จุดเดือดของน้ำในสุญญากาศ: กราฟ สูตร และความหมายต่อการอบแห้งแบบสุญญากาศ

น้ำเดือดที่ 100 °C เฉพาะที่ความดันบรรยากาศปกติ (101.325 kPa) ลดความดันสัมบูรณ์ลง จุดเดือดก็ลดลง: ประมาณ 81 °C ที่ 50 kPa, 60 °C ที่ 20 kPa, 46 °C ที่ 10 kPa และ 33 °C ที่ 5 kPa นี่คือเหตุผลทางฟิสิกส์ที่เครื่องอบแห้งสุญญากาศอบแห้งผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อความร้อนได้ที่อุณหภูมิต่ำ กับดักอย่างเดียวคือหน่วยความดัน: เกจสุญญากาศอ่านเทียบกับบรรยากาศ แต่จุดเดือดขึ้นกับความดันสัมบูรณ์

บริบทโดยย่อ: ทำไมวิศวกรจึงใส่ใจ

ของเหลวเดือดเมื่อความดันไอเท่ากับความดันที่กดอยู่ ลดความดันเหนือน้ำ จุดเดือดก็ลดตามไปด้วย การอบแห้งแบบสุญญากาศใช้สิ่งนี้ระเหยน้ำหรือตัวทำละลายออกจากผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิที่ผลิตภัณฑ์ทนได้ วัสดุที่จะเสื่อมที่ 100 °C สามารถอบที่ 45–60 °C ภายใต้สุญญากาศปานกลาง โดยพื้นผิวให้ความร้อนร้อนกว่าเพียงเล็กน้อย

หน้านี้ให้ตัวเลขที่คุณต้องใช้เลือกระดับสุญญากาศ และอธิบายการแปลงระหว่างความดันเกจกับความดันสัมบูรณ์ ซึ่งเป็นต้นเหตุของข้อผิดพลาดในการกำหนดสเปกจำนวนมาก หากคุณกำลังเลือกอุปกรณ์ ขั้นต่อไปคือ อุปกรณ์อบแห้งสุญญากาศ: เลือกอย่างไรตามวัสดุ และสำหรับหลักการทั่วไปดู คู่มือเครื่องอบแห้งสุญญากาศอุตสาหกรรม

จุดเดือดของน้ำเทียบกับความดันสัมบูรณ์

ค่าด้านล่างคำนวณจากสมการแอนทวนสำหรับน้ำที่ 1–100 °C แม่นยำถึงเศษส่วนขององศาสำหรับงานวิศวกรรม

มีสองเรื่องที่เด่น ประการแรก กราฟชันที่ความดันต่ำ: ลดจาก 20 เป็น 10 kPa ทำให้จุดเดือดลดลงราว 14 °C ขณะที่ลดจาก 100 เป็น 90 kPa ลดเพียง 3 °C ประการที่สอง ยิ่งลงลึก ปั๊มสุญญากาศ คอนเดนเซอร์ และท่อไอก็ต้องใหญ่ขึ้น เพราะไอน้ำที่ความดันต่ำกินปริมาตรมหาศาล ที่ 5 kPa ไอน้ำหนึ่งกิโลกรัมกินปริมาตรราว 28 ลูกบาศก์เมตร ที่ 20 kPa ราว 7.7 ลูกบาศก์เมตร

ความดันเกจเทียบกับความดันสัมบูรณ์

เกจสุญญากาศบนเครื่องอบแห้งส่วนใหญ่อ่านความดันเกจ: ผลต่างระหว่างความดันในภาชนะกับบรรยากาศรอบข้าง ค่าอ่าน -0.095 MPa หมายความว่าภาชนะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ 0.095 MPa (95 kPa) ความดันที่กำหนดจุดเดือดคือความดันสัมบูรณ์:

ความดันสัมบูรณ์ = ความดันบรรยากาศ + ความดันเกจ (ความดันเกจเป็นลบเมื่อเป็นสุญญากาศ)

