Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Значения соответствуют состоянию насыщения (сухой насыщенный пар) и рассчитаны по уравнению состояния воды и водяного пара МАСВП (IAPWS). Здесь r = h″ − h′ — разность удельных энтальпий сухого насыщенного пара и кипящей воды при одном давлении. Прослеживается обратная зависимость: с ростом давления теплота парообразования падает, а температура кипения растёт. Для расчёта берут строку, ближайшую к рабочему давлению, либо применяют линейную интерполяцию между соседними строками.
Таблица показывает ту же величину, что и таблица 1, но с входом по температуре насыщения. Каждой температуре соответствует своё давление насыщения. По мере приближения к критической точке (≈ 373,95 °C; 22,064 МПа) различие между жидкостью и паром исчезает, и теплота парообразования стремится к нулю. Удобна, когда известна температура процесса, а не давление.
Значения приведены при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) и температуре, равной нормальной температуре кипения каждого вещества. Вода резко выделяется на фоне органических жидкостей из-за прочной водородной связи. Эти данные применяют при оценке энергии сушки, дистилляции, ректификации, испарительного охлаждения. При другом давлении величину r следует пересчитывать.
Теплота парообразования хладагента определяет холодопроизводительность на единицу массового расхода в испарителе. У аммиака она в несколько раз выше, чем у галогенуглеводородов, поэтому при равной мощности нужен меньший массовый расход. Значения даны при нормальной температуре кипения; в реальном цикле испарение идёт при иной температуре, и r берут из таблиц насыщения конкретного хладагента.
Удельная теплота парообразования (теплота испарения) показывает, сколько энергии нужно подвести к единице массы жидкости, чтобы при постоянной температуре превратить её в пар. Для тепловых расчётов это одна из ключевых величин: она определяет мощность испарителей и котлов, тепловую нагрузку конденсаторов и холодопроизводительность испарителей. Таблица значений для воды и технических жидкостей при разных давлениях собрана выше; ниже — пояснения, зависимости и примеры расчётов.
Удельная теплота парообразования r — это количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг жидкости, уже нагретой до температуры кипения, в сухой насыщенный пар той же температуры. В системе СИ измеряется в Дж/кг, на практике обычно в кДж/кг; встречается и устаревшая внесистемная единица ккал/кг (1 ккал ≈ 4,187 кДж). Ту же величину называют скрытой теплотой парообразования: подведённая энергия не повышает температуру, а расходуется на разрыв межмолекулярных связей и работу расширения при переходе жидкость–пар.
Количество теплоты на полное испарение массы m при температуре кипения рассчитывают по простой формуле:
В термодинамике пара удобнее другое определение той же величины: r равна разности удельных энтальпий сухого насыщенного пара h″ и кипящей воды h′ при одном давлении: r = h″ − h′. Именно так теплота парообразования вычисляется по таблицам насыщенного пара. Процесс полностью обратим по энергии: при конденсации 1 кг пара выделяется ровно столько же теплоты, сколько было затрачено на его образование, — это и есть теплота конденсации, численно равная r.
Теплота парообразования воды не постоянна: она зависит от давления, при котором происходит кипение. Зависимость обратная — с ростом давления r снижается, одновременно повышается температура кипения. При атмосферном давлении (около 0,1 МПа) вода кипит при 100 °C, и r ≈ 2256 кДж/кг. При 10 МПа (около 100 атм.) кипение наступает уже при 311 °C, а теплота парообразования падает примерно до 1320 кДж/кг — то есть почти вдвое. Полная картина приведена в таблице 1.
Физически это объясняется сближением свойств жидкости и пара по мере роста давления: при высоком давлении пар плотнее, удельный объём фазового перехода меньше, и на расширение тратится меньше энергии. В пределе, у критической точки, фазы становятся неразличимыми.
В критической точке воды (≈ 373,95 °C и 22,064 МПа) граница раздела жидкость–пар исчезает, и удельная теплота парообразования обращается в нуль.
Эта же закономерность лежит в основе вакуумной техники: при понижении давления температура кипения падает (вода может кипеть и при комнатной температуре), а теплота парообразования, наоборот, несколько растёт. Например, при 0,1 бар кипение идёт около 46 °C, и r ≈ 2393 кДж/кг. Этот эффект используют в вакуумной сушке и лиофилизации, где важно испарять влагу при низкой температуре.
Поскольку на линии насыщения каждой температуре отвечает своё давление, зависимость от температуры эквивалентна зависимости от давления, только с другим входным параметром. По мере роста температуры кипения теплота парообразования монотонно убывает: от примерно 2501 кДж/кг в тройной точке (0,01 °C) до нуля в критической точке. Значения по температуре сведены в таблице 2 — она удобна, когда в расчёте задана температура процесса.
