蒸汽

工業革命又稱產業革命，是資本主義時期由工場手工業階段到大機器生產階段的一個飛躍，它是生產領域裏的一場變革又是社會關係方面的一次革命，是資本主義政治經濟發展的必然結果。工業革命的完成對資本主義國家，對世界產生了深遠的影響。英國是最早進行工業革命的國家，始於18世紀60年代。19世紀初擴展到法國、美國，隨後是德國、俄國、日本。而各國工業革命主要是從英國引進機器進行的。英國在工業革命中的特殊地位，使它在一個相當長的時期裏成為“世界工廠”。 ^[1] 

根據壓力和温度對各種蒸汽的分類為：飽和蒸汽，過熱蒸汽。見圖《根據壓力和温度對各種蒸汽的分類》所示。

當液體在有限的密閉空間中蒸發時，液體分子通過液麪進入上面空間，成為蒸汽分子。由於蒸汽分子處於紊亂的熱運動之中，它們相互碰撞，並和容器壁以及液麪發生碰撞，在和液麪碰撞時，有的分子則被液體分子所吸引，而重新返回液體中成為液體分子。開始蒸發時，進入空間的分子數目多於返回液體中分子的數目，隨着蒸發的繼續進行，空間蒸汽分子的密度不斷增大，因而返回液體中的分子數目也增多。當單位時間內進入空間的分子數目與返回液體中的分子數目相等時，則蒸發與凝結處於動平衡狀態，這時雖然蒸發和凝結仍在進行，但空間中蒸汽分子的密度不再增大，此時的狀態稱為飽和狀態。在飽和狀態下的液體稱為飽和液體，其蒸汽稱為幹飽和蒸汽（也稱飽和蒸汽）。

飽和蒸汽具有很多優點，特別是在100℃ （212 ℉）及以上的温度下，這使得它成為了出色的熱源，其中的一些優點如下：

使用飽和蒸汽加熱產品必須牢記以下幾點：

1.在加熱過程中如果不使用幹飽和蒸汽可能會造成產品加熱效率降低，和常識相反的是，鍋爐所產生的蒸汽往往都不是幹蒸汽，而是包含着一些沒有完全蒸發的水分子的濕蒸汽。

2.熱輻射的熱量損失使得一些蒸汽凝結，因此濕蒸汽會更加潮濕，並且形成冷凝水。因此，必須在管道適當的部位安裝疏水閥從而將冷凝水排出。

3.重的冷凝水會從蒸汽中落下並且被管道底部的疏水閥排出，但是夾帶着小水滴的濕蒸汽還是會降低產品的換熱效率。因此，必須在管道的某些部位安裝汽水分離器。

4.由於蒸汽在管道中的摩擦等會造成壓力的損失，因此也會導致蒸汽温度的相應損失。

如果把飽和蒸汽繼續進行加熱，其温度將會升高，並超過該壓力下的飽和温度。這種超過飽和温度的蒸汽就稱為過熱蒸汽。過熱蒸汽有其本身的應用領域，如用在發電機組的透平，通過噴嘴至電機，推動電機轉動。但是過熱蒸汽很少用於工業製程的熱量傳遞過程，這是因為過熱蒸汽在冷凝釋放蒸發焓之前必須先冷卻到飽和温度，很顯然，與飽和蒸汽的蒸發焓相比，過熱蒸汽冷卻到飽和温度釋放的熱量是很小的，從而會降低工藝製程設備的性能。

為了保證驅動設備不會因為冷凝水受損，因此一般使用過熱蒸汽。

為了提高熱效率和工作能力，例如：在低壓蒸汽下的過熱度達到極大的比容，甚至真空的情況。

供給和排放時都使用過熱蒸汽有個明顯的優點就是在蒸汽驅動設備的時候不會產生冷凝水，這樣就能有效的避免由於碳酸侵蝕和腐蝕設備的危險。此外，汽輪機的理論熱效率是和其出口和入口的焓值相關聯的。因此提高了過熱蒸汽的壓力就等於提高汽輪機入口方向的焓值，從而有效提供了熱效率。

由於這些原因，在熱交換器中，飽和蒸汽比過熱蒸汽更適合作為熱源。另外一方面來看，它還具另外一個優勢，高温蒸氣可以在無氧環境下作為一個直接加熱源。過熱蒸汽在食品加工行業方面，例如烹煮、烘乾等的相關應用研究也在進行中。

蒸汽的主要用途有：加熱/加濕；產生動力；作為驅動。

1，正壓蒸汽

正壓蒸汽指氣壓在0.1 - 5 MPa，温度在110-250℃的蒸汽。這是蒸汽在工業中最具代表性的一種用途。被廣泛用於熱交換器和蒸汽箱等設備中用來加熱和加濕。

在多數情況下使用的蒸汽是處於飽和狀態的，也就是飽和蒸汽。因為壓強和温度的對應關係固定不變，可以用蒸汽的潛熱迅速加熱。在食品加工行業，過熱蒸汽有時候用來烹飪和烘乾、脱水。過熱蒸汽在常壓下被加熱到200-800℃後非常易於控制，所以被用於當今的家用蒸汽烤箱市場。 ^[2] 

