水蒸汽

特定空间水以气、液二态同时存在

水蒸汽指特定空间的水以气、液二态同时存在。

基本介绍

水蒸汽：指特定空间的水存在形态是气-液二相，其中液相可以是“雾”状分散形式存在（水蒸气是水的气态形式），也可以是大量液滴聚集形式存在，当然这也必须满足一定的物理条件和其他的一些环境条件。在实际应用中，接触到的大多数指的是“水蒸汽”。气体与蒸汽是有区别的。蒸汽（例如水、水银、乙醚、氨、汽油等的蒸汽）是这样一种气体，它由液体生成的，在普通大气压下与液体同时存在，并且很容易变成液体。而气体（例如氢、氧、氮等）却比较稳定，必须在非常低的温度和高的压力下才能变成液体。

词语解释

2000年版的《现代汉语词典》解释如下：

汽：1.液体或某些固体受热而变成的气体，例如水变成的水蒸气；2.特指水蒸气：汽机、汽船。

气：1.气体。2.特指空气。4.自然界冷热阴晴等现象。……其中，1和4也是《古汉语常用字字典》上的解释。《列子·天瑞》：虹霓也，云雾也，风雨也，四时也，此积气之成乎天者也。

饱和状态

将水置于抽尽空气的密封容器中，就会有分子从水面逸出，同时又有分子从蒸汽空间返回水中。在同一时间内，如逸出与返回水中的分子数量相同，达到动平衡，水和水蒸汽便处于饱和状态，并分别称为饱和水和饱和水蒸汽，相应的压力和温度分别称为饱和压力和饱和温度。饱和温度越高，饱和压力也越高。

相关图表

水和水蒸汽图表：水蒸汽不能用理想气体状态方程描述。为计算方便，常将其热力性质制成图和表。图、表中规定三相点的饱和水的内能和熵值为零，焓值也接近零。水和水蒸汽图有：压温图、压容图、温熵图和焓熵图。水和水蒸汽表有两种：饱和水蒸汽表，未饱和水和过热蒸汽表。

压-温图

用以表示水的三相状态之间的关系。图1中蒸发线表示水-汽两相共存的平衡饱和状态的集合，溶化线和升华线分别表示冰-水和冰-汽的平衡饱和状态的集合。三条饱和曲线把水的存在形式划分为冰、水、汽三个区域。蒸发线的顶点C 称为临界点。超过临界压力时，液相与气相的互相转变过程便是连续的，没有两相共存的情况。水的临界压力p0=22.1287兆帕，临界温度T0=647.3K。在三相点T上，冰、水和水蒸汽三相处于动平衡状态。水的三相点压力pT=610.76帕，温度TT=273.16K。

压-容图

水蒸汽的状态及其变化过程可用水的压容图表示。a0a′a″a线表示在一定压力下水蒸汽的形成过程线，AT为冰水共存的饱和水线，AT左侧为固相的冰区；TC为水汽共存的饱和水线，AT 和TC 线之间为液相的水区；CV为干饱和蒸汽线，TC 和CV 线之间为水和蒸汽两相共存的湿蒸汽区，用干度x表示每千克湿蒸汽中所含干饱和蒸汽量；CV 线右侧表示过热蒸汽区。

温-熵图

分析水蒸汽的热力过程或热力循环时常使用温熵图。TC 为饱和水线，CV 为干饱和蒸汽线，根据比熵的定义，定压过程线a0a′a″a下面的面积表示在可逆的定压过程中每千克水的吸热量。其中a0a′线下的面积表示在该压力下将未饱和的水加热至饱和水所需要的热量qL，a′a″线下的面积表示汽化过程的吸热量，即汽化潜热 γ，a″a表示由饱和蒸汽转变为过热蒸汽的加热量qS。

焓-熵图

在蒸汽动力工程的计算中使用焓熵图更为方便。CV 为饱和曲线，C 为临界点，饱和曲线下侧为湿蒸汽区，上侧为过热蒸汽区。在湿蒸汽区中画有定干度线和定压线（这时即定温线），在过热蒸汽区中分别画出定压线和定温线。

