपरहीट स्टीम नसबंदी (माइक्रोबायोलॉजी)  के लिए उपयुक्त नहीं है। इसका कारण यह है कि अतितापित भाप शुष्क होती है। सूखी भाप को बहुत अधिक तापमान तक पहुंचना चाहिए और समान प्रभावशीलता के लिए लंबे समय तक उजागर होने वाली सामग्री; या बराबर  F0 मार मूल्य । सुपरहीटेड स्टीम भी हीटिंग के लिए उपयोगी नहीं है, लेकिन इसमें अधिक ऊर्जा होती है और संतृप्त भाप की तुलना में अधिक  कार्य (थर्मोडायनामिक्स)  कर सकती है, लेकिन गर्मी की मात्रा बहुत कम उपयोगी होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सुपरहीट स्टीम में हवा का समान हीट ट्रांसफर गुणांक होता है, जो इसे  थर्मल इन्सुलेशन  बनाता है - गर्मी का खराब संवाहक। #संतृप्त भाप में बहुत अधिक दीवार ऊष्मा अंतरण गुणांक होता है। कठोर सतहों पर बायोफिल्म  के रोगाणुरोधी कीटाणुशोधन के लिए थोड़ा सुपरहिट स्टीम का उपयोग किया जा सकता है। सुपरहीटेड स्टीम का सबसे बड़ा मूल्य इसकी जबरदस्त आंतरिक ऊर्जा में निहित है, जिसका उपयोग वाष्प टरबाइन  और रेसिप्रोकेटिंग इंजन के खिलाफ यांत्रिक विस्तार के माध्यम से गतिज प्रतिक्रिया के लिए किया जा सकता है, जो शाफ्ट की रोटरी गति का उत्पादन करता है। इन अनुप्रयोगों में अतितापित भाप का मूल्य जबरदस्त मात्रा में आंतरिक ऊर्जा जारी करने की क्षमता है, फिर भी जल वाष्प के संघनन तापमान से ऊपर रहता है; उन दबावों पर जिन पर प्रतिक्रिया टर्बाइन और प्रत्यागामी पिस्टन इंजन संचालित होते हैं।

इन अनुप्रयोगों में प्रमुख महत्व का तथ्य यह है कि जल वाष्प युक्त द्रव की बूंदें आमतौर पर उन दबावों पर असंपीड़ित प्रवाह होती हैं। एक 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 पानी की बूंदें यांत्रिक भागों को मोड़ने, दरार करने या फ्रैक्चर करने के लिए पर्याप्त बल से टकराएंगी। विस्तार के माध्यम से सुपरहीटिंग और दबाव में कमी यह सुनिश्चित करती है कि टरबाइन या इंजन के माध्यम से भाप का प्रवाह एक संपीड़ित गैस के रूप में रहता है, जिससे आंतरिक चलने वाले हिस्सों को नुकसान होता है।

संतृप्त भाप
संतृप्त भाप वह भाप है जो एक ही दबाव पर गर्म पानी के साथ संतुलन में होती है, यानी इसे अपने दबाव के लिए क्वथनांक  से ऊपर गर्म नहीं किया जाता है। यह अतितापित भाप के विपरीत है, जिसमें भाप (वाष्प) को पानी की बूंदों से अलग 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।

सूखी भाप संतृप्त भाप होती है जिसे बहुत ही कम गर्म किया जाता है। यह पर्याप्त रूप से इसकी ऊर्जा को बदलने के लिए पर्याप्त नहीं है, लेकिन भाप आपूर्ति सर्किट में तापमान में औसत नुकसान को देखते हुए संक्षेपण की समस्याओं से बचने के लिए तापमान में पर्याप्त वृद्धि है। 19वीं शताब्दी के अंत में, जब सुपरहिटिंग अभी भी एक निश्चित तकनीक से कम थी, तो इस तरह के भाप-सुखाने ने पूर्ण सुपरहीटिंग के परिष्कृत बॉयलर या स्नेहन तकनीकों की आवश्यकता के बिना सुपरहीटिंग के संक्षेपण-से बचने वाले लाभ दिए। इसके विपरीत, जल वाष्प जिसमें पानी की बूंदें शामिल होती हैं, को गीली भाप के रूप में वर्णित किया जाता है। यदि गीली भाप को और अधिक गर्म किया जाता है, तो बूंदें वाष्पित हो जाती हैं, और पर्याप्त उच्च तापमान पर (जो दबाव पर निर्भर करता है) सारा पानी वाष्पित हो जाता है, प्रणाली वाष्प-तरल संतुलन में है, और यह संतृप्त भाप बन जाती है।

