استفاده از آب به عنوان انرژی در صنعت و کاربردهای بخار در صنعت
منابع انرژی
صنایع شیمیایی منابع انرژی زیادی را مصرف می کنند تا بتوانند انرژی مورد نیاز خود را به منظور انجام بسیاری کارها از جمله به کاراندازی تجهیزات فرآیندی، تامین انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرم کردن مواد و غیره تامین نمایند.
منابع انرژی حال حاضر در جهان عمدتا شامل سوخت های فسیلی، آب و باد، انرژی خورشیدی، انرژی زمین گرمایی و انرژی هسته ای هستند. از این میان سوخت های فسیلی بیش از سایر منابع انرژی برای تهیه حامل های انرژی مورد استفاده قرار می گیرند.
معمولا در صنایع شیمیایی حامل های انرژی برق و بخار می باشند. بهترین راه برای آنکه بتوان از انرژی سوخت های فسیلی برای تولید برق و بخار استفاده کرد سوزاندن آن است. در فرآیند سوختن، انرژی درونی به صورت حرارت آزاد می شود و به شکل تابش و جابجایی به محیط انتقال می یابد.
تولید و مصرف بخار
بویلرها و توربین های گازی تجهیزاتی هستند که معمولاً برای تولید بخار و برق از طریق سوزاندن سوخت های فسیلی مورد استفاده قرار می گیرند. بخار فاز گازی مایع آب است. در واقع چنانچه آب در فشار اتمسفریک گرما جذب کند شروع به جوشش و تولید بخار می نماید.
با تبدیل آب به بخار حجم آن تقریباً 1600 برابر می شود و انرژی درونی آن نیز حداقل به میزان 6 برابر در حالت اشباع افزایش می یابد. گاز بر خلاف مایع تراکم پذیر است و به راحتی می توان آن را فشرده نمود. این خصوصیات باعث شده تا برای اولین بار جیمز وات از بخار برای تولید کار مکانیکی استفاده کند. این ابداع، آغازی برای استفاده بسیار گسترده بخار در صنعت بوده است.
از آنجائیکه آبی که برای تولید بخار استفاده می شود باید عاری از ناخالصی ها باشد. هزینه زیادی برای تولید آن صرف می شود. به همین دلیل بخار کندانس شده را دوباره وارد سیستم آب بویلر می نمایند تا مجددا به بخار تبدیل شود. به عبارت دیگر قسمت زیادی از تولید بخار و مصرف آن در واحدهای شیمیایی بصورت سیکل بسته است.
یعنی بخار در بویلرها تولید می شود و در توربین های بخار و مبدل های گرمایی و غیره مصرف شده و پس از کندانس شدن به بویلر باز می گردد. برای تولید بخار، در مشعل های بویلرها، انرژی تابشی از شعله به سطوح داخلی محفظه احتراق انتقال می یابد و از تماس گازهای حاصل از احتراق با بخش های دیگر بویلر حرارت بصورت جابجایی به لوله ها و نهایتا آب درون آنها انتقال می یابد.
کاربرد دیگ بخار در صنعت داروسازی
علل استفاده از آب به عنوان حامل انرژی در صنعت و کاربردهای بخار در صنعت
به دلایل زیر آب معمول ترین سردکننده هاست:
1- به مقدار زیاد و ارزان در دسترس می باشد.
2- به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد.
3- قدرت سردکنندگی آب نسبت به اکثر مایعات (در حجم مساوی) بیشتر است.
4- انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزئی است.
به طورکلی از جمله دلایلی که باعث شده از بخار در صنایع شیمیایی به طور وسیع استفاده گردد، می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
– آب بطور فراوان و ارزان در دسترس بوده و ماده ای بی خطر و از دید محیط زیستی کاملا بی ضرر می باشد و این یکی از علل استفاده گسترده از بخار آب در صنایع می باشد. بخار اشباع انرژی خود را در دمای ثابت منتقل می نماید و این به مفهوم این است که انرژی ذخیره شده در بخار اشباع را می توان در یک دمای ثابت و بدون آنکه دمای آن کاسته شود از آن دریافت کرد و تنها اتفاقی که در این حالت می افتد، تغییر شکل از حالت بخار به مایع است.
کاربرد دیگ بخار در صنعت پلاستیک سازی
در بعضی از فرایندها بخار به عنوان جزئی از فرایند وارد می گردد از آن جمله می توان به برج های عریان سازی با بخار اشاره نمود. انتقال حرارت از بخار به اجسام دیگر به راحتی و بوسیله قرار دادن یک کوئل در داخل و یا یک ژاکت حرارتی در اطراف آن صورت می گیرد.
یکنواختی در انتقال حرارت از مزایای استفاده از بخار است. در مواقعی که از بخار برای حرارت دادن استفاده می گردد، کنترل دمای آن راحت بوده و عموما این کار با استفاده از یک شیر کنترل که میزان دبی بخار عبوری را تغییر می دهد، صورت می گیرد. از بخار با فشار بالا می توان به کمک توربین بخار، کار تولید کرد. این کار را می توان برای چرخاندن دستگاه های دواری مانند پمپ، کمپرسور، ژنراتور و … استفاده نمود.
مصارف بخار
همان طور که گفته شد بخار دارای مصارفی چون گرم کردن، انجام برخی فرایندها، به حرکت در آوردن توربین بخار و غیره می باشد. در این میان به حرکت درآوردن توربین به منظور تولید توان، یکی از کاربردهای مهم بخار به شمار می رود.
در حین این عملیات، انرژی بخار در توربین به کار تبدیل شده و بخار پس از عبور از پره های توربین، در یک کندانسور سرد شده و کندانس می شود. همانطور که گفتیم قسمت زیادی از تولید بخار و مصرف آن در واحدهای شیمیایی به صورت سیکل بسته تولید می شود و در توربین های بخار و مبدل های گرمایی HRSG است.
یعنی بخار در بویلرهای واترتیوب یا فایرتیوب و غیره مصرف شده و پس از کندانس شدن به بویلر باز می گردد. برای تولید بخار در مشعل های بویلرها، انرژی تابشی از شعله به سطوح داخلی محفظه احتراق انتقال می یابد و از تماس گازهای حاصل از احتراق با بخش های دیگر بویلر، حرارت بصورت جابجایی به لوله ها و نهایتا آب درون آنها انتقال می یابد.
نقش بویلرها و بخارها در چرخه صنعت
انواع بخار (دسته بندی بر اساس دما و فشار)
پس از آنکه آب به جوش آمد، ابتدا به بخار اشباع تبدیل می شود. بخار اشباع بخاری است که در مجاورت آب قرار دارد یا به عبارت دیگر ذرات آب در آن قابل مشاهده هستند. تا زمانی که تمام آب به بخار تبدیل نشود، بخار موجود در ظرف بخار اشباع می باشد. با تبخیر بیشتر، فشار بخار یا به عبارتی فشار ظرف بالا می رود.
چنانچه در بالای این ظرف شیری قرار داشته باشد که اجازه ندهد فشار ظرف از حدی بالاتر رود، در این صورت جوشش آب در فشار ثابت و لذا در دمای ثابت انجام می شود. چنانچه به بخار اشباع حرارت داده شود، دمای بخار بالا می رود. این بخار، بخار سوپرهیت است که در آن دیگر ذرات آب دیده نمی شود و به همین دلیل به این نوع بخار که در فشار ثابت می تواند دماهای بالاتر از دمای اشباع داشته باشد، بخار خشک نیز می گویند.
فیلم آموزشی انرژی بسیار مفید بخار با قابلیت انتقال و حمل آسان