蒸汽利用

水蒸汽的热能可以转变成机械能、加热和蒸发液体等。利用水蒸汽来做功（把水提到高处）的初步尝试是在17世纪开始的。

2002年大岛克仁利用水蒸汽处理装置进行了过热水蒸气条件下柳杉试件的力学特性的研究。

1999年李杰等研究了脉冲放电等离子体中水蒸汽活化作用。

1998年4月，鞍山焦化耐火材料设计研究总院为江西景德镇焦化煤气总厂设计的工业燃气生产装置，选用了该项技术，以义马长焰煤为原料，以空气一水蒸汽为气化剂，生产工业燃气，单炉制气能力lxl了衬/h，已于2001年2月投人使用。

1997年该工作组提出了工业用水和水蒸汽热力性质计算公式。

王良恩等于1997年分别对福州市塑料橡胶厂和福建省三丰鞋业有限公司运动鞋车间的三苯废气进行治理，采用了活性炭吸附—水蒸汽脱附—工业水冷凝的组合技术。

1997年1月，利用烧结厂停产的间隙，上了一套重力喷淋除尘器，利用含水蒸汽烟气与大气的密度差，不需任何外用动力，靠自然抽风进行工作。

铝板顺水搭缝处涂玻璃胶密封后铝板既起着保护作用，又起防潮层作用，但在实际施工中由于搭缝多，涂胶密封这项工作大都疏忽做得不好，外界空气中的水蒸汽易渗入聚氨酯孔隙中热胀冷缩造成破坏，因此我们在1995年新建12只大罐的续建工程保温中特别注意做好这项工作。

欧空局在1991年发射的欧洲遥感卫星，装载有两波段的微波辐射计，用来复原大气中总的水蒸汽含量，解译海洋表面温度受大气的影响，开始了星载微波辐射计的研究工作等等。

1990年国际水和水蒸汽性质学会IAPWS成立了一个由多个国家的科学家组成的工作组，研究新的计算公式。

金陵石化公司炼油厂发明的“不用水蒸汽的大气式热力除氧方法”于1986年3月12日向中国专利局申请了发明专利，经过将近五年的审查，中国专利局于1990年12月12日授予发明专利权。

在1984年安全月中查出的18条重大隐患，已整改了10条，象山冶金机械厂铸造车间厂房原设计起重荷载为8吨，但经常超负荷作业，造成屋面多处裂缝；水爆房钢屋架受水蒸汽和煤气侵蚀，焊缝府蚀严重，水泥挂条外面巳剥落。

1982年11月中旬，工作面上隅角再次出现达37℃的高温，同时有水蒸汽和“挂汗.现象，煤炭自燃征兆已相当明显。

这意味着无需加防水涂层就足以挡住风和雨滴，但对人体散发的水蒸汽而言，又足以使之逸散出去，即具有能“呼吸”透湿防风雨性能，如1981年钟纺公司开发的SavinaDP超高密防水织物。

后来，于1975年和1977年由国际水蒸汽性质协会（I APS）先后公布了经过鉴定的粘度和导热系数的最新测试数据表〔一川。

1972年2月电解槽预试途中因槽盖在90℃湿氯气及盐水蒸汽侵袭下，使用不到几小时就鼓泡整块脱落，槽底因水泥养护质量差裂纹多，盐水渗透，阳极头接缝处及底边周围漏出盐水，与此同时沥青被软化呈菌状渗出槽底表面。

1972年进行了硫化料矿浓密机的各种覆盖层在温度为80℃的含有硫化氢、水蒸汽介质中的耐腐蚀试验研究。

自1972年英国的APV公司和托里（Torry）研究所联合研制的第一台生产型真空水蒸汽解冻装置问世后，这种解冻方法就进入了实用阶段，并在冻品解冻工艺中发挥了重要作用。

1971年该厂在一个按两个阶段减轻臭蒸浓器的效果气、飞灰和水蒸汽逸出的方案中，在470吨/ 最先使用PFR蒸浓器的工厂之一是设日回收炉系统用一台PFR蒸浓器代替直接在美国蒙大拿州的Hoerner Waldorf公司的接触蒸发器，并同时安装了一台省煤器、静工厂。