ที่ระดับน้ำทะเล ความดันบรรยากาศคือ 101.3 kPa ตารางนี้แปลงค่าอ่านที่พบบ่อย

สุญญากาศ «-0.09 MPa» ฟังดูเกือบสมบูรณ์ แต่ยังเหลือความดันสัมบูรณ์ 11 kPa และจุดเดือด 48 °C กิโลปาสกาลสุดท้ายสำคัญมาก ด้วยเหตุนี้คุณภาพปั๊มสุญญากาศจึงกำหนดว่าอุณหภูมิอบแห้งลดได้ต่ำเพียงใด

การแก้ค่าตามความสูง หากโรงงานอยู่ที่สูง ความดันบรรยากาศต่ำกว่า ค่าอ่านเดียวกันจึงหมายถึงสุญญากาศสัมบูรณ์ที่ลึกกว่า ที่ 1,500 เมตร ความดันบรรยากาศราว 84 kPa ค่าอ่าน -0.08 MPa จึงเท่ากับราว 4 kPa สัมบูรณ์ ไม่ใช่ 21 kPa อย่างที่ระดับน้ำทะเล ควรแปลงด้วยความดันบรรยากาศในท้องถิ่นเสมอ

สูตรเบื้องหลังกราฟ

ความดันไอของน้ำระหว่าง 1 ถึง 100 °C เป็นไปตามสมการแอนทวน:

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

โดย P หน่วย mmHg, T หน่วย °C และสำหรับน้ำ A = 8.07131, B = 1730.63, C = 233.426 จัดรูปใหม่เพื่อหาจุดเดือดที่ความดันที่กำหนด:

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

การใช้งาน ให้แปลงความดันสัมบูรณ์เป็น mmHg (คูณ kPa ด้วย 7.50062) แล้วคำนวณ เช่นที่ 20 kPa สัมบูรณ์: P = 150.0 mmHg, log10(P) = 2.176 ดังนั้น T = 1730.63 / (8.07131 - 2.176) - 233.426 = 60.1 °C ผลตรงกับกราฟ

สำหรับตัวทำละลายอื่น ค่าคงที่ต่างกัน ตัวทำละลายที่จุดเดือดต่ำกว่าเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่าภายใต้สุญญากาศเดียวกัน และสารผสมเป็นไปตามกฎอื่น ดังนั้นควรใช้ข้อมูลของตัวทำละลายจริงเสมอ

ความหมายต่อการอบแห้งแบบสุญญากาศ

อุณหภูมิผลิตภัณฑ์ไม่ใช่อุณหภูมิแหล่งความร้อน

จุดเดือดบอกว่าของเหลวระเหยที่อุณหภูมิเท่าใดที่ผิวผลิตภัณฑ์ ไม่ได้กำหนดอุณหภูมิของตัวกลางให้ความร้อน ในเครื่องอบแห้งแบบสัมผัสสุญญากาศ ไอน้ำ น้ำร้อน หรือน้ำมันความร้อนทำให้เจ็กเก็ตหรือใบกวนร้อน และผิวผลิตภัณฑ์อยู่ใกล้จุดเดือดตราบที่ยังมีความชื้นอิสระ ผลต่างอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวที่ให้ความร้อนกับของเหลวที่กำลังระเหยขับเคลื่อนการไหลของความร้อน แหล่งที่ร้อนกว่าจึงอบแห้งเร็วกว่า ภายในขอบเขตที่ผลิตภัณฑ์ทนได้

เครื่องอบแห้งแบบสัมผัสสุญญากาศของ SINOTHERMO ทำงานที่อุณหภูมิแหล่งความร้อน 50 °C ถึง 200 °C ขึ้นกับรุ่น เครื่องอบแห้งสุญญากาศแบบใบพาย, เครื่องอบแห้งสุญญากาศแบบคราด และ เครื่องอบแห้งสุญญากาศแบบจานแนวนอน ระบุ 50 ถึง 200 °C ส่วน เครื่องอบแห้งตู้สุญญากาศแบบนิ่ง ระบุแหล่งความร้อนต่ำกว่า 100 °C

การเลือกระดับสุญญากาศ

แนวทางที่ใช้ได้จริงคือกำหนดระดับสุญญากาศจากอุณหภูมิสูงสุดของผลิตภัณฑ์:

