Экономическую выгоду использования дистиллированной воды вместо воды, очищенной другими методами можно не только ощутить на практике, но рассчитать теоретически с помощью формул из школьной физики.
Для понимания процесса давайте посмотрим, какое обозначение процессам кипения дает энциклопедия.

Кипение - процесс парообразования в жидкости (переход вещества из жидкого в газообразное состояние), с возникновением границ разделения фаз. Температура кипения при атмосферном давлении приводится обычно как одна из основных физико-химических характеристик химически чистого вещества.
Кипение отличается от испарения, тем, что может происходить при определённой температуре и давлении. Кипение, как и испарение, является одним из способов парообразования.
Кипение является фазовым переходом первого рода. Кипение происходит гораздо более интенсивно, чем испарение с поверхности, из-за образования очагов парообразования, обусловленных как достигнутой температурой кипения, так и наличием примесей.

Кипячение - нагревание жидкости (обычно воды) до температуры кипения. Физический способ дезинфекции.

Энергия, необходимая для перехода воды из жидкого состояния в газообразное, значительно превышает энергию, необходимую для нагревания ее до температуры кипения.
Например, для плавления 1 кг льда температурой 0°С требуется 340 кДж энергии. Для нагревания полученной воды массой 1 кг от 0°С до 100°С необходимо уже 420 кДж. А для того, что бы обратить эту воду в 1 кг пара с температурой, равной тем же 100°С требуется 2260 кДж энергии!

Теперь, переходим к формуле расчета стоимости 1 литра дистиллированной воды:

С=L×Т×К
С=2260×0,28×1/3600=0,18 грн/л,

где
L — удельная теплота парообразования воды при 100°С, Дж/кг,
Т — тариф на электроэнергию для бытовых потребителей,
К — коэффициент перевода Джоулей в киловатт-часы.

Следует учесть, что не вся теплота нагревательного элемента идет на нагрев воды, часть тепла нагревательного элемента идет на нагрев корпуса дистиллятора и в воздух. Реальный КПД для бытовых дистилляторов около 75% (потери тепла составляют 25%). Следовательно, что бы посчитать реальную цену 1 литра дистиллированной воды, нужно учесть потери тепла. В таком случае расчетную стоимость нужно умножить на 1,25. В нашем случае получаем 0,18×1,25=0,23 грн/л.

Расчет велся для дистиллятора, в который заливалась горячая вода, для холодной воды необходимо делать отдельный расчет.
Чтобы нагреть на 1 литр воды на 80 градусов (от 20 градусов до 100) надо – 4,187×80 = 335 кДж энергии.

Дистиллятор WD-11(12) мощностью 0,75 кВт·ч производит около 0,9 литра воды в час, при условии, что в бойлер залита горячая вода. Для получения 1 литра воды необходимо затратить 0,75/0,9=0,83 кВт энергии. Теоретически необходимо 2260/3600=0,63 кВт, следовательно КПД будет 063/0,83=0,76×100%=76%.

В статье приведен фрагмент таблицы насыщенного и перегретого пара. С помощью этой таблицы по значению давления пара определяются соответствующие значения параметров его состояния.

Столбец 1: Давление пара (p)

В таблице указано абсолютное значение давления пара в бар. Этот факт необходимо иметь ввиду. Когда речь идет о давлении, как правило говорят об избыточном давлении, которое показывает манометр. Однако, инженеры-технологи в своих расчетах используют значение абсолютного давления. В практике эта разница часто приводит к недоразумениям и обычно с неприятными последствиями.

С введением системы СИ было принято, что в расчетах должно использоваться только абсолютное давление. Все приборы измерения давления технологического оборудования (кроме барометров) в основном показывают избыточное давление, мы подразумеваем абсолютное давление. Под нормальными атмосферными условиями (на уровне моря) понимают барометрическое давление 1 бар. Избыточное давление обычно указывается в бари (barg).

Столбец 2: Температура насыщенного пара (ts)

В таблице, наряду с давлением, приведена соответствующая температура насыщенного пара. Температура при соответствующем давлении определяет точку кипения воды и таким образом температуру насыщенного пара. Значения температуры в этом столбце определяют также температуру конденсации пара.

При давлении 8 бар температура насыщенного пара составляет 170оС. Конденсат, образованный из пара при давлении 5 бар, имеет соответствующую температуру 152 оС.

Столбец 3: Удельный объем (v”)

Удельный объем указывается в м3/кг. С увеличением давления пара величина удельного объема уменьшается. При давлении 1 бар удельный объем пара составляет 1,694 м3/кг. Или иначе говоря 1 дм3 (1 литр или 1 кг) воды при испарении увеличивается в объеме в 1694 раза по сравнению с первоначальным жидким состоянием. При давлении 10 бар удельный объем составляет 0,194 м3/кг, что в 194 раза больше, чем у воды. Значение удельного объема используются в расчетах диаметров паро- и конденсатопроводов.