2，負壓蒸汽

負壓蒸汽指氣壓小於大氣壓，温度低於100℃的蒸汽。這種蒸汽的應用得到了迅速的發展。

當負壓飽和蒸汽像正壓蒸汽那樣使用時，可以通過調節氣壓迅速改變蒸汽的温度，使精確控温成為可能，而熱水則做不到這點。然而負壓蒸汽設備必須配有真空泵，因為僅僅降低氣壓是不會使其低於大氣壓的。

蒸汽還可以用來做功（比如作為動力），用於蒸汽輪機等。一個大多數人都熟悉的例子就是很多年前的蒸汽機車、蒸汽火車 ^[3]  ，把蒸汽作為驅動動力的應用相當少了。然而，把蒸汽用作驅動動力的技術還在繼續發展和改進之中。

蒸汽輪機對於火力發電廠來説是不可或缺的設備。為了提高效率，發展了使用高温高壓蒸汽的技術。一些火力發電廠在他們的渦輪機中使用25MPa（abs），610℃的超臨界壓力蒸汽。為了使渦輪設備不受冷凝水的破壞，應避免使用飽和蒸汽，所以大多數情況下使用過熱蒸汽。相反，在核電站領域要禁止使用高温蒸汽，因為它可導致渦輪設備的材料出問題，所以常用高壓飽和蒸汽。

在蒸汽火車時代．乘客們驚歎於更大和更強大的發動機。隨着時代的發展，技術的進步，科學家仍在開發蒸汽發動機，但是現代的蒸汽發動機並不是越大越好，而是越微觀越好，德國科學家最近研製了一款微型蒸汽機。經測量，只有1毫米的千分之三。 ^[4] 

水蒸汽在氣體物質中是熱容最大的氣相物質。在給高温物體降温中有廣泛的用途，如金屬材料淬火中速降温，金屬材料加工過程中，金屬表面和刀具的降温，具有可視、延長刀具壽命、減少氧化、減少化學物質的排放等優點，是金屬切削過程中降温的理想材料。

在金屬拉伸過程中，還有潤滑、減少金屬表面氧化，降温快等優點。

水蒸汽由於具有高温、純淨、衝擊作用，在蒸汽清洗油污、黏膠等情況下，能更快去污，同時無污染環境的化學物質排放。飽和蒸汽在清洗行業具有很廣的用途。

蒸發是在液體是在液體表面上進行的汽化現象，它在任何温度下都能發生，蒸發過程中需要吸熱。

液體表面積越大，蒸發越快；液體温度越高，蒸發越快；液體表面附近空氣流動越快，蒸發越快；

隨着對水的加熱，水的温度不斷升高。達到某一温度時，水開始沸騰，此後雖然對水加熱，但水温不再升高。水沸騰的温度叫做水的沸點。常壓下，水的沸點為100℃。

那些蒸汽烤箱和通常的“蒸”都是直接使用蒸汽加熱，蒸汽直接和被加熱的物品接觸。與這些家居用品相似但是尺寸更大，很多工業設備也廣泛使用直接蒸汽加熱，如消毒櫃、蒸餾器以及生產橡膠產品的硫化機等。

但是還有一種方法，在工業上比直接加熱的應用還要廣泛。 這種方法就是間接加熱。

間接加熱就是通過一種稱為“換熱器”的設備進行加熱的方法。

蒸汽從換熱器壁表面流過，蒸汽的熱量就轉移到被加熱的物質一側。通過這種方式，蒸汽不會和被加熱的物質接觸。典型的使用蒸汽加熱的換熱器如夾套鍋、管加熱、翅片式換熱器（薄板翅片、空氣翅片）。

這種使用換熱器進行加熱的方法不僅限於使用蒸汽作為熱煤，其它的熱煤還包括熱水或熱油等。

使用蒸汽加熱和使用熱水或熱油加熱有何區別？

供應給換熱器的蒸汽處於氣態，在其內部變成液態（冷凝水）並離開換熱器。

蒸汽通過凝結傳遞的熱量明顯比熱水或熱油通過對流的熱量多。它還有以下優勢：

如果換熱器的換熱面積相同….

使用蒸汽可以縮短加熱時間

如果工作量相同….

使用蒸汽加熱，換熱器的換熱面積更小

這就是蒸汽的兩個重要的特性——除此之外蒸汽還有其它優勢。因此，蒸汽在工業熱源中佔有重要地位。

提高蒸汽品質途徑有兩種：

1．降低爐水的含鹽量

（1）提高給水品質。

（2）增加排污量。

（3）分段蒸發。

2．降低飽和蒸汽帶水和減少蒸汽中的溶鹽。

（1）建立良好的汽水分離條件和採用完善的汽水分離裝置。

（2）適當控制爐水鹼度和採用蒸汽清洗裝置。