لا يغلي الماء عند 100 °م إلا عند الضغط الجوي الطبيعي (101.325 كيلوباسكال). اخفض الضغط المطلق تنخفض نقطة الغليان: نحو 81 °م عند 50 كيلوباسكال، و60 °م عند 20 كيلوباسكال، و46 °م عند 10 كيلوباسكال، و33 °م عند 5 كيلوباسكال. هذا هو السبب الفيزيائي الذي يمكّن المجففات تحت التفريغ من تجفيف المنتجات الحساسة للحرارة عند درجة حرارة منخفضة. الفخ الوحيد هو وحدات الضغط: مقياس التفريغ يقرأ نسبةً إلى الغلاف الجوي، بينما تعتمد نقطة الغليان على الضغط المطلق.
سياق سريع: لماذا يهتم المهندسون بذلك
يغلي السائل عندما يساوي ضغط بخاره الضغط الواقع عليه. اخفض الضغط فوق الماء فتنخفض نقطة الغليان معه. يستفيد التجفيف تحت التفريغ من ذلك لتبخير الماء أو المذيب من المنتج عند درجة حرارة يتحملها المنتج. يمكن تجفيف مادة كانت ستتحلل عند 100 °م عند 45–60 °م تحت تفريغ معتدل، مع سطح تسخين أسخن قليلاً فقط.
تقدم هذه الصفحة الأرقام اللازمة لاختيار مستوى التفريغ، وتشرح التحويل بين الضغط المقاسي والمطلق الذي يسبب كثيراً من أخطاء المواصفات. إذا كنت تختار المعدات فالخطوة التالية هي معدات التجفيف تحت التفريغ: كيف تختار حسب المادة، وللمبادئ العامة راجع دليل المجفف الصناعي تحت التفريغ.
نقطة غليان الماء مقابل الضغط المطلق
القيم أدناه محسوبة بمعادلة أنطوان للماء بين 1 و100 °م. وهي دقيقة إلى جزء من الدرجة للاستخدام الهندسي.
| الضغط المطلق (كيلوباسكال) | الضغط المطلق (مللي بار) | نقطة غليان الماء (°م) |
|---|---|---|
| 101.3 | 1013 | 100.0 |
| 90 | 900 | 96.7 |
| 80 | 800 | 93.5 |
| 70 | 700 | 90.0 |
| 60 | 600 | 86.0 |
| 50 | 500 | 81.4 |
| 40 | 400 | 75.9 |
| 30 | 300 | 69.2 |
| 20 | 200 | 60.1 |
| 15 | 150 | 54.0 |
| 10 | 100 | 45.9 |
| 7 | 70 | 39.1 |
| 5 | 50 | 32.9 |
| 3 | 30 | 24.1 |
| 2 | 20 | 17.6 |
يبرز أمران. أولاً، المنحنى شديد الانحدار عند الضغط المنخفض: الانتقال من 20 إلى 10 كيلوباسكال يخفض نقطة الغليان نحو 14 °م، بينما الانتقال من 100 إلى 90 كيلوباسكال يخفضها 3 °م فقط. ثانياً، كلما نزلت أكثر وجب أن تكبر مضخة التفريغ والمكثف وخط البخار، لأن بخار الماء عند الضغط المنخفض يشغل حجماً هائلاً. عند 5 كيلوباسكال يشغل كيلوغرام واحد من بخار الماء نحو 28 متراً مكعباً؛ وعند 20 كيلوباسكال نحو 7.7 متر مكعب.