1. 1.หาอุณหภูมิสูงสุดที่ผลิตภัณฑ์เปียกสามารถไปถึงได้อย่างปลอดภัย
2. 2.เลือกความดันสัมบูรณ์ที่จุดเดือดต่ำกว่าอุณหภูมินั้นสองสามองศา
3. 3.ตรวจสอบว่าปั๊มสุญญากาศและคอนเดนเซอร์สามารถไปถึงและรักษาความดันนั้นที่ภาระไอ

ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์ที่ต้องอยู่ต่ำกว่า 60 °C ต้องการความดันสัมบูรณ์ต่ำกว่าราว 20 kPa ซึ่งเป็นค่าอ่านราว -0.08 MPa ที่ระดับน้ำทะเล ผลิตภัณฑ์ที่จำกัดที่ 45 °C ต้องการราว 10 kPa สัมบูรณ์ หรือราว -0.09 MPa เกจ

การอบแห้งในช่วงอัตราลดลง

เมื่อความชื้นผิวหมดไป อุณหภูมิผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้นเข้าหาอุณหภูมิแหล่งความร้อน และจุดเดือดของน้ำอิสระไม่จำกัดมันอีกต่อไป ในช่วงท้าย สุญญากาศช่วยโดยลดความดันย่อยของตัวทำละลายที่เหลือ ความชื้นที่ยึดเกาะจึงออกที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่ความดันบรรยากาศ ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้สุญญากาศที่ลึกกว่าในช่วงปลายรอบ แม้การอบช่วงแรกจะทำที่สุญญากาศปานกลางได้

ตัวทำละลาย

สำหรับผลิตภัณฑ์เปียกตัวทำละลาย จุดเดือดในสุญญากาศเป็นตัวกำหนดว่าตัวทำละลายควบแน่นได้หรือไม่ที่อุณหภูมิของเหลวทำความเย็นที่มี ตัวทำละลายที่เดือดที่ 40 °C ภายใต้สุญญากาศที่เลือกต้องใช้ของเหลวในคอนเดนเซอร์ที่เย็นกว่า 40 °C โดยปกติเย็นกว่ามาก หากคอนเดนเซอร์ควบแน่นไอไม่ได้ ไอจะไปถึงปั๊ม ตรวจสอบเส้นโค้งความดันไอของตัวทำละลายก่อนกำหนดระบบสุญญากาศ สำหรับรายละเอียดด้านปั๊มดู การกำหนดขนาดปั๊มสุญญากาศและคอนเดนเซอร์สำหรับเครื่องอบแห้งสุญญากาศ

ตัวอย่างการคำนวณ

ตัวเลขเป็นเพียงตัวอย่างประกอบ ไม่ใช่ข้อมูลลูกค้า

ผู้ผลิตรายหนึ่งอบแห้งเพสต์สารสกัดที่ไวต่อความร้อนซึ่งเริ่มเสื่อมเกิน 55 °C เครื่องอบแห้งสุญญากาศอยู่ที่ระดับน้ำทะเล

1. 1.จุดเดือดราว 50 °C เหลือขอบความปลอดภัย จากกราฟ 50 °C ตรงกับราว 12 kPa สัมบูรณ์
2. 2.ที่ระดับน้ำทะเล 12 kPa สัมบูรณ์เท่ากับราว -89 kPa เกจ หรือ -0.089 MPa
3. 3.ปั๊มต้องรักษาระดับนี้ท่ามกลางไอที่ระเหย หากภาระการระเหยคือน้ำ 300 กก. ต่อแบตช์ใน 5 ชั่วโมง (60 กก./ชม.) ปริมาตรไอที่ 12 kPa ราว 60 x 12.5 = ราว 750 ลบ.ม./ชม. ซึ่งระบบสุญญากาศต้องจัดการผ่านคอนเดนเซอร์ คอนเดนเซอร์กำจัดไอส่วนใหญ่ด้วยการควบแน่น ปั๊มจึงจัดการเป็นหลักกับก๊าซที่ไม่ควบแน่นและไอตกค้าง

นี่แสดงว่าทำไมอุณหภูมิเป้าหมายของผลิตภัณฑ์จึงกำหนดระดับสุญญากาศ และระดับสุญญากาศกำหนดขนาดคอนเดนเซอร์และปั๊ม