Темп убывания неравномерен. На участке от 0 до 200 °C r снижается плавно (примерно с 2501 до 1940 кДж/кг), а ближе к критической области падение становится резким: между 300 и 374 °C величина обрушивается с 1405 практически до нуля. Это нужно учитывать в расчётах высокопараметрических котлов и теплообменников, работающих при околокритических давлениях.
Связь теплоты парообразования с наклоном кривой насыщения p(T) описывает уравнение Клаузиуса–Клапейрона; именно по нему теплоту парообразования можно оценить, зная зависимость давления насыщенного пара от температуры, и наоборот. На практике инженеру достаточно готовых таблиц насыщения, согласованных на международном уровне.
Сравнение разных жидкостей (таблица 3) показывает, что вода обладает аномально высокой теплотой парообразования — 2256 кДж/кг. У спиртов она заметно ниже (метанол ≈ 1100, этанол ≈ 840 кДж/кг), у типичных органических растворителей — ещё ниже (ацетон ≈ 520, бензол ≈ 394, толуол ≈ 360 кДж/кг). Причина высокого значения у воды — прочная сетка водородных связей, на разрыв которой при испарении уходит много энергии.
На величину r влияют:
У сжиженных газов теплота парообразования относительно невелика (азот ≈ 199, кислород ≈ 213 кДж/кг), что учитывают при расчёте испарителей криогенных установок. Высокая величина у аммиака (1370 кДж/кг) делает его эффективным холодильным агентом: на единицу массы он переносит больше теплоты, чем галогенуглеводороды.
Теплота парообразования входит в расчёты везде, где есть фазовый переход жидкость–пар: паровые котлы и парогенераторы, выпарные аппараты, ректификационные колонны, конденсаторы, испарительные градирни, холодильные машины. Типовая задача — найти теплоту или расход теплоносителя через величину r из таблиц.
Когда жидкость подаётся холодной, полная теплота складывается из нагрева до кипения и собственно испарения.
При конденсации пара выделяется теплота, численно равная теплоте парообразования при том же давлении. Это определяет нагрузку конденсатора и расход охлаждающей воды.
В холодильном контуре полезный холод создаётся за счёт кипения хладагента в испарителе. Чем выше теплота парообразования, тем меньший массовый расход нужен для той же мощности.
Современные таблицы свойств воды и водяного пара рассчитывают по формулировкам Международной ассоциации по свойствам воды и водяного пара (МАСВП, англ. IAPWS). Для научных расчётов используют фундаментальное уравнение состояния IAPWS‑95, для промышленных — согласованную с ним промышленную формулировку IAPWS‑IF97. В этих документах закреплены и опорные константы воды: критическая температура 647,096 K (≈ 373,95 °C), критическое давление 22,064 МПа, критическая плотность 322 кг/м³.
В отечественной практике действуют стандартные справочные данные Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД): таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара, согласованные с уравнениями МАСВП и Международной температурной шкалой МТШ‑90. Классические справочники М. П. Вукаловича, С. Л. Ривкина и А. А. Александрова по сей день остаются основой инженерных расчётов паровых циклов и охватывают диапазон давлений от тройной до критической точки.
При нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) и температуре кипения 100 °C удельная теплота парообразования воды составляет около 2256 кДж/кг (в школьных задачах часто округляют до 2,3 МДж/кг). С изменением давления значение меняется — см. таблицу 1.
С ростом давления повышается температура кипения, а свойства жидкости и пара сближаются: пар становится плотнее, удельный объём фазового перехода уменьшается, и на работу расширения тратится меньше энергии. В критической точке различие фаз исчезает и теплота парообразования обращается в нуль.
По модулю это одна и та же величина при одном давлении. При испарении энергия поглощается, при конденсации — выделяется в том же количестве. Поэтому в таблицах насыщенного пара приводят одно значение r для обоих процессов.
Определите рабочий параметр — абсолютное давление или температуру насыщения. Найдите соответствующую строку (или интерполируйте между соседними) и возьмите значение r. Полную теплоту получите по формуле Q = r·m; если жидкость подаётся холодной, добавьте теплоту нагрева c·m·Δt.
В воде молекулы связаны прочной сеткой водородных связей. На их разрыв при переходе в пар требуется значительно больше энергии, чем для слабее связанных органических жидкостей, поэтому r у воды в несколько раз выше (см. таблицу 3).
Теплоту парообразования для фактического рабочего давления котла, а не атмосферное значение. Например, для пара 8 бар это около 2047 кДж/кг, а не 2256 кДж/кг. Иначе расчётная производительность будет завышена.
В СИ — Дж/кг, на практике обычно кДж/кг. Встречается устаревшая внесистемная единица ккал/кг (1 ккал ≈ 4,187 кДж). В химии теплоту испарения нередко приводят к молю — в кДж/моль.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.