الضغط المقاسي مقابل الضغط المطلق
تقرأ معظم مقاييس التفريغ على المجففات الضغط المقاسي: الفرق بين ضغط الوعاء والغلاف الجوي المحيط. تعني القراءة -0.095 ميغاباسكال أن الوعاء أقل من الضغط الجوي بمقدار 0.095 ميغاباسكال (95 كيلوباسكال). والضغط الذي يحدد نقطة الغليان هو الضغط المطلق:
الضغط المطلق = الضغط الجوي + الضغط المقاسي (والضغط المقاسي سالب في حالة التفريغ)
عند مستوى سطح البحر يكون الضغط الجوي 101.3 كيلوباسكال. يحوّل الجدول القراءات الشائعة.
| القراءة (كيلوباسكال) | القراءة (ميغاباسكال) | الضغط المطلق (كيلوباسكال) | نقطة غليان الماء (°م) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 101.3 | 100.0 |
| -10 | -0.010 | 91.3 | 97.1 |
| -30 | -0.030 | 71.3 | 90.5 |
| -50 | -0.050 | 51.3 | 82.0 |
| -60 | -0.060 | 41.3 | 76.7 |
| -70 | -0.070 | 31.3 | 70.2 |
| -80 | -0.080 | 21.3 | 61.5 |
| -90 | -0.090 | 11.3 | 48.3 |
| -95 | -0.095 | 6.3 | 37.1 |
يبدو تفريغ «-0.09 ميغاباسكال» شبه مثالي، لكنه يترك 11 كيلوباسكال ضغطاً مطلقاً ونقطة غليان 48 °م. للكيلوباسكالات الأخيرة أهمية كبيرة، ولذلك تحدد جودة مضخة التفريغ إلى أي حد يمكن خفض درجة حرارة التجفيف.
تصحيح الارتفاع. إذا كان مصنعك على ارتفاع عالٍ فالضغط الجوي أقل، لذا تعني القراءة نفسها تفريغاً مطلقاً أعمق. عند 1,500 متر يبلغ الضغط الجوي نحو 84 كيلوباسكال، فتقابل قراءة -0.08 ميغاباسكال نحو 4 كيلوباسكال مطلق، لا 21 كيلوباسكال كما عند مستوى سطح البحر. حوّل دائماً باستخدام الضغط الجوي المحلي.
المعادلة وراء المخطط
يتبع ضغط بخار الماء بين 1 و100 °م معادلة أنطوان:
log10(P) = A - B / (C + T)
حيث P بالـ mmHg وT بالدرجة المئوية، وللماء A = 8.07131 وB = 1730.63 وC = 233.426. وبعد إعادة ترتيبها لنقطة الغليان عند ضغط معين:
T = B / (A - log10(P)) - C
لاستخدامها حوّل ضغطك المطلق إلى mmHg (اضرب الكيلوباسكال في 7.50062) ثم احسب. مثلاً عند 20 كيلوباسكال مطلق: P = 150.0 mmHg وlog10(P) = 2.176، فيكون T = 1730.63 / (8.07131 - 2.176) - 233.426 = 60.1 °م. وتطابق النتيجة المخطط.
للمذيبات الأخرى ثوابت مختلفة. المذيبات الأقل نقطة غليان تغلي عند درجات أدنى تحت التفريغ نفسه، وتتبع الخلائط قواعد أخرى، لذا استخدم دائماً بيانات مذيبك الفعلي.
ماذا يعني هذا للتجفيف تحت التفريغ
درجة حرارة المنتج ليست درجة حرارة مصدر الحرارة
تخبرك نقطة الغليان بدرجة الحرارة التي يتبخر عندها السائل عند سطح المنتج. ولا تحدد درجة حرارة وسط التسخين. في مجفف التوصيل تحت التفريغ يسخّن البخار أو الماء الساخن أو الزيت الحراري الغلاف أو المقلّب، ويبقى سطح المنتج قريباً من نقطة الغليان ما دامت هناك رطوبة حرة. ويقود فرق الحرارة بين السطح المسخّن والسائل المتبخر تدفق الحرارة، لذا يجفف المصدر الأسخن أسرع، ضمن ما يتحمله المنتج.