वाष्पीकरण की उच्च गुप्त ऊष्मा के कारण संतृप्त भाप ऊष्मा अंतरण में लाभप्रद है। यह गर्मी हस्तांतरण का एक बहुत ही कुशल तरीका है। आम आदमी के शब्दों में, संतृप्त भाप इसी तापमान और दबाव पर अपने ओस बिंदु पर होती 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
मेन लाइन भाप गतिविशिष्ट  में सुपरहीट स्टीम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। भाप इंजन में  संतृप्त भाप  के तीन मुख्य नुकसान होते हैं: इसमें पानी की छोटी बूंदें होती हैं जिन्हें समय-समय पर सिलेंडर से निकालना पड़ता है; उपयोग में बॉयलर के दबाव के लिए पानी के क्वथनांक पर ठीक होने के कारण, यह अनिवार्य रूप से बॉयलर के बाहर भाप पाइपों और सिलेंडरों में कुछ हद तक संघनित होता है, जिससे भाप की मात्रा का अनुपातहीन नुकसान होता है क्योंकि यह ऐसा करता है; और यह बॉयलर पर भारी मांग रखता है।

भाप को सुपरहीट करने से यह प्रभावी रूप से सूख जाता है, इसके तापमान को उस बिंदु तक बढ़ा देता है जहां संघनन की संभावना बहुत कम होती है और इसकी मात्रा में काफी वृद्धि होती है। एक साथ जोड़ा गया, ये कारक लोकोमोटिव की शक्ति और अर्थव्यवस्था को बढ़ाते हैं। मुख्य नुकसान सुपरहीटर टयूबिंग की अतिरिक्त जटिलता और लागत और प्रतिकूल प्रभाव है जो भाप वाल्व जैसे चलने वाले घटकों के स्नेहन पर शुष्क भाप का है। शंटिंग लोकोमोटिव  आमतौर पर सुपरहीटिंग का उपयोग नहीं करते थे।

सामान्य व्यवस्था में रेगुलेटर वाल्व के बाद भाप लेना और बॉयलर के विशेष रूप से बड़े फायरट्यूब के अंदर लंबे सुपरहीटर ट्यूबों के माध्यम से इसे पास करना शामिल था। सुपरहीटर ट्यूबों में फ़ायरबॉक्स अंत में एक रिवर्स (टारपीडो) मोड़ था ताकि भाप को बॉयलर की लंबाई से कम से कम दो बार गुजरना पड़े, ऐसा करने से गर्मी उठानी पड़ती है।

प्रसंस्करण
सुपरहीट स्टीम के अन्य संभावित उपयोगों में शामिल हैं: ड्रायिंग, क्लीनिंग, लेयरिंग, रिएक्शन इंजीनियरिंग, एपॉक्सी ड्रायिंग और फिल्म का उपयोग जहां एक वायुमंडलीय दबाव या उच्च दबाव पर अत्यधिक सुपरहीट स्टीम के लिए संतृप्त की आवश्यकता होती है। भाप सुखाने, भाप ऑक्सीकरण और रासायनिक प्रसंस्करण के लिए आदर्श। उपयोग सतह प्रौद्योगिकियों, सफाई प्रौद्योगिकियों, भाप सुखाने, कटैलिसीस, रासायनिक प्रतिक्रिया प्रसंस्करण, सतह सुखाने प्रौद्योगिकियों, इलाज प्रौद्योगिकियों, ऊर्जा प्रणालियों और नैनो प्रौद्योगिकियों में हैं।

सूखे खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र पर्यावरण की स्वच्छता के लिए अतितापित भाप के आवेदन की सूचना मिली है। ताप अंतरण गुणांक कम होने के कारण ताप विनिमायक में आमतौर पर अतितापित भाप का उपयोग नहीं किया जाता है। रिफाइनिंग और हाइड्रोकार्बन उद्योगों में सुपरहीटेड स्टीम का इस्तेमाल मुख्य रूप से स्ट्रिपिंग और सफाई के उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

कीट नियंत्रण
1890 के दशक से भाप का उपयोग मृदा भाप नसबंदी के लिए किया जाता रहा है। भाप को मिट्टी में प्रेरित किया जाता है जो लगभग सभी कार्बनिक पदार्थों को खराब कर देता है (नसबंदी शब्द का उपयोग किया जाता है, लेकिन यह पूरी तरह से सही नहीं है क्योंकि सभी सूक्ष्म जीव आवश्यक रूप से मारे नहीं जाते हैं)। मृदा वाष्पन कृषि में कई रसायनों का एक प्रभावी विकल्प है, और ग्रीनहाउस उत्पादकों द्वारा इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में मुख्य रूप से गीली भाप का उपयोग किया जाता है, लेकिन अगर मिट्टी का तापमान 212 °F पानी के क्वथनांक की आवश्यकता होती है, अतितापित भाप का उपयोग किया जाना चाहिए।

यह भी देखें

 * अत्यधिक गरम पानी

संदर्भ
水蒸気