蒸汽

饱和蒸汽

英文名称：

saturated steam

定义：

饱和状态下的蒸汽。

应用学科：

电力（一级学科）；通论（二级学科）

饱和蒸汽，是指饱和状态下的蒸汽，是由气体分子之间的热运动现象造成的

当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。

查饱和蒸汽的焓值，需要通过熵焓表。但饱和蒸汽温度和压力是对应关系，因此只需监测两者之中任一个数据，然后根据熵焓表查出对应的焓值，乘以蒸汽量，就能计算饱和蒸汽的热量。而过热蒸汽的温度和压力关系不对应，要计算过热蒸汽的热量必需监测过热蒸汽的温度和压力两个数据，根据这两个数据才能查出对应焓值。

过热蒸汽

英文名称：

superheated steam

定义：

超过饱和温度的蒸汽。

应用学科：

电力（一级学科）；通论（二级学科）

过热蒸汽的定义

在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。

编辑本段过热蒸汽的应用

常规应用领域

过热蒸汽有其本身的应用领域，如用在发电机组的透平，通过喷嘴至电机，推动电机转动。但是过热蒸汽很少用于工业制程的热量传递过程，这是因为过热蒸汽在冷凝释放蒸发焓之前必须先冷却到饱和温度，很显然，与饱和蒸汽的蒸发焓相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量是很小的，从而会降低工艺制程设备的性能。

新兴应用领域

1. 食品加工领域

1.1 过热蒸汽食品加工

随着过热蒸汽技术的发展，美国、日本等国逐步生产出用于食品加工的过热蒸汽装置或者电器。过热蒸汽在食品加工、烹饪领域的应用越来越广泛。使用过热蒸汽进行烹饪和食品加工具有食品受热均匀、加热速度快、食物更加美味、防止维生素流失等显著优点，同时过热蒸汽技术还可以用于食品加工厂中输送带的清洗、杀菌以及食材加热处理、食物残渣的粉末化及除臭等。

1.2 过热蒸汽在食品加工领域的应用效果：

l 在无添加剂的情况下，改善食物的味道。

l 低氧或者微氧环境下加工，可抑制食物的腐化氧化。

l 通过水蒸气加热烹饪，大部分食物经加工后可保持处理后的材料不变硬，保持松软的口感和水分。

l 提高加工阶段的杀菌效果，实现短时间内的表面杀菌。

l 对喷洒在新鲜水果表面的防霉剂等农药可大部分气化。

l 通过对颜色及气味成分的控制，使得食材本身的颜色和味道在加工中不被破

坏。

l 通过膜状凝结传热实现高速加热。（热传导率是干燥空气的数倍）。

l 通过杀菌（数秒间）、抑制氧化、通过高速过热加热生成凝缩膜、通过酵素失活等提高食品的保鲜能力。

l 通过对淀粉α化，促进糖化及蛋白质变性。

l 使用温度高达340℃的过热蒸汽进行烹调，达到脱油、减盐的健康烹饪效果。

过热蒸汽食品加工应用案例

2.干燥行业应用领域

2.1 过热蒸汽干燥

过热蒸汽干燥指用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而去除水分的干燥方式，是近年来发展起来的一种全新的干燥方法。与传统的热风干燥相比 , 这种干燥以水蒸汽作为干燥介质 , 干燥机排出的废气全部是蒸汽 , 利用冷凝的方法可以回收蒸汽的潜热再加以利用。[1]

2.2 过热蒸汽干燥的优势

l 可利用蒸汽的潜热，热效率高，节能效果显著。

因干燥室(机)排出的废气全部是蒸汽，可以用冷凝的方法回收蒸汽的汽化潜热，故热效率高，有时可高达 90%。

l 干燥速率快

由于过热蒸汽的比热和传热系数比空气大，同时过热蒸汽千燥介质中的传质阻力可忽略不计，故水分的迁移速度快，干燥周期可明显缩短。

l 干燥质量好

用过热蒸汽干燥的主要原因是产品的质量得到改善。用过热蒸汽作干燥介质时，由于物料表面湿润、干燥应力小，不易产生开裂、变形等干燥缺陷；同时由于过热蒸汽干燥无氧化反应，木材颜色不会褪变，故干燥品质好。研究表明，使用过热蒸汽干燥胡萝卜块，干后产品的复水性、颜色、维生素保留量优于真空干燥。l 安全性好

过热蒸汽干燥避免了干燥室着火或爆炸的危险。过热蒸汽干燥无空气存在 ,没有氧化和燃烧反应。一些通常不能用热风干燥的食品原料 ,可以用过热蒸汽干燥。l 减少设备的体积和废气的净化量

过热蒸汽的比热大 ,蒸汽用量少 ,这就可以减少设备的体积和废气的净化量。

l 有利于保护环境

过热蒸汽干燥是在密封条件下进行的 ,粉尘含量大大降低。用过热蒸汽干燥可以消除城市垃圾、污泥等的臭味。

l 具有灭菌消毒作用

过热蒸汽干燥物料的温度是操作条件下水的沸点温度 ,在干燥有灭菌要求的食品原料和药品原料同时 ,能消灭细菌和其他有毒微生物。

由于过热蒸汽干燥具有上述优点，近年来美国、加拿大、法国、新西兰和日本等发达国家己将过热蒸汽干燥技术用于干燥木材及木头压块、煤炭、纸张、甜菜渣、陶瓷、蚕茧、污泥、酒糟、牧草、鱼骨和鱼肉、蔬菜、食品以及城市废弃物等多种物料。随着能源危机的日益严重和人们对食品质量要求的逐渐提高，过热蒸汽干燥的应用必将得到发展，尤其是可以降低干燥温度同时保证产品质量的低压过热蒸汽干燥，具有潜在的高效率。

