آب فقط در فشار جو عادی (101.325 کیلوپاسکال) در 100 درجهٔ سانتی‌گراد می‌جوشد. فشار مطلق را کم کنید، نقطهٔ جوش پایین می‌آید: حدود 81 درجه در 50 کیلوپاسکال، 60 درجه در 20 کیلوپاسکال، 46 درجه در 10 کیلوپاسکال و 33 درجه در 5 کیلوپاسکال. این دلیل فیزیکی است که خشک‌کن‌های خلأ می‌توانند محصولات حساس به گرما را در دمای پایین خشک کنند. تنها دام، واحدهای فشار است: خلأسنج نسبت به جو می‌خواند، اما نقطهٔ جوش به فشار مطلق بستگی دارد.
زمینهٔ سریع: چرا مهندسان به آن اهمیت می‌دهند
مایع وقتی می‌جوشد که فشار بخارش با فشار روی آن برابر شود. فشار روی آب را کم کنید، نقطهٔ جوش هم با آن پایین می‌آید. خشککردن در خلأ از این برای تبخیر آب یا حلال محصول در دمایی استفاده میکند که محصول تحمل میکند. ماده‌ای که در 100 درجه تخریب می‌شد را می‌توان در خلأ متوسط در 45 تا 60 درجه خشک کرد، با سطح گرمایشی که فقط کمی داغ‌تر است.
این صفحه اعدادی را که برای انتخاب سطح خلأ لازم دارید می‌دهد و تبدیل فشار نسبی به مطلق را که باعث بسیاری از خطاهای مشخصات میشود توضیح می‌دهد. اگر در حال انتخاب تجهیزات هستید، گام بعدی تجهیزات خشککردن در خلأ: چگونه بر اساس ماده انتخاب کنیم است و برای اصول کلی راهنمای خشک‌کن خلأ صنعتی را ببینید.
نقطهٔ جوش آب در برابر فشار مطلق
مقادیر زیر با معادلهٔ آنتوان برای آب در بازهٔ 1 تا 100 درجه محاسبه شده‌اند. برای کاربرد مهندسی تا کسری از درجه دقیق‌اند.
| فشار مطلق (کیلوپاسکال) | فشار مطلق (میلی‌بار) | نقطهٔ جوش آب (°C) |
|---|---|---|
| 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 |
دو نکته برجسته است. نخست، منحنی در فشار پایین تند است: رفتن از 20 به 10 کیلوپاسکال نقطهٔ جوش را حدود 14 درجه پایین می‌آورد، در حالی که رفتن از 100 به 90 کیلوپاسکال فقط 3 درجه. دوم، هرچه پایین‌تر بروید، پمپ خلأ، چگالنده و خط بخار باید بزرگتر باشند، زیرا بخار آب در فشار پایین حجم عظیمی اشغال میکند. در 5 کیلوپاسکال یک کیلوگرم بخار آب حدود 28 متر مکعب و در 20 کیلوپاسکال حدود 7.7 متر مکعب جا می‌گیرد.
فشار نسبی (گیج) در برابر فشار مطلق
بیشتر خلأسنج‌های خشک‌کن‌ها فشار نسبی را می‌خوانند: تفاوت فشار مخزن با جو اطراف. قرائت -0.095 مگاپاسکال یعنی مخزن 0.095 مگاپاسکال (95 کیلوپاسکال) پایین‌تر از فشار جو است. فشاری که نقطهٔ جوش را تعیین میکند فشار مطلق است:
فشار مطلق = فشار جو + فشار نسبی (در خلأ فشار نسبی منفی است)
در سطح دریا فشار جو 101.3 کیلوپاسکال است. جدول قرائت‌های رایج را تبدیل میکند.
| قرائت (کیلوپاسکال) | قرائت (مگاپاسکال) | فشار مطلق (کیلوپاسکال) | نقطهٔ جوش آب (°C) |
|---|---|---|---|
| 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 |
خلأ «-0.09 مگاپاسکال» تقریباً کامل به نظر می‌رسد، اما هنوز 11 کیلوپاسکال فشار مطلق و نقطهٔ جوش 48 درجه باقی می‌گذارد. کیلوپاسکال‌های آخر بسیار مهم‌اند، به همین دلیل کیفیت پمپ خلأ تعیین میکند دمای خشککردن تا کجا پایین بیاید.
اصلاح ارتفاع. اگر کارخانه در ارتفاع است، فشار جو کمتر است، پس همان قرائت یعنی خلأ مطلق عمیقتر. در 1,500 متر فشار جو حدود 84 کیلوپاسکال است، پس قرائت -0.08 مگاپاسکال حدود 4 کیلوپاسکال مطلق است، نه 21 کیلوپاسکال سطح دریا. همیشه با فشار جو محلی تبدیل کنید.