Столбец 4: Удельный вес (ρ=ро)

Удельный вес (также называется плотность) указан в кДж/кг. Он показывает, сколько килограмм пара содержится в 1 м3 объема. С увеличением давления удельный вес увеличивается. При давлении 6 бар пар объемом 1м3 имеет вес 3,17 кг. При 10 бар – уже 5,15 кг и при 25 бар – более 12,5 кг.

Столбец 5: Энтальпия насыщения (h’)

Энтальпия кипящей воды указана в кДж/кг. Значения в этом столбце показывают, какое количество тепловой энергии необходимо, чтобы 1 кг воды при определенном давлении довести до состояния кипения, или какое количество тепловой энергии содержит конденсат, который при том же давлении сконденсировался из 1 кг пара. При давлении 1 бар удельная энтальпия кипящей воды составляет 417,5 кДж/кг, при 10 бар – 762,6 кДж/кг, и при 40 бар – 1087 кДж/кг. С увеличением давления пара энтальпия воды увеличивается, причем ее доля в суммарной энтальпии пара при этом постоянно растет. Это значит, чем выше давление пара, тем больше тепловой энергии остается в конденсате.

Столбец 6: Суммарная энтальпия (h”)

Энтальпия указан в кДж/кг. В этом столбце таблицы приведены значения энтальпии пара. Из таблицы видно, что энтальпия растет до давления 31 бар и при дальнейшем увеличении давления снижается. При давлении 25 бар значение энтальпии 2801 кДж/кг. Для сравнения значение энтальпии при 75 бар составляет 2767 кДж/кг.

Столбец 7: Тепловая энергия парообразования (конденсации) (r)

Энтальпия парообразования (конденсации) указана в кДж/кг. В этом столбце приведены значения количества тепловой энергии, которое требуется для полного испарения 1 кг кипящей воды при соответствующем давлении. И наоборот – количество тепловой энергии, которое высвобождается в процессе полной конденсации (насыщенного) пара при определенном давлении.

При давлении 1 бар r = 2258 кДж/кг, при 12 бар r = 1984 кДж/кг и при 80 бар r = лишь 1443 кДж/кг. С увеличением давления количество тепловой энергии парообразования или конденсации снижается.

Правило:

При увеличении давления пара количество тепловой энергии, необходимое для полного испарения кипящей воды, уменьшается. И в процессе конденсации насыщенного пара при соответствующем давлении высвобождается меньше тепловой энергии.

Свойства пара определяются его параметрами, то есть величинами, характеризующими состояние пара (давление, температура, степень сухости, энтальпия, теплосодержание и т. д.). Тепловая энергия подводится к при помощи водяного пара, являющегося носителем тепловой энергии (теплоносителем).

Насыщенный пар

Если нагревать воду в открытом сосуде, то температура ее будет постепенно повышаться, пока не достигнет примерно 100 0 С; после этого дальнейшее повышение температуры прекращается и начинается кипение воды, то есть бурный переход ее в парообразное состояние. Температура воды во время кипения остается одной и той же, так же как температура получающегося над водой пара; она равна точно 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном давлению ртутного столба 760 мм высотой. Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления - понижается.

Так, при давлении 0,02 ата (0,02 от атмосферного давления) вода кипит при 17,2 0 С, а при давлении 10 ата при 179 0 С.

Температура пара над водой, из которой он получается (рис. 1) , всегда равна температуре этой воды. Получающийся над водой пар называется насыщенный пар .

Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.

Перегревая свежий пар, мы сообщаем ему дополнительную теплоты, то есть увеличиваем начальную энтальпию. Это приводит к увеличению использованного теплопадения и повышению экономического к.п.д. установки работающей на перегретом паре. Кроме того, перегретый пар при движении в паропроводах не конденсируется в воду, так как конденсация может начаться только с момента, когда температура перегретого пара понизиться на столько, что он перейдет в насыщенное состояние. Отсутствие конденсации свежего пара особенно важно для паровых турбин, вода, скопившаяся в паропроводе и увлеченная паром в турбину, легко может разрушить лопатки турбины.

Преимущество перегретого пара настолько значительны и выгодность его применения настолько велика, что современные турбинные установки работают почти исключительно перегретым паром.

Вода - слово, которое, казалось бы, такое простое по звучанию, но совсем не простое по своему значению. Вода - это пара атомов водорода и всего один атом кислорода. Все так просто и так сложно одновременно. Вода является уникальным веществом, которое может приобретать жидкое, газообразное и твердое состояние.