2.3 过热蒸汽干燥的应用领域

2.3.1 木材干燥

能源与环境问题是当今世界的几个重大问题之一，干燥是决定木制品质量、能耗和成本的重要环节，同时又与环境污染问题密切相关。目前我国木材干燥的能源绝大部分是以煤或木废料作燃料，而燃料的燃烧会释放导致温室效应的气体产生。目前占主导地位的常规蒸汽干燥由于进、排气的换气热损失较大，一次能源的利用率仅30%左右，故节能潜力很大。作为一种先进的节能干燥技术，过热蒸汽干燥由于以过热蒸汽作干燥介质，它可以利用辅助装置，回收排汽的余热，故可明显节能。同时由于木材真空过热蒸汽干燥一般在低于 90℃的温度下实施，木材内干燥应力小，干燥质量好，故具有一定的应用前景。

过热蒸汽干燥在木材上的应用

2.3.2 食品、饲料、药品、生物质干燥

在食品、药品等热敏性物料的干燥过程中 ,为了保持物料中的有效成分 ,保证产品的质量 ,必须采用较低的干燥温度 ,通常采用冷冻干燥来干燥此类物料。但是冷冻干燥方式具有时间长、能耗大、经济效益低的缺点。过热蒸汽用于食品干燥是近20年来发展起来的，但是由于温度过高影响热敏性物料的适应性，人们开始使用低压过热蒸汽干燥食品。低压过热蒸汽干燥方法结合了过热蒸汽和负压甚至真空干燥的优点 ,避开了常压过热蒸汽干燥物料温度过高的劣势，扩大了过热蒸汽干燥对热敏性物料的适应性。对不同的食品如土豆片、面条、大豆、稻谷、蔬菜、虾米、鸡肉、各种水果片等进行过热蒸汽干燥的研究表明，过热蒸汽干燥食品和热风干燥相比 ,除了节能环保等上述优点，还突出表现在干燥时间短、物料收缩变形小、颜色保持新鲜、多孔、复水性好和维生素含量高等方面。

过热蒸汽干燥对提高干燥效率、降低干燥能耗、减少环境污染、提高产品质量具有重要的意义 ,是一种很有发展前景的干燥新技术。因此，将过热蒸汽应用于食品干燥有着广阔的前景。

过热蒸汽干燥在食品中的应用

2.3.3 污泥干燥

近些年来，随着人口的增长和工业的发展，污泥产量大大增加。污泥具有含水量高、易腐败、有恶臭、含有毒物质以及大量有害病原物等特点，所以必须及时进行污泥处理。污泥干燥作为污泥处理的一个重要环节，历来被认为是一个热效率低、耗能大的操作过程。传统的污泥干燥采用热风干燥技术，热效率低、能耗大，因此开发低能耗的干燥方法是污泥干燥发展的重要方向。过热蒸汽干燥以过热蒸汽为带走水气和提供能量的介质，使热效率提高的空间大增，而且能实现干燥“废气”热量的再利用，从而实现潜热的再次利用，是一种很有前途的干燥技术。目前开发的过热蒸汽式污泥干燥设备，具有干燥效率高、设备选型小、设备投资少等优势，同时能达到能源节约、无废气排放、无污染、不产生污泥废料的效果。

过热蒸汽干燥污泥干燥

3. 在工业及其他领域的应用

3.1 污染土壤治理

分解、去除污染土壤中PCB，VOC、二恶英等物质

3.2 废旧印刷设备电路板处理（金属回收的前处理装置）

3.3 飞灰脱盐处理

3.4 产业用垃圾处理机的前期处理。

3.5 再利用市场（脱油、无氧）

过热蒸汽在再利用市场上的应用主要表现在机械油的脱脂处理、废塑料的再生利用涂装干燥、洗净杀菌等。

3.6 桑拿洗浴行业

在日本有把温泉水加热成过热水蒸汽，使用过过热蒸汽在低温桑拿房中应用的案例。

编辑本段过热蒸汽的形成方式

[2] 当液体在有限的密闭空间中蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为

蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。

查饱和蒸汽的焓值，需要通过熵焓表。但饱和蒸汽温度和压力是对应关系，因此只需监测两者之中任一个数据，然后根据熵焓表查出对应的焓值，乘以蒸汽量，就能计算饱和蒸汽的热量。而过热蒸汽的温度和压力关系不对应，要计算过热蒸汽的热量必需监测过热蒸汽的温度和压力两个数据，根据这两个数据才能查出对应焓值。

过热蒸汽温度与压力没有一一对应的关系，还与蒸汽密度有关。比如，3.5MPa，温度为260℃时，密度为16.4231Kg/m3；温度为280℃时，密度为15.4273Kg/m3；温度为300℃时，密度为14.6049Kg/m3。同样的压力下，温度越高，密度越小。