فرمول پشت نمودار
فشار بخار آب بین 1 و 100 درجه از معادلهٔ آنتوان پیروی میکند:
log10(P) = A - B / (C + T)
که P بر حسب mmHg، T بر حسب درجهٔ سانتی‌گراد و برای آب A = 8.07131، B = 1730.63، C = 233.426 است. بازآرایی‌شده برای نقطهٔ جوش در فشار معین:
T = B / (A - log10(P)) - C
برای استفاده، فشار مطلق را به mmHg تبدیل کنید (کیلوپاسکال را در 7.50062 ضرب کنید) و محاسبه کنید. مثلاً در 20 کیلوپاسکال مطلق: P = 150.0 mmHg، log10(P) = 2.176، پس T = 1730.63 / (8.07131 - 2.176) - 233.426 = 60.1 درجه. نتیجه با نمودار می‌خواند.
برای حلال‌های دیگر ثابت‌ها فرق دارند. حلال‌هایی با نقطهٔ جوش کمتر در همان خلأ در دمای پایین‌تر می‌جوشند و مخلوط‌ها قواعد دیگری دارند، پس همیشه از داده‌های حلال واقعی خود استفاده کنید.
این برای خشککردن در خلأ چه معنایی دارد
دمای محصول همان دمای منبع گرما نیست
نقطهٔ جوش می‌گوید مایع در چه دمایی در سطح محصول تبخیر میشود. دمای واسطهٔ گرمایش را تعیین نمی‌کند. در خشک‌کن رسانشی خلأ، بخار، آب داغ یا روغن حرارتی ژاکت یا همزن را گرم میکند و تا وقتی رطوبت آزاد هست سطح محصول نزدیک نقطهٔ جوش می‌ماند. اختلاف دمای سطح گرم‌شده و مایع در حال تبخیر جریان گرما را پیش می‌برد، پس منبع داغ‌تر سریع‌تر خشک میکند، در حدی که محصول تحمل میکند.
خشک‌کن‌های رسانشی خلأ SINOTHERMO بسته به مدل با دمای منبع گرمای 50 تا 200 درجه کار می‌کنند. خشک‌کن پارویی خلأ، خشک‌کن شانه‌ای خلأ و خشک‌کن دیسکی افقی خلأ 50 تا 200 درجه را ذکر می‌کنند؛ خشک‌کن کابینی ساکن خلأ منبع گرمای زیر 100 درجه را ذکر میکند.
انتخاب سطح خلأ
رویکرد عملی این است که سطح خلأ را از بیشینهٔ دمای محصول تعیین کنید:
- 1.بالاترین دمایی را که محصول خیس می‌تواند با ایمنی به آن برسد پیدا کنید.
- 2.فشار مطلقی انتخاب کنید که نقطهٔ جوشش چند درجه زیر آن دما باشد.
- 3.بررسی کنید پمپ خلأ و چگالنده می‌توانند در بار بخار به این فشار برسند و آن را نگه دارند.
مثلاً محصولی که باید زیر 60 درجه بماند فشار مطلق زیر حدود 20 کیلوپاسکال می‌خواهد، یعنی قرائت حدود -0.08 مگاپاسکال در سطح دریا. محصولی که به 45 درجه محدود است حدود 10 کیلوپاسکال مطلق، یا حدود -0.09 مگاپاسکال نسبی می‌خواهد.
خشککردن در مرحلهٔ نرخ کاهنده
وقتی رطوبت سطحی رفت، دمای محصول به سمت دمای منبع گرما بالا می‌رود و نقطهٔ جوش آب آزاد دیگر آن را محدود نمی‌کند. در مرحلهٔ پایانی، خلأ با کاهش فشار جزئی حلال باقی‌مانده کمک میکند، پس رطوبت پیوندی در دمایی پایین‌تر از فشار جو خارج میشود. به همین دلیل اغلب در انتهای چرخه خلأ عمیق‌تری به کار می‌رود، هرچند خشککردن آغازین در خلأ متوسط ممکن است.
حلال‌ها
برای محصولات خیس از حلال، نقطهٔ جوش در خلأ تعیین میکند آیا حلال را می‌توان در دمای مایع خنک‌کنندهٔ موجود چگالید. حلالی که در خلأ انتخابی در 40 درجه می‌جوشد، در چگالنده به مایعی سردتر از 40 درجه، معمولاً بسیار سردتر، نیاز دارد. اگر چگالنده نتواند بخار را بچگاند، بخار به پمپ می‌رسد. پیش از تعیین سامانهٔ خلأ منحنی فشار بخار حلال را بررسی کنید. برای نگاه مفصل به سمت پمپ تعیین اندازهٔ پمپ خلأ و چگالنده برای خشک‌کن‌های خلأ را ببینید.
یک مثال حل‌شده
اعداد نمایشی‌اند، داده‌های مشتری نیستند.
تولیدکننده‌ای خمیر عصارهٔ حساس به گرما را خشک میکند که بالای 55 درجه شروع به تخریب میکند. خشک‌کن خلأ در سطح دریاست.