Мы каждый день сталкиваемся с водой - умываемся ею, моем ею посуду, пьем ее или варим из нее суп. Мы используем ее, не обращая никакого внимания на свойства воды. Любопытно, но именно благодаря ряду свойств, которыми обладает вода, наши водоемы не промерзают зимой, весенние паводки случаются не часто.

Без воды нельзя представить жизнь человека, жизнь животного или растения. Без воды не обойдется ни техника, ни промышленность, ни производство. Что является источником энергии? Конечно же, вода. Вода способна перенести тепло, а также может стать благодатной средой для протекания химических процессов.

Вода постоянно путешествует. Если и говорить о круговороте вещей в природе, то вода займет здесь первое и лидирующее место. Именно вода движется без всяких остановок. Ей нипочем огромные расстояния. Вода то и дело испаряется с поверхности водоемов, превращаясь в пар. Пар уходит в верхние слои, концентрируясь в облаках. Ветра переносят облака. Через некоторое время вся вода, ушедшая на верх снова оказывается внизу, это происходит при помощи выпадения снега или же дождя. Осадки имеют свойства проникать в в почву. Внутри почвы вода концентрируется и преобразуется в подземные воды. Как только вода вышла на поверхность - она превратилась в ручеек, а затем - в реку. Такая вода по прошествии времени, так или иначе, попадет в океан, ну а дальше по новой схеме. Снова круговорот, снова облака, дождь, и так далее.

Все вокруг твердят - вода, вода, она так необходима, без нее не прожить. А что такое вода, по сути, и какую роль она играет? Для человека вода - это то, без чего его существование может прекратиться. Живое существо может не есть долгий период времени, а вот не пить никак нельзя. Вода способна отрегулировать температуру тела. Именно она выводит из организма отходы процессов жизнедеятельности, шлаки. Без воды органам сложно усвоить питательные вещества, поступающие вместе с пищей. Вода - это то вещество, которому под силу преобразовать пищу в энергию. В организме постоянно должна присутствовать вода. В момент длительного отсутствия воды в организме ухудшаются процессы пищеварения, кроветворения. Ни один человек не способен самостоятельно, без воды, поддержать температуру своего тела.

Привычнее всего нам видеть воду в жидком состоянии. А задумывались ли вы над тем, сколько весит один килограмм воды ? Ведь мы знаем, что каждая вещь на Земле обладает своим весом. Оказывается, вес воды варьируется в зависимости от ее состояния, от наличия в ней примесей. Вода, находящаяся в жидком состоянии может обладать разным весом. Как это возможно? Попробуем измерить дождевую водицу. Если температура равна четырем градусам по Цельсию, то один литр дождевой воды весит один килограмм или тысячу грамм . Вес воды уменьшается при увеличении температуры. Если вода холодная, то ее вес будет больше, чем у такого же количества теплой воды. Литр холодной воды тяжелее литра теплой воды. Вода всегда служила эталонным веществом для перевода массы в объем и объема в массу. Все школьники сразу скажут, что один литр воды - это один килограмм, а один миллилитр воды - один грамм. Получается, что в одном кубе - тысяча литров воды.

Всем известно, что вода может замерзать, а может и кипеть. В восемнадцатом веке ученый из Швеции Андерс Цельсий проводил исследования, касающиеся температуры замерзания и кипения воды. Шкала Цельсия сегодня является самой популярной. В этой шкале промежуток между температурой кипения и замерзания воды равен 100 частям, 100 градусам. Да, вода действительно кипит при температуре сто градусов и замерзает при температуре ноль градусов по Цельсию. Это казалось бы аксиома, но, оказывается и ее можно опровергнуть. При нормальном атмосферном давлении вы можете нагреть воду до температуры, которая будет выше ста градусов, при этом, она не закипит. Также вы можете охладить ее ниже ноля градусов и она не превратится в лед. Такая ситуация возможна лишь в том случае, если у вас в арсенале будет чистейшая вода, без каких-либо примесей и добавок. Кипение, как и замерзание - это процессы, которые в первую очередь задевают нерастворенные частички, оказавшиеся в воде. Та вода, которой пользуемся мы, безусловно, имеет в своем составе некоторые нерастворенные частички, а значит температура ее кипения - 100 градусов по Цельсию, замерзания - ноль градусов по Цельсию.

Ученые и сегодня не могут однозначно сказать о воде, что это вещество ими полностью изучено. Однозначно и с уверенностью можно заявить лишь о том, что вода - самое необычное вещество, имеющееся на Земле.