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一瓶水竟然能装满一辆车?

来源:化工仪器网2022/6/14 19:50:01196
导读:
别不信,真的可以。

今天我们通过一个实验来证明。
 

在实验开始之前,首先科普一下:

什么叫真空加热干燥。

真空加热干燥,属于真空干燥的一种,是通过沸点进行干燥(区别于融点干燥,即真空冷冻干燥),将物料置于负压条件下,并适当通过加热达到负压状态下的沸点来干燥物料的干燥方式。

其原理非常简单:即将小体量的液体转化为大体积的蒸气除去

→ 实际蒸气体积受温度和压力的影响

→ 真空泵需要承受全部的蒸气负荷

 

我们在选择搭配真空干燥箱的真空泵时,抽速是非常重要的一个参数,但这往往却是大家所忽略的。

“一瓶水的实验”

我们来看一下一瓶500ml的水,在不同负压和温度下到底能产生多大的蒸气体积?

500ml 水, 其摩尔质量为0.018 kg/mol,

其物质的量=0.5l x 1kg/l / 0.018 kg/mol = 27.7 moles


真空条件下蒸气体积的膨胀


1. 20摄氏度的环境下

在20°C时水的饱和蒸气压约为 23 mbar。

根据理想气态方程PV=nRT可以得出,500 ml (0.5 l) 水产生的实际蒸气体积为:

 

2. 40摄氏度的环境下

在 40°C时水的饱和蒸气压约为70 mbar。

根据理想气态方程PV=nRT可以得出,500ml (0.5 l) 水产生的实际蒸气体积为:

3. 75摄氏度的环境下

在 75°C时水的饱和蒸气压约为400 mbar。

根据理想气态方程PV=nRT可以得出,500 ml (0.5 l) 水产生的实际蒸气体积为:


  咦?原来500ml的水可以产生如此多的蒸气!

 

从上数据我们可以看出:真空烘箱内的温度越高意味着

→ 溶剂饱和蒸气压越高

→ 实际产生的蒸气体积越小

→ 所需干燥时间越短

但考虑到干燥物料的热敏性,在设置加热温度的时候并非越高越好,而是选择一个合理的温度值,因此真空泵的抽速选择是一个关键参数

同时,对于处理大量的可凝蒸气,气镇阀的设计很必要,以确保可凝性蒸气能够顺利排出系统之外。化学隔膜泵可达到粗真空范围(常压~1mbar)的压力,对于真空干燥的主干燥过程来讲,已*足够,而且其无水无油无介质运行,可确保不会污染物料本身,耐化学腐蚀设计也可确保隔膜泵不受溶剂腐蚀,能够长时间稳定运行。

当然,整个真空干燥过程时间受很多参数影响:除了加热温度 (温度越高,实际蒸气体积越小)与泵的抽气速度 (抽速越大,抽除蒸气的速度越快),还与样品的表面特性及堆砌密度(影响蒸发速率),要求的干燥状态 (要求*去除样品内部的残余介质需要进一步的干燥步骤)等因素紧密相关。

除非在某些实验中,主干燥过程结束后,需要更低的压力进行残余干燥(如除去化学键中的水分子),需要在中真空的条件下进行(< 1 mbar)。

如果干式的隔膜泵技术可以满足实验要求,不*油泵或者水泵。

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