تعمل مجففات التوصيل تحت التفريغ من SINOTHERMO بدرجات حرارة لمصدر الحرارة من 50 °م إلى 200 °م بحسب الطراز. ويُذكر 50 إلى 200 °م لـالمجفف المجدافي تحت التفريغ، والمجفف المشطي تحت التفريغ والمجفف القرصي الأفقي تحت التفريغ؛ أما مجفف الخزانة الساكن بالتفريغ فمصدر حرارته دون 100 °م.
اختيار مستوى التفريغ
نهج عملي هو تحديد مستوى التفريغ انطلاقاً من أقصى درجة حرارة للمنتج:
- 1.حدد أعلى درجة حرارة يستطيع المنتج بلوغها بأمان وهو رطب.
- 2.اختر ضغطاً مطلقاً تكون نقطة غليانه أدنى من تلك الدرجة بعدة درجات.
- 3.تحقق من أن مضخة التفريغ والمكثف قادران على بلوغ هذا الضغط والحفاظ عليه عند حمل البخار.
مثلاً، يحتاج منتج يجب أن يبقى دون 60 °م إلى ضغط مطلق أقل من نحو 20 كيلوباسكال، أي قراءة نحو -0.08 ميغاباسكال عند مستوى سطح البحر. ويحتاج منتج محدود بـ45 °م إلى نحو 10 كيلوباسكال مطلق، أو نحو -0.09 ميغاباسكال مقاسي.
التجفيف في مرحلة المعدل المتناقص
عندما تزول الرطوبة السطحية ترتفع حرارة المنتج نحو حرارة مصدر الحرارة، ولا تعود نقطة غليان الماء الحر تحدّها. وفي المرحلة النهائية يساعد التفريغ بخفض الضغط الجزئي للمذيب المتبقي، فتخرج الرطوبة المرتبطة عند درجة أدنى مما عند الضغط الجوي. لذلك يُستخدم غالباً تفريغ أعمق في نهاية الدورة، وإن أمكن إجراء التجفيف الأولي تحت تفريغ معتدل.
المذيبات
في المنتجات المبللة بمذيب، تحدد نقطة الغليان تحت التفريغ ما إذا كان يمكن تكثيف المذيب عند درجة حرارة سائل التبريد المتاح. يحتاج مذيب يغلي عند 40 °م تحت التفريغ المختار إلى سائل في المكثف أبرد من 40 °م، وعادة أبرد بكثير. وإذا لم يستطع المكثف تكثيف البخار وصل إلى المضخة. افحص منحنى ضغط بخار المذيب قبل تحديد نظام التفريغ. وللاطلاع على جانب المضخة بالتفصيل راجع تحديد حجم مضخة التفريغ والمكثف للمجففات تحت التفريغ.
مثال محلول
الأرقام توضيحية وليست بيانات عملاء.
ينتج مصنّع معجون مستخلص حساساً للحرارة يبدأ بالتحلل فوق 55 °م. المجفف تحت التفريغ عند مستوى سطح البحر.
- 1.تترك نقطة غليان نحو 50 °م هامش أمان. ووفق المخطط تقابل 50 °م نحو 12 كيلوباسكال مطلق.
- 2.عند مستوى سطح البحر، 12 كيلوباسكال مطلق تساوي نحو -89 كيلوباسكال مقاسي، أي -0.089 ميغاباسكال.
- 3.يجب أن تحافظ المضخة على هذا المستوى في مواجهة البخار المتبخر. فإذا كان حمل التبخير 300 كغ ماء للدفعة خلال 5 ساعات (60 كغ/ساعة)، فحجم البخار عند 12 كيلوباسكال نحو 60 × 12.5 = نحو 750 م³/ساعة، ويجب أن يعالجه نظام التفريغ عبر المكثف. ويزيل المكثف معظم هذا البخار بتكثيفه، فتعالج المضخة أساساً الغازات غير القابلة للتكثف والبخار المتبقي.
يبين هذا لماذا تحدد درجة حرارة المنتج المستهدفة مستوى التفريغ، ويحدد مستوى التفريغ حجم المكثف والمضخة.
