Takat didih air dalam vakum: carta, formula dan maksudnya untuk pengeringan vakum

Air hanya mendidih pada 100 °C pada tekanan atmosfera biasa (101.325 kPa). Kurangkan tekanan mutlak dan takat didih turun: kira-kira 81 °C pada 50 kPa, 60 °C pada 20 kPa, 46 °C pada 10 kPa dan 33 °C pada 5 kPa. Inilah sebab fizikal pengering vakum dapat mengeringkan produk peka haba pada suhu rendah. Satu-satunya perangkap ialah unit tekanan: tolok vakum membaca relatif kepada atmosfera, manakala takat didih bergantung pada tekanan mutlak.

Konteks ringkas: mengapa jurutera mengambil berat

Cecair mendidih apabila tekanan wapnya sama dengan tekanan di atasnya. Kurangkan tekanan di atas air dan takat didih turun bersamanya. Pengeringan vakum menggunakan ini untuk menyejat air atau pelarut daripada produk pada suhu yang boleh ditanggung produk. Bahan yang akan rosak pada 100 °C boleh dikeringkan pada 45–60 °C di bawah vakum sederhana, dengan permukaan pemanas yang hanya sedikit lebih panas.

Halaman ini memberi angka yang anda perlukan untuk memilih tahap vakum, dan menerangkan penukaran antara tekanan tolok dan mutlak yang menyebabkan banyak kesilapan spesifikasi. Jika anda sedang memilih peralatan, langkah seterusnya ialah peralatan pengeringan vakum: cara memilih mengikut bahan, dan untuk prinsip am lihat panduan pengering vakum industri.

Takat didih air berbanding tekanan mutlak

Nilai di bawah dikira menggunakan persamaan Antoine untuk air pada 1–100 °C. Ia tepat hingga pecahan darjah untuk kegunaan kejuruteraan.

Dua perkara menonjol. Pertama, lengkung curam pada tekanan rendah: turun dari 20 ke 10 kPa menurunkan takat didih kira-kira 14 °C, manakala dari 100 ke 90 kPa hanya 3 °C. Kedua, semakin dalam vakum, semakin besar pam vakum, kondenser dan talian wap yang diperlukan, kerana wap air pada tekanan rendah menempati isi padu yang sangat besar. Pada 5 kPa, satu kilogram wap air menempati kira-kira 28 meter padu; pada 20 kPa, kira-kira 7.7 meter padu.

Tekanan tolok dan tekanan mutlak

Kebanyakan tolok vakum pada pengering membaca tekanan tolok: perbezaan antara tekanan bekas dan atmosfera sekeliling. Bacaan -0.095 MPa bermakna bekas berada 0.095 MPa (95 kPa) di bawah tekanan atmosfera. Tekanan yang menentukan takat didih ialah tekanan mutlak:

Tekanan mutlak = tekanan atmosfera + tekanan tolok (tekanan tolok negatif untuk vakum)

Pada paras laut, tekanan atmosfera ialah 101.3 kPa. Jadual menukar bacaan lazim.

Vakum «-0.09 MPa» kedengaran hampir sempurna, tetapi masih meninggalkan 11 kPa tekanan mutlak dan takat didih 48 °C. Kilopascal terakhir sangat penting, itulah sebabnya kualiti pam vakum menentukan sejauh mana suhu pengeringan boleh diturunkan.

Pembetulan altitud. Jika kilang anda di tempat tinggi, tekanan atmosfera lebih rendah, jadi bacaan yang sama bermakna vakum mutlak lebih dalam. Pada 1,500 m, tekanan atmosfera kira-kira 84 kPa, jadi bacaan -0.08 MPa setara kira-kira 4 kPa mutlak, bukan 21 kPa seperti di paras laut. Sentiasa tukar menggunakan tekanan atmosfera tempatan.

