Hơi nước là gì?

Hơi nước là chất khí hình thành khi nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Ở cấp độ phân tử, đây là khi các phân tử H2O thoát khỏi các liên kết (liên kết hydro) giữ chúng lại với nhau.

Cách hoạt động của hơi nước

Trong nước lỏng, các phân tử H₂O liên tục kết hợp và tách rời nhau. Tuy nhiên, khi các phân tử nước được đun nóng, các liên kết giữa các phân tử bắt đầu bị phá vỡ nhanh hơn so với tốc độ hình thành. Cuối cùng, khi cung cấp đủ nhiệt, một số phân tử sẽ thoát ra. Những phân tử ‘tự do’ này tạo thành chất khí trong suốt mà chúng ta biết đến là hơi nước, hay cụ thể hơn là hơi nước khô.

Hơi nước khô so với hơi nước ướt

Trong các ngành công nghiệp sử dụng hơi nước, hai loại hơi nước thường được đề cập là hơi nước khô (còn gọi là “hơi bão hòa”) và hơi nước ướt.

• Hơi nước khô áp dụng khi tất cả các phân tử nước của nó vẫn ở trạng thái khí. Nó là một chất khí trong suốt.
• Hơi nước ướt áp dụng khi một phần phân tử nước của nó đã giải phóng năng lượng (nhiệt ẩn) và ngưng tụ để hình thành các giọt nước nhỏ.

Lấy ví dụ về ấm đun nước. Nước đầu tiên được làm nóng bằng một thanh đun. Khi nước hấp thụ ngày càng nhiều nhiệt từ thanh đun, các phân tử của nó trở nên kích động hơn và bắt đầu sôi. Khi hấp thụ đủ năng lượng, một phần nước sẽ bốc hơi, có thể tăng thể tích phân tử lên đến 1600 lần.

Đôi khi có thể nhìn thấy sương mù thoát ra từ vòi. Sương mù này là một ví dụ về cách hơi nước khô, khi được giải phóng vào khí quyển lạnh hơn, mất một phần năng lượng bằng cách truyền nó vào không khí xung quanh. Nếu mất đủ năng lượng để các liên kết phân tử bắt đầu hình thành trở lại, có thể nhìn thấy các giọt nhỏ lơ lửng trong không khí. Hỗn hợp nước ở trạng thái lỏng (các giọt nhỏ) và trạng thái khí (hơi nước) này được gọi là hơi nước ướt.

Để biết thêm thông tin về bản chất và các loại hơi nước khác nhau, hãy đọc bài viết sau:
Các loại hơi nước

Hơi nước như một nguồn năng lượng

Hơi nước đóng một vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp. Việc hiện đại hóa động cơ hơi nước vào đầu thế kỷ 18 đã dẫn đến những đột phá lớn như phát minh ra đầu máy xe lửa chạy bằng hơi nước và tàu thủy chạy bằng hơi nước, chưa kể đến lò hơi và búa hơi. Cái sau không phải là tham chiếu đến hiện tượng búa nước trong đường ống hơi, mà là một chiếc búa chạy bằng hơi nước được sử dụng để tạo hình các sản phẩm rèn.

Tuy nhiên, ngày nay, động cơ đốt trong và điện thường thay thế hơi nước như một nguồn năng lượng. Dù vậy, hơi nước vẫn được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện và cho một số ứng dụng công nghiệp quy mô lớn.

Hơi nước như một nguồn nhiệt

Hơi nước hiện nay chủ yếu được biết đến với các ứng dụng gia nhiệt, như một nguồn nhiệt trực tiếp và gián tiếp.

Gia nhiệt bằng hơi nước trực tiếp

Phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước trực tiếp đề cập đến các quy trình mà hơi nước tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm nóng.

Ví dụ dưới đây cho thấy bánh bao Trung Quốc đang được hấp. Một giỏ hấp được đặt trên một nồi nước sôi. Khi nước sôi, hơi nước bốc lên vào giỏ và nấu chín thức ăn. Trong thiết lập này, nồi hơi (nồi) và bình hấp (giỏ) được kết hợp với nhau.

Nguyên lý đằng sau việc hấp thức ăn là bằng cách cho phép hơi nước tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm nóng, nhiệt ẩn của hơi nước có thể được truyền trực tiếp vào thức ăn, và các giọt nước hình thành thông qua quá trình ngưng tụ có thể cung cấp độ ẩm.

Trong công nghiệp, phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước trực tiếp thường được sử dụng để nấu ăn, khử trùng, dập tắt bằng hơi nước, lưu hóa và các quy trình khác.

Gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp

Phương pháp gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp đề cập đến các quy trình mà hơi nước không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được làm nóng. Nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì nó cung cấp khả năng gia nhiệt nhanh và đồng đều. Phương pháp này thường sử dụng bộ trao đổi nhiệt để làm nóng sản phẩm.

Ưu điểm của phương pháp này so với gia nhiệt bằng hơi nước trực tiếp là các giọt nước hình thành trong quá trình gia nhiệt sẽ không ảnh hưởng đến sản phẩm. Do đó, hơi nước có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như nấu chảy, sấy khô, đun sôi và tương tự.

Gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp được sử dụng trong nhiều quy trình như sản xuất thực phẩm và đồ uống, lốp xe, giấy, bìa cứng, nhiên liệu như xăng và dược phẩm, chỉ để kể tên một vài.

Để biết thêm chi tiết về việc sử dụng hơi nước trong công nghiệp, hãy đọc bài viết sau:
[Các ứng dụng chính của hơi nước]

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương