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Sep 10, 2023

Was ist überhitzter Dampf und wozu dient er?

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Überhitzter Dampf klingt cool (also heiß), aber was ist das? Wofür kann es eigentlich verwendet werden?

Hier untersuchen wir, was mit dem Begriff überhitzter Dampf gemeint ist, und stellen einige seiner interessanten Einsatzmöglichkeiten und Vorteile vor.

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Überhitzter Dampf ist eine Form von Dampf, deren Temperatur unter einem bestimmten Druck höher ist als der Siedepunkt der Quellflüssigkeit, auch Verdampfungspunkt genannt.

Es ist ein relativer Zustand zu etwas, das gesättigter oder nasser Dampf genannt wird. Diese Art von Dampf liegt bei einem bestimmten Druck knapp über dem Siedepunkt der Quelle.

Sattdampf entsteht, wenn sowohl die Quellflüssigkeit als auch der Dampf die gleiche Temperatur haben und die Verdampfungs-/Kondensationsraten im Gleichgewicht sind. Mit anderen Worten: Dampf und Flüssigkeit können im selben Raum nebeneinander existieren.

Wenn dem Dampf oberhalb dieses Punktes zusätzliche Wärme und Temperaturgrade zugeführt werden, wird er als x-mäßig „Grad überhitzt“ betrachtet. An diesem Punkt neigen die meisten, wenn nicht alle Feuchtigkeitsspuren dazu, gelöscht zu werden, wodurch „trockener“ und dann überhitzter Dampf entsteht.

Überhitzter Dampf „kann sich daher um einen gewissen Grad abkühlen (innere Energie verlieren), was zu einer Absenkung seiner Temperatur führt, ohne seinen Zustand von einem Gas zu einer Mischung aus gesättigtem Dampf und Flüssigkeit zu ändern (d. h. zu kondensieren).“ - Wikipedia.

Tatsächlich ist in überhitztem Wasserdampf so viel Energie gespeichert, dass er tatsächlich zum Anzünden von Bränden verwendet werden kann!

„Wenn ungesättigter Dampf (eine Mischung, die sowohl Wasserdampf als auch flüssige Wassertröpfchen enthält) bei konstantem Druck erhitzt wird, bleibt auch seine Temperatur konstant, da die Dampfqualität (denken Sie an Trockenheit oder Prozentsatz an gesättigtem Dampf) auf 100 % ansteigt und trocken wird ( d. h. keine gesättigte Flüssigkeit) gesättigter Dampf. Durch fortgesetzte Wärmezufuhr wird dann der trockene gesättigte Dampf „überhitzt“. - Wikipedia.

Überhitzter Dampf kann beispielsweise durch die Entnahme von Dampf aus einem Kessel erzeugt werden. Anschließend wird es durch eine separate Heizvorrichtung, einen sogenannten Überhitzer, geleitet, um durch direkten Kontakt oder Strahlung zusätzliche Energie in den Dampf zu übertragen.

Diese Art von Dampf hat viel mehr Energie als gesättigter oder nasser Dampf und kann härter arbeiten als gesättigter Dampf. Der Energiegehalt von überhitztem Dampf ist für bestimmte Anwendungen jedoch weitaus weniger nützlich.

„Das liegt daran, dass überhitzter Dampf den gleichen Wärmeübergangskoeffizienten wie Luft hat, was ihn zu einem Isolator und schlechten Wärmeleiter macht.“

Sattdampf wird für Heizanwendungen bevorzugt, während überhitzter Dampf hauptsächlich in der Stromerzeugung und in Turbinen eingesetzt wird. Wenn Dampf sowohl für die Stromerzeugung als auch für die Heizung benötigt wird, kann der Dampf überhitzt und dann auf seinen Sättigungszustand enthitzt werden.“ – nationwideboiler.com.

Hier sind einige typische Anwendungen für überhitzten Dampf.

Obwohl überhitzter Dampf einige Desinfektionsanwendungen bietet, ist er nicht unbedingt die beste Option. Überhitzter Dampf ist schließlich effektiv trocken.

Dies liegt daran, dass überhitzter Dampf gegenüber gesättigtem oder nassem Dampf einige Nachteile hat. Letzterer kann seine Wärme tatsächlich besser übertragen als überhitzter Dampf und eignet sich daher besser für Desinfektionszwecke.

Überhitzter Dampf muss viel höhere Temperaturen erreichen als Nassdampf, was dazu führt, dass die Produkte über einen längeren Zeitraum ausgesetzt werden müssen. Aus dem gleichen Grund ist überhitzter Dampf zum Heizen nicht geeignet.

Zur antimikrobiellen Desinfektion von Biofilmen und harten Oberflächen kann jedoch leicht überhitzter Dampf verwendet werden.

Überhitzter Dampf eignet sich hervorragend für Dinge wie die Stromerzeugung. Seine enorme innere Energie kann durch mechanische Expansion gegen Turbinenschaufeln und Hubkolben sinnvoll für kinetische Reaktionen genutzt werden.

Überhitzter Dampf wird gegenüber gesättigtem Dampf bevorzugt, da er einen Großteil seiner inneren Energie für die Arbeit freisetzen und über dem Wasserdampfpunkt der Flüssigkeit bleiben kann (bei einem bestimmten Druck innerhalb der Turbine/des Kolbenmotors).

Bei höheren Drücken enthält Nassdampf Flüssigkeitströpfchen, die sich im Allgemeinen nur schwer komprimieren lassen. Solche Tröpfchen können auch Aufprallschäden an mechanischen Elementen von Turbinen und Triebwerken verursachen.

Auch gesättigter Dampf kann kondensieren, wenn Temperatur und Druck sinken. Entstehende Flüssigkeitströpfchen können zu Lochfraß an den Turbinenschaufeln führen.

Mit genügend Kraft können sie sogar wichtige Komponenten der Turbine/des Triebwerks verbiegen, reißen oder zerbrechen. Dies ist natürlich insbesondere bei größeren, teureren Turbinen nicht wünschenswert.

Überhitzter Dampf ermöglicht auch höhere Dampfgeschwindigkeiten durch Rohre (typischerweise).100 m/s ). Dies bedeutet, dass für die Übertragung kleinere Rohre verwendet werden können (solange der Druckabfall nicht zu groß ist).

Es wird auch häufig in Kernkraftwerken eingesetzt.

Überhitzter Dampf wurde häufig in Dampflokomotiven und anderen Dampfmaschinen eingesetzt. Es erwies sich für den Antrieb der Lokomotive als wirtschaftlicher und effizienter als Sattdampf.

Da es praktisch trocken ist, war die Wahrscheinlichkeit geringer, dass der Dampf in den Zylindern der Lokomotive kondensierte, sodass diese nicht regelmäßig entleert werden mussten.

Überhitzter Dampf wird auch für verschiedene Verarbeitungsanwendungen verwendet, wie zum Beispiel: -

- Trocknen

- Reinigung

- Dampfoxidation

- Schichtung

- Reaktionstechnik

- Epoxidtrocknung

- Aushärten

- Chemische Reaktionsverarbeitung

- Katalyse

- Energiesysteme

- Nanotechnologie

Um nur einige zu nennen.

Auch in der Lebensmittelverarbeitung kann es mit großem Erfolg eingesetzt werden. Da überhitzter Dampf unter den richtigen Umständen schnell Wärme übertragen kann, kann er zum schnellen Erhitzen von Gegenständen verwendet werden.

„Die Hauptvorteile der Verwendung von überhitztem Dampf für die Lebensmittelverarbeitung sind eine bessere Produktqualität (Farbe, Schrumpfung und Rehydrierungseigenschaften), geringere Oxidationsverluste und eine höhere Energieeffizienz.“ – Alfy A. et al.

Für einige Formen der Schädlingsbekämpfung kann auch überhitzter Dampf eingesetzt werden. Es kann beispielsweise zur Bodenbedampfung eingesetzt werden.

Hier wird der Dampf in den Boden eingeleitet, wodurch fast das gesamte organische Material zersetzt wird. Die Bodenbedampfung ist eine wirksame Alternative zum Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft.

Dies hängt vollständig von der jeweiligen Quellflüssigkeit ab. Damit der Dampf überhitzt wird, muss er den Siedepunkt der Flüssigkeit so weit überschreiten, dass er die meisten, wenn nicht alle flüssigen Bestandteile verliert.