Formula di sebalik carta

Tekanan wap air antara 1 dan 100 °C mengikut persamaan Antoine:

log10(P) = A - B / (C + T)

dengan P dalam mmHg, T dalam °C, dan untuk air A = 8.07131, B = 1730.63, C = 233.426. Disusun semula untuk takat didih pada tekanan tertentu:

T = B / (A - log10(P)) - C

Untuk menggunakannya, tukar tekanan mutlak anda kepada mmHg (darabkan kPa dengan 7.50062), kemudian kira. Contohnya pada 20 kPa mutlak: P = 150.0 mmHg, log10(P) = 2.176, jadi T = 1730.63 / (8.07131 - 2.176) - 233.426 = 60.1 °C. Hasilnya sepadan dengan carta.

Untuk pelarut lain, pemalar berbeza. Pelarut dengan takat didih lebih rendah mendidih pada suhu lebih rendah di bawah vakum yang sama, dan campuran mengikut peraturan lain, jadi sentiasa gunakan data pelarut sebenar anda.

Maksudnya untuk pengeringan vakum

Suhu produk bukan suhu sumber haba

Takat didih memberitahu pada suhu berapa cecair menyejat di permukaan produk. Ia tidak menetapkan suhu medium pemanas. Dalam pengering konduksi vakum, stim, air panas atau minyak terma memanaskan jaket atau pengacau, dan permukaan produk kekal hampir takat didih selagi ada lembapan bebas. Perbezaan suhu antara permukaan yang dipanaskan dan cecair yang menyejat memacu aliran haba, jadi sumber yang lebih panas mengeringkan lebih cepat, dalam had yang boleh ditanggung produk.

Pengering konduksi vakum SINOTHERMO beroperasi dengan suhu sumber haba 50 °C hingga 200 °C bergantung pada model. pengering dayung vakum, pengering garu vakum dan pengering cakera mendatar vakum menyatakan 50 hingga 200 °C; pengering kabinet vakum statik menyatakan sumber haba di bawah 100 °C.

Memilih tahap vakum

Pendekatan praktikal ialah menetapkan tahap vakum daripada suhu maksimum produk:

1. 1.Cari suhu tertinggi yang boleh dicapai produk dengan selamat semasa basah.
2. 2.Pilih tekanan mutlak yang takat didihnya beberapa darjah di bawah suhu itu.
3. 3.Pastikan pam vakum dan kondenser boleh mencapai dan mengekalkan tekanan itu pada beban wap.

Contohnya, produk yang mesti kekal di bawah 60 °C memerlukan tekanan mutlak di bawah kira-kira 20 kPa, iaitu bacaan kira-kira -0.08 MPa di paras laut. Produk yang dihadkan pada 45 °C memerlukan kira-kira 10 kPa mutlak, atau kira-kira -0.09 MPa tolok.

Pengeringan dalam tempoh kadar menurun

Apabila lembapan permukaan hilang, suhu produk naik ke arah suhu sumber haba, dan takat didih air bebas tidak lagi menghadkannya. Pada peringkat akhir, vakum membantu dengan menurunkan tekanan separa pelarut yang tinggal, jadi lembapan terikat keluar pada suhu lebih rendah daripada pada tekanan atmosfera. Itulah sebabnya vakum yang lebih dalam sering digunakan pada akhir kitaran, walaupun pengeringan awal boleh dibuat pada vakum sederhana.

Pelarut

Untuk produk basah pelarut, takat didih dalam vakum menentukan sama ada pelarut boleh dikondensasi pada suhu bendalir penyejuk yang ada. Pelarut yang mendidih pada 40 °C di bawah vakum terpilih memerlukan bendalir dalam kondenser yang lebih sejuk daripada 40 °C, biasanya jauh lebih sejuk. Jika kondenser tidak dapat mengondensasi wap, wap sampai ke pam. Semak lengkung tekanan wap pelarut sebelum menetapkan sistem vakum. Untuk pandangan terperinci sisi pam, lihat penentuan saiz pam vakum dan kondenser untuk pengering vakum.

Contoh yang diselesaikan

Angka adalah ilustrasi, bukan data pelanggan.

Seorang pengeluar mengeringkan pes ekstrak peka haba yang mula merosot di atas 55 °C. Pengering vakum berada di paras laut.

