真空干燥機工作原理
真空干燥機的工作原理基于一個核心物理原理:液體的沸點隨環境壓力的降低而下降。通過創造一個低壓(真空)環境,并輔以加熱,它能夠高效、溫和地去除物料中的水分(或其它溶劑)。
其工作過程可以分解為以下三個關鍵環節的協同作用:
一、 創造真空環境 (Creating a Vacuum)
這是整個過程的先決條件。
抽真空:真空泵開始工作,將干燥腔室和冷凝器中的空氣及其它不凝性氣體抽出,使腔室內形成負壓(即真空狀態)。
降低沸點:根據物理定律,氣壓越低,水的沸點越低。例如:
在常壓(1個大氣壓)下,水的沸點是100℃。
在真空度-0.08 MPa時,水的沸點約為60℃。
在真空度-0.095 MPa時,水的沸點可降至40℃以下。
形成驅動力:真空環境極大地降低了物料表面水分的汽化溫度,同時創造了水分從物料內部向表面遷移(擴散)和從表面向空氣中蒸發(汽化)的強大推動力。
二、 提供熱能 (Applying Heat)
真空環境為水分蒸發創造了條件,而熱源則提供水分相變所需的能量。
加熱方式:熱量通過不同的方式傳遞給物料,常見的有:
夾套加熱:在干燥箱的夾套內通入熱水或熱油,通過箱壁對物料進行傳導加熱。
熱板加熱:對于托盤式干燥,加熱板直接與物料托盤接觸,傳導效率更高。
輻射加熱:通過紅外輻射等波的形式將熱量直接傳遞給物料。
溫和干燥:由于真空下沸點降低,加熱溫度可以遠低于常壓干燥的溫度(通常40-80℃即可),從而實現低溫干燥,特別適合熱敏性物料(如藥品、生物制品、食品、化學品)。
三、 排出蒸汽 (Removing Vapor)
這是保證干燥過程持續進行的關鍵。
水蒸氣分離:物料中蒸發出來的水蒸氣(也稱“載氣”)如果留在真空泵中,會腐蝕泵體、降低泵的效率并破壞真空度。因此,必須在氣體進入真空泵之前將其去除。
冷凝捕獲:蒸發出來的水蒸氣被專門設計的冷凝器捕獲。冷凝器的溫度遠低于水蒸氣的露點,水蒸氣遇到低溫的冷凝管壁會迅速凝結成液態水。
排放:凝結后的液態水被收集到排放罐中,定期排出。而除去水分后的不凝性氣體則被真空泵抽走,從而維持系統穩定的高真空度。