أخطاء شائعة ينبغي تجنبها
- 1.استخدام الضغط المقاسي كأنه مطلق. القراءة -0.09 ميغاباسكال ليست 90 كيلوباسكال مطلقة؛ بل نحو 11 كيلوباسكال مطلقة.
- 2.تجاهل الارتفاع. الضغط الجوي في موقعك يغيّر التحويل.
- 3.افتراض أن المنتج عند نقطة الغليان طوال الوقت. عندما تزول الرطوبة الحرة يسخن المنتج.
- 4.تحديد تفريغ عميق دون مكثف. حجم البخار عند الضغط المنخفض كبير، فيقوم المكثف بمعظم العمل.
- 5.استخدام بيانات الماء للمذيبات. لكل مذيب منحنى ضغط بخار خاص به.
- 6.نسيان تسرب الهواء. التسرب يحد من التفريغ الممكن ويزيد حمل المضخة.
جرّب قبل تحديد المواصفات
يعتمد مستوى التفريغ المناسب لمنتج حقيقي على حساسيته وبنيته وسلوكه في التجفيف. تجري SINOTHERMO تجارب تجريبية مدفوعة لتتمكن من إيجاد درجة حرارة التجفيف ومستوى التفريغ وزمن الدورة على مادتك الخاصة. اطلب تجربة تجريبية. النتائج ملك لك ويمكن استخدامها مع أي مورّد. نحن نصنّع المعدات ونبيعها ولا نقدم خدمة التجفيف بالتعاقد.
الأسئلة الشائعة
عند أي درجة يغلي الماء تحت التفريغ؟
يعتمد ذلك على الضغط المطلق. عند 50 كيلوباسكال يغلي الماء عند نحو 81 °م، وعند 20 كيلوباسكال عند نحو 60 °م، وعند 10 كيلوباسكال عند نحو 46 °م، وعند 5 كيلوباسكال عند نحو 33 °م.
ما نقطة غليان الماء عند -0.09 ميغاباسكال مقاسي؟
عند مستوى سطح البحر، -0.09 ميغاباسكال مقاسي تساوي نحو 11 كيلوباسكال مطلقة، وعندها يغلي الماء عند نحو 48 °م.
ما الفرق بين التفريغ المقاسي والمطلق؟
يُقاس التفريغ المقاسي نسبةً إلى الغلاف الجوي المحيط، ويُقاس الضغط المطلق نسبةً إلى التفريغ التام. المطلق يساوي الجوي زائد المقاسي، والمقاسي سالب في حالة التفريغ.
كيف أحسب نقطة غليان الماء عند ضغط معين؟
استخدم معادلة أنطوان، T = 1730.63 / (8.07131 - log10(P)) - 233.426، حيث P بالـ mmHg وT بالدرجة المئوية، وهي صالحة بين 1 و100 °م.
هل يحدث التجفيف تحت التفريغ دائماً عند نقطة الغليان؟
فقط ما دام هناك سائل حر على السطح. وعندما يزول يسخن المنتج نحو درجة حرارة وسط التسخين، لذا يجب التحقق من حد حرارة المنتج للمرحلة النهائية أيضاً.
لماذا يصعب بلوغ تفريغ أعمق؟
لأن بخار الماء عند الضغط المنخفض يشغل حجماً كبيراً جداً، فيجب أن تكون المضخة والمكثف أكبر، ويزداد أثر تسرب الهواء.
هل تقدم SINOTHERMO خدمة التجفيف بالتعاقد؟
لا. تصنّع SINOTHERMO معدات التجفيف وتبيعها وتقدم تجارب تجريبية مدفوعة.
Mark Gu
Passionate about enhancing customer experiences and streamlining operations, Mark focuses on building strong relationships, fostering innovation, and leading teams to achieve exceptional service and efficiency.
البريد الإلكتروني: mark.gu@sinothermo.com
الهاتف: +86 18021972660