中国自行研究开发的水蒸汽脱附固定床分子筛脱蜡技术，已有二十多年的历史，1969年至今先后在南京、燕化炼、大庆炼厂、荆门炼厂和林源炼厂建成五套用于生产轻液蜡或重液蜡的生产装置。

锅炉热力计算方案多数参考日方白皮书，汽机按简化热力试验（水电部规范）进行，公式参考日方白皮书，水和水蒸汽状态方程用1968年IFC公式。

设备于1967年投入生产，操作介质为焦碳、渣油、油气和水蒸汽等。

为了适应上述变化，我们基于国际公式化委员会提出的“工业用1967年IFC公式，编制通用的水和水蒸汽热力性质计算软件，实现水和水蒸汽热力性质的计算机通用求解。

在编制水和水蒸汽热力性质计算通用程序时，主要依照工业用1967年IFC公式，对其中某些不准确区域采用了苏联热工研究所拟合的公式，且对公式中个别系数做小幅度修改。

IFC公式是由国际公式化委员会（IFC）于1967年提出来的，直到2013年采用的水蒸汽性质图、表就是以IFC公式为基础的。

水和水蒸汽性质表采用1967年IWi公式。

计算范围为第六届国际水蒸汽性质会议的国际公式化委员会（IFC）拟定的“工业用1967年IFC公式”规定的整个区域。

水和水蒸汽表计算程序采用当前国际公认的“工业用1967年IFC公式”作为计算依据，能够计算水和水蒸汽的饱和温度、饱和压力、焓h、熵s、比容v、火用e。

以Baker的流动图为基础，1961年，Goldman〔得到了绝热的水蒸汽一水二相流的流动图，使二相流研究进入汽一液二相流研究阶段。

1960年武大周嫦、杨弘适两先生采用普通热水瓶中保存的温热水蒸汽来处理稽穗,达到催花毅雄的目的。

我吲扯1959年曾终大搞松针油的生产，将粉碎的针叶，用水蒸汽进行蒸馏，馏出液经油水分离收集松针油。

某厂在1956年新建一座尾气吸收塔，投产后，茫茫一股自烟从尾气烟囱冒出，当时对其不够了解，孰为尾气吸收塔用氨水循环吸收，必定有水蒸汽产生，自烟就是水蒸汽是不可避免的。

自1954年到2013年短短几年中就迎檀举行了雨灰国际性会畿来尊同封谕水和水蒸汽的性耍。

自1954年到2013年短短几年中就连续举行了两次国际性会议来专门讨论水和水蒸汽的性质。

自1954年起，由于及气层核试验，使大气层水蒸汽和雨水中的氮浓度逐步增加。

1941年德国Harteck和美国urey等人提出用水蒸汽和氢交换生产重水，不久在挪威建成世界上第一座氢一水同位素交换法重水生产工厂协，l。

1929年日本宫田等发明了铝阳极氧化膜水蒸汽封孔法，1931年欧洲出现了沸水和重铬酸钾溶液封闭法，至此为铝阳极化工业化奠定了实用技术基础。

1904年德国人莫利哀提出水蒸汽的焓熵图。

16.1904年德国人莫利哀提出水蒸汽焓一熵图。

1895年初，威尔逊采用爱特肯（J．Aitken）创造的方法：爱特肯早在1880年就发现，火焰升起的气体，可以引起饱和气体中水蒸汽沉积，爱特肯把能让水蒸汽自行凝结的装置称之为“记尘计”

1705年英国的铁匠纽可门制成了第一台矿井抽水蒸汽机。

水蒸气蒸馏

原理

水蒸气蒸馏操作是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物质（近100℃时其蒸气压至少为1333.9Pa）中，使该有机物质在低于100℃的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来。

两种互不相溶的液体混合物的蒸气压，等于两液体单独存在时的蒸气压之和。当组成混合物的两液体的蒸气压之和等于大气压力时，混合物就开始沸腾。互不相溶的液化混合物的沸点，要比每一物质单独存在时的沸点低。因此，在不溶于水的有机物质中，通入水蒸气进行水蒸气蒸馏时，在比该物质的沸点低得多的温度，而且比100℃还要低的温度就可使该物质蒸馏出来。