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่ควรหลีกเลี่ยง

1. 1.ใช้ความดันเกจราวกับเป็นความดันสัมบูรณ์ ค่าอ่าน -0.09 MPa ไม่ใช่ 90 kPa สัมบูรณ์ แต่เป็นราว 11 kPa สัมบูรณ์
2. 2.มองข้ามความสูง ความดันบรรยากาศของพื้นที่ติดตั้งเปลี่ยนการแปลงค่า
3. 3.สมมติว่าผลิตภัณฑ์อยู่ที่จุดเดือดตลอดเวลา เมื่อความชื้นอิสระหมด ผลิตภัณฑ์จะร้อนขึ้น
4. 4.กำหนดสุญญากาศลึกโดยไม่มีคอนเดนเซอร์ ปริมาตรไอที่ความดันต่ำมาก คอนเดนเซอร์จึงทำงานส่วนใหญ่
5. 5.ใช้ข้อมูลของน้ำกับตัวทำละลาย ตัวทำละลายแต่ละชนิดมีเส้นโค้งความดันไอของตัวเอง
6. 6.ลืมรอยรั่วของอากาศ รอยรั่วจำกัดสุญญากาศที่ทำได้และเพิ่มภาระปั๊ม

ทดสอบก่อนกำหนดสเปก

ระดับสุญญากาศที่เหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์จริงขึ้นกับความไว โครงสร้าง และพฤติกรรมการอบแห้ง SINOTHERMO ให้บริการทดสอบนำร่องแบบมีค่าใช้จ่าย เพื่อให้คุณหาอุณหภูมิอบแห้ง ระดับสุญญากาศ และเวลารอบด้วยวัสดุของคุณเอง ขอทดสอบนำร่อง ผลเป็นของคุณและใช้กับผู้จัดจำหน่ายรายใดก็ได้ เราผลิตและจำหน่ายอุปกรณ์ และไม่ให้บริการรับจ้างอบแห้ง

คำถามที่พบบ่อย

น้ำเดือดที่อุณหภูมิเท่าใดในสุญญากาศ?

ขึ้นกับความดันสัมบูรณ์ ที่ 50 kPa น้ำเดือดราว 81 °C ที่ 20 kPa ราว 60 °C ที่ 10 kPa ราว 46 °C และที่ 5 kPa ราว 33 °C

จุดเดือดของน้ำที่ -0.09 MPa เกจคือเท่าใด?

ที่ระดับน้ำทะเล -0.09 MPa เกจเท่ากับราว 11 kPa สัมบูรณ์ ซึ่งน้ำเดือดราว 48 °C

สุญญากาศเกจกับสัมบูรณ์ต่างกันอย่างไร?

สุญญากาศเกจวัดเทียบกับบรรยากาศรอบข้าง ความดันสัมบูรณ์วัดเทียบกับสุญญากาศสมบูรณ์ สัมบูรณ์เท่ากับบรรยากาศบวกเกจ โดยเกจเป็นลบเมื่อเป็นสุญญากาศ

คำนวณจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนดอย่างไร?

ใช้สมการแอนทวน T = 1730.63 / (8.07131 - log10(P)) - 233.426 โดย P หน่วย mmHg และ T หน่วย °C ใช้ได้ระหว่าง 1 ถึง 100 °C

การอบแห้งสุญญากาศเกิดที่จุดเดือดเสมอหรือไม่?

เฉพาะตราบที่ยังมีของเหลวอิสระที่ผิว เมื่อหมดไป ผลิตภัณฑ์จะร้อนเข้าหาอุณหภูมิตัวกลางให้ความร้อน จึงยังต้องตรวจสอบขีดจำกัดอุณหภูมิผลิตภัณฑ์สำหรับช่วงท้าย

ทำไมสุญญากาศที่ลึกกว่าจึงทำได้ยากกว่า?

เพราะไอน้ำที่ความดันต่ำกินปริมาตรมาก ปั๊มและคอนเดนเซอร์ต้องใหญ่ขึ้น และรอยรั่วของอากาศมีผลมากขึ้น

SINOTHERMO ให้บริการรับจ้างอบแห้งหรือไม่?

ไม่ SINOTHERMO ผลิตและจำหน่ายอุปกรณ์อบแห้ง และให้บริการทดสอบนำร่องแบบมีค่าใช้จ่าย