- 1.نقطهٔ جوش حدود 50 درجه حاشیهٔ ایمن می‌گذارد. طبق نمودار 50 درجه حدود 12 کیلوپاسکال مطلق است.
- 2.در سطح دریا 12 کیلوپاسکال مطلق حدود -89 کیلوپاسکال نسبی، یعنی -0.089 مگاپاسکال است.
- 3.پمپ باید این سطح را در برابر بخار در حال تبخیر نگه دارد. اگر بار تبخیر 300 کیلوگرم آب در هر بچ طی 5 ساعت (60 کیلوگرم در ساعت) باشد، حجم بخار در 12 کیلوپاسکال حدود 60 × 12.5 = حدود 750 مترمکعب در ساعت است که سامانهٔ خلأ باید از طریق چگالنده مدیریت کند. چگالنده بیشتر این بخار را با چگالش حذف میکند، پس پمپ بیشتر گازهای ناچگالا و بخار باقی‌مانده را می‌گیرد.
این نشان می‌دهد چرا دمای هدف محصول سطح خلأ را تعیین میکند و سطح خلأ اندازهٔ چگالنده و پمپ را.
اشتباهات رایج که باید از آن‌ها پرهیز کرد
- 1.استفاده از فشار نسبی به جای مطلق. قرائت -0.09 مگاپاسکال برابر 90 کیلوپاسکال مطلق نیست؛ حدود 11 کیلوپاسکال مطلق است.
- 2.نادیده‌گرفتن ارتفاع. فشار جو محل شما تبدیل را عوض میکند.
- 3.فرض اینکه محصول همیشه در نقطهٔ جوش است. وقتی رطوبت آزاد رفت، محصول گرم میشود.
- 4.تعیین خلأ عمیق بدون چگالنده. حجم بخار در فشار پایین زیاد است، پس چگالنده بیشتر کار را انجام می‌دهد.
- 5.استفاده از داده‌های آب برای حلال‌ها. هر حلال منحنی فشار بخار خودش را دارد.
- 6.فراموش‌کردن نشت هوا. نشت خلأ قابل دستیابی را محدود و بار پمپ را زیاد میکند.
پیش از تعیین مشخصات آزمایش کنید
سطح خلأ مناسب برای محصول واقعی به حساسیت، ساختار و رفتار خشک‌شدن آن بستگی دارد. SINOTHERMO آزمایش‌های پایلوت پولی انجام می‌دهد تا دمای خشککردن، سطح خلأ و زمان چرخه را روی ماده خودتان پیدا کنید. درخواست آزمایش پایلوت؛ نتایج مال شماست و با هر تأمین‌کننده‌ای قابل استفاده است. ما تجهیزات می‌سازیم و می‌فروشیم و خشککردن سفارشی (قراردادی) ارائه نمی‌کنیم.
پرسش‌های متداول
آب در خلأ در چه دمایی می‌جوشد؟
به فشار مطلق بستگی دارد. در 50 کیلوپاسکال آب حدود 81 درجه، در 20 کیلوپاسکال حدود 60 درجه، در 10 کیلوپاسکال حدود 46 درجه و در 5 کیلوپاسکال حدود 33 درجه می‌جوشد.
نقطهٔ جوش آب در -0.09 مگاپاسکال نسبی چیست؟
در سطح دریا -0.09 مگاپاسکال نسبی حدود 11 کیلوپاسکال مطلق است که آب در آن حدود 48 درجه می‌جوشد.
تفاوت خلأ نسبی و مطلق چیست؟
خلأ نسبی نسبت به جو اطراف سنجیده میشود و فشار مطلق نسبت به خلأ کامل. مطلق برابر جو بهعلاوهٔ نسبی است و در خلأ فشار نسبی منفی است.
نقطهٔ جوش آب را در فشار معین چگونه محاسبه کنم؟
از معادلهٔ آنتوان استفاده کنید: T = 1730.63 / (8.07131 - log10(P)) - 233.426، با P بر حسب mmHg و T بر حسب درجه، معتبر بین 1 و 100 درجه.
آیا خشککردن در خلأ همیشه در نقطهٔ جوش انجام میشود؟
فقط تا وقتی مایع آزاد روی سطح هست. وقتی رفت، محصول به سمت دمای واسطهٔ گرمایش گرم میشود، پس حد دمای محصول برای مرحلهٔ پایانی هنوز باید بررسی شود.
چرا رسیدن به خلأ عمیقتر سختتر است؟
چون بخار آب در فشار پایین حجم بسیار زیادی اشغال میکند، پمپ و چگالنده باید بزرگتر باشند و نشت هوا اثر بیشتری دارد.
آیا SINOTHERMO خشککردن قراردادی ارائه میکند؟
خیر. SINOTHERMO تجهیزات خشککردن میسازد و میفروشد و آزمایش پایلوت پولی ارائه میکند.
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.
ایمیل: mark.gu@sinothermo.com
تلفن: +86 18021972660