1. 1.Takat didih kira-kira 50 °C meninggalkan margin selamat. Daripada carta, 50 °C bersamaan kira-kira 12 kPa mutlak.
2. 2.Di paras laut, 12 kPa mutlak ialah kira-kira -89 kPa tolok, atau -0.089 MPa.
3. 3.Pam mesti mengekalkan tahap ini terhadap wap yang menyejat. Jika beban penyejatan ialah 300 kg air setiap kelompok dalam 5 jam (60 kg/jam), isi padu wap pada 12 kPa kira-kira 60 x 12.5 = kira-kira 750 m³/jam, yang mesti dikendalikan sistem vakum melalui kondenser. Kondenser menyingkirkan sebahagian besar wap itu dengan mengondensasikannya, jadi pam terutamanya mengendalikan gas tak terkondensasi dan wap baki.

Ini menunjukkan mengapa suhu produk sasaran menetapkan tahap vakum, dan tahap vakum menetapkan saiz kondenser dan pam.

Kesilapan lazim yang perlu dielakkan

1. 1.Menggunakan tekanan tolok seolah-olah mutlak. Bacaan -0.09 MPa bukan 90 kPa mutlak; ia kira-kira 11 kPa mutlak.
2. 2.Mengabaikan altitud. Tekanan atmosfera di tapak anda mengubah penukaran.
3. 3.Menganggap produk sentiasa pada takat didih. Apabila lembapan bebas hilang, produk menjadi panas.
4. 4.Menetapkan vakum dalam tanpa kondenser. Isi padu wap pada tekanan rendah besar, jadi kondenser melakukan kebanyakan kerja.
5. 5.Menggunakan data air untuk pelarut. Setiap pelarut mempunyai lengkung tekanan wap sendiri.
6. 6.Melupakan kebocoran udara. Kebocoran menghadkan vakum yang boleh dicapai dan menambah beban pam.

Uji sebelum menetapkan spesifikasi

Tahap vakum yang betul untuk produk sebenar bergantung pada kepekaan, struktur dan tingkah laku pengeringannya. SINOTHERMO menjalankan ujian perintis berbayar supaya anda dapat mencari suhu pengeringan, tahap vakum dan masa kitaran pada bahan anda sendiri. Minta ujian perintis. Keputusan adalah milik anda dan boleh digunakan dengan mana-mana pembekal. Kami membuat dan menjual peralatan dan tidak menawarkan pengeringan kontrak.

Soalan lazim

Pada suhu berapakah air mendidih dalam vakum?

Bergantung pada tekanan mutlak. Pada 50 kPa air mendidih kira-kira 81 °C, pada 20 kPa kira-kira 60 °C, pada 10 kPa kira-kira 46 °C dan pada 5 kPa kira-kira 33 °C.

Apakah takat didih air pada -0.09 MPa tolok?

Di paras laut, -0.09 MPa tolok ialah kira-kira 11 kPa mutlak, di mana air mendidih kira-kira 48 °C.

Apakah beza vakum tolok dan mutlak?

Vakum tolok diukur relatif kepada atmosfera sekeliling. Tekanan mutlak diukur relatif kepada vakum sempurna. Mutlak sama dengan atmosfera campur tolok, dengan tolok negatif untuk vakum.

Bagaimana saya mengira takat didih air pada tekanan tertentu?

Gunakan persamaan Antoine, T = 1730.63 / (8.07131 - log10(P)) - 233.426, dengan P dalam mmHg dan T dalam °C, sah antara 1 dan 100 °C.

Adakah pengeringan vakum sentiasa berlaku pada takat didih?

Hanya selagi ada cecair bebas di permukaan. Apabila hilang, produk memanas ke arah suhu medium pemanas, jadi had suhu produk masih mesti disemak untuk peringkat akhir.

Mengapa vakum yang lebih dalam lebih sukar dicapai?

Kerana wap air pada tekanan rendah menempati isi padu yang sangat besar, pam dan kondenser mesti lebih besar, dan kebocoran udara memberi kesan lebih besar.

Adakah SINOTHERMO menawarkan pengeringan kontrak?

Tidak. SINOTHERMO membuat dan menjual peralatan pengeringan serta menawarkan ujian perintis berbayar.