真空干燥机工作原理
真空干燥机的工作原理基于一个核心物理原理:液体的沸点随环境压力的降低而下降。通过创造一个低压(真空)环境,并辅以加热,它能够高效、温和地去除物料中的水分(或其它溶剂)。
其工作过程可以分解为以下三个关键环节的协同作用:
一、 创造真空环境 (Creating a Vacuum)
这是整个过程的先决条件。
抽真空:真空泵开始工作,将干燥腔室和冷凝器中的空气及其它不凝性气体抽出,使腔室内形成负压(即真空状态)。
降低沸点:根据物理定律,气压越低,水的沸点越低。例如:
在常压(1个大气压)下,水的沸点是100℃。
在真空度-0.08 MPa时,水的沸点约为60℃。
在真空度-0.095 MPa时,水的沸点可降至40℃以下。
形成驱动力:真空环境极大地降低了物料表面水分的汽化温度,同时创造了水分从物料内部向表面迁移(扩散)和从表面向空气中蒸发(汽化)的强大推动力。
二、 提供热能 (Applying Heat)
真空环境为水分蒸发创造了条件,而热源则提供水分相变所需的能量。
加热方式:热量通过不同的方式传递给物料,常见的有:
夹套加热:在干燥箱的夹套内通入热水或热油,通过箱壁对物料进行传导加热。
热板加热:对于托盘式干燥,加热板直接与物料托盘接触,传导效率更高。
辐射加热:通过红外辐射等波的形式将热量直接传递给物料。
温和干燥:由于真空下沸点降低,加热温度可以远低于常压干燥的温度(通常40-80℃即可),从而实现低温干燥,特别适合热敏性物料(如药品、生物制品、食品、化学品)。
三、 排出蒸汽 (Removing Vapor)
这是保证干燥过程持续进行的关键。
水蒸气分离:物料中蒸发出来的水蒸气(也称“载气”)如果留在真空泵中,会腐蚀泵体、降低泵的效率并破坏真空度。因此,必须在气体进入真空泵之前将其去除。
冷凝捕获:蒸发出来的水蒸气被专门设计的冷凝器捕获。冷凝器的温度远低于水蒸气的露点,水蒸气遇到低温的冷凝管壁会迅速凝结成液态水。
排放:凝结后的液态水被收集到排放罐中,定期排出。而除去水分后的不凝性气体则被真空泵抽走,从而维持系统稳定的高真空度。