在馏出物中，随水蒸气一起蒸馏出的有机物质同水的质量之比，等于两者的分压（PA和PH2O）分别和两者的相对分子质量（MA和18）的乘积之比，所以馏出液中有机物质同水的质量之比可按下式计算：

例如，苯胺和水的混合物用水蒸气蒸馏时，苯胺的沸点是184.4℃，苯胺和水的混合物在98.4℃就沸腾。在这个温度下，苯胺的蒸气压是5599.5Pa，水的蒸气压是95725.5Pa，两者相加等于101325Pa。苯胺的相对分子质量为93，所以馏出液中苯胺与水的质量比等于：

由于苯胺略溶于水，这个计算所得的仅是近似值。

水蒸气蒸馏是用以分离和提纯有机化合物的重要方法之一，常用于下列各种情况：一般蒸馏会发生分离的高沸点有机化合物；混合物中含有大量的树脂状或焦油状以及不挥发杂质，采用蒸馏、萃取等方法难以分离；从固体较多的反应混合物中分离被吸附的液体；从反应混合物中去除易挥发的有机物。

水蒸气蒸馏装置和操作

水蒸气蒸馏装置，主要由水蒸气发生器A、三口或二口圆底烧瓶D和长的直型水冷凝管F组成。若反应在圆底烧瓶内进行，可在圆底烧瓶上装配蒸馏头（或克氏蒸馏头）代替三口烧瓶。铁质发生器A通常可用二口或三口烧瓶代替。器内盛水约占其容量的1/2，可从其侧面的玻璃水位管察看器内的水平面。长玻璃管B为安全管。管的下端接近器底，根据管中水柱的高低，可以估计水蒸气压力的大小。圆底烧瓶D应当用铁夹夹紧，其中口通过螺口接头插入水蒸气导管C，其侧口插入馏出液导管E。导管C外径一般不小于7mm，以保证

水蒸气蒸馏装置

A—水蒸气发生器 B—安全管 C—水蒸气导管 D—三口圆底烧瓶

E—馏出液导管 F—冷凝管

水蒸气畅通，其末端应接近烧瓶底部，以便水蒸气和蒸馏物质充分接触并起搅动作用。导管E应略微粗一些，其外径约为l0mm，以便蒸气能畅通地进入冷凝管中。若管E的直径太小，蒸气的导出将会受到一定的阻碍，这会增加烧瓶D中的压力。导管E在弯曲处前的一段应尽可能短一些；在弯曲处后一段则允许稍长一些，因它可起部分的冷凝作用。用长的直型水冷凝管F可以使馏出液充分冷却。由于水的蒸发潜热较大，所以冷却水的流速也宜稍大一些。发生器A的支管和水蒸气导管C之间用一个T形管连接。在T形管的支管上套一段短橡皮管，用螺旋夹旋紧，它可以用以除去水蒸气中冷凝下来的水分。在操作中，如果发生不正常现象，应立刻打开夹子，使与大气相通。

把要蒸馏的物质倒入烧瓶D中，其量约为烧瓶容量的1/3。操作前，水蒸气蒸馏装置应经过检查，必须严密不漏气。开始蒸馏时，先把T形管上的夹子打开，用直接火把发生器里的水加热到沸腾。当有水蒸气从T形管的支管冲出时，再旋紧夹子，让水蒸气通入烧瓶中，这时可以看到瓶中的混合物翻腾不息，不久在冷凝管中就出现有机物质和水的混合物。调节火焰，便瓶内的混合物不致飞溅得太厉害，并控制馏出液的速度约为每秒钟2～3滴。为了使水蒸气不致在烧瓶内过多地冷凝，在蒸馏时通常也可用小火将烧瓶加热。在操作时，要随时注意安全管中的水柱是否发生不正常的上升现象，应立刻打开夹子，移去火焰，找出发生故障的原因；必须把故障排除后，方可继续蒸馏。

当馏出液澄清透明不再含有有机物质的油滴时，可停止蒸馏。这时应首先打开夹子，然后移去火焰。

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