Quelle quantité de vapeur est nécessaire pour échanger de la vapeur contre de l'eau chaude ?

La quantité de vapeur nécessaire pour chauffer l'eau avec de la vapeur dépend de nombreux facteurs, notamment la pression de la vapeur, la température, la température cible de l'eau chaude, l'efficacité du transfert de chaleur et la perte de chaleur du système. Voici une méthode de calcul simplifiée, en supposant que la libération de vapeur est principalement de la chaleur latente et qu'il n'y a pas de pertes de chaleur significatives :

1. Formule de base:

   Q=meau chaude⋅c⋅ΔT+meau chaude⋅L(si l'eau chaude doit être vaporisée)Q = m_{\text{eau chaude}} \cdot c \cdot \Delta T + m_{\text{eau chaude}} \cdot L \quad (\text{si l'eau chaude doit être vaporisée})Q=mEau chaude​⋅c1 TP3Te51TP 3Te7% e8⋅ΔT+mEau chaude​⋅L(Si l'eau chaude doit être vaporisée)

   dans:

   • $Q$: Besoin calorique total (kilojoules, kJ)
   • mEau chaudem_{\text{Eau chaude}} mEau chaude​: Masse d'eau chaude (kg), 1 mètre cube d'eau chaude ≈ 1000 kg (en supposant que la densité est d'environ 1 g/cm³)
   • $c1\; TP3Te51TP\; 3Te7\%\; e8$:La capacité thermique spécifique de l'eau est d'environ 4,18 kJ/(kg·℃)
   • $\Delta T$: Valeur d'augmentation de la température de l'eau chaude (℃)
   • $L$: Chaleur latente de vaporisation de l'eau (kJ/kg, négligeable si la vaporisation n'est pas impliquée)

2. Chaleur fournie par la vapeur：La chaleur dégagée par la vapeur provient principalement de sonchaleur latente de condensation(chaleur latente de vaporisation) et possiblechaleur sensible. Par exemple:

   • La chaleur latente de vaporisation de la vapeur saturée (0,1 MPa, 100 °C) est d'environ 2 257 kJ/kg.
   • Après la condensation de la vapeur, si la température continue de baisser, de la chaleur sensible sera libérée (calculée en fonction de la capacité thermique spécifique de l'eau liquide).

   Calcul du volume de vapeur :

   mvapeur = Q chaleur latente de la vapeur + chaleur sensible (le cas échéant)m_{\text{vapeur}} = \frac{Q}{\text{chaleur latente de la vapeur} + \text{chaleur sensible (le cas échéant)}}mvapeur​=Chaleur latente de la vapeur+Chaleur sensible (le cas échéant)Q​

3. Exemple simplifié: Hypothèses :

   • Il faut chauffer 1 mètre cube (1000 kg) d'eau de 20°C à 80°C (sans vaporiser).
   • La vapeur est de la vapeur saturée de 0,1 MPa et seule la chaleur latente (2257 kJ/kg) est prise en compte.
   • L'efficacité de l'échange thermique est de 100% (la perte d'efficacité doit être prise en compte dans la pratique).

   Besoins caloriques :

   $$Q=1000\cdot 4.18\cdot (80-20)=250,800\text{kJ}$$

   Volume de vapeur requis :

   m vapeur = 250 8002257≈111 kg m_{\text{vapeur}} = \frac{250 800}{2257} \environ 111 \, \text{kg}mvapeur​=2257250,800​≈111kg

   Par conséquent, environ 111 kg de vapeur.

4. Considérations pratiques:

   • Efficacité du transfert de chaleur:Dans le système actuel, l'efficacité de l'échangeur de chaleur peut être de 80% à 95%, et un volume de vapeur supplémentaire est requis.
   • État de la vapeur:La chaleur latente et la chaleur sensible de la vapeur à haute pression ou surchauffée sont différentes, et il est nécessaire de rechercher un tableau (comme un tableau de vapeur) basé sur des paramètres spécifiques.
   • Perte de chaleur:La dissipation de chaleur des tuyaux et des équipements augmentera la demande de vapeur.
   • Récupération des condensats：Si la chaleur de l'eau condensée est récupérée, la consommation de vapeur peut être réduite.

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