第十三章真空浓缩
本章学习目标
?掌握真空浓缩的基本原理和主要用途
?掌握蒸发器的结构及性能特点与选用原则
?了解多效真空浓缩设备的配置与节能措施
目录
1. 浓缩的基本原理及其设备分类：浓缩的基本原理、料液特性对于浓缩设备选择的影响、
浓缩设备的分类
2. 常压蒸发设备：
3. 真空浓缩设备：非膜式真空蒸发器、膜式蒸发器、真空浓缩系统附属设备
4. 真空浓缩系统：真空浓缩系统的配置类型及特点、典型真空浓缩系统
第一节浓缩的基本原理
1.浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是一个传热传质过程。如除去果蔬汁、牛奶
等料液中的部分水。
2.蒸发浓缩：食品工厂中使用最广泛的浓缩方式，
3.原理：利用浓缩设备对物料进行加热，当加热至相应压力条件下水的沸点后，物料中易
挥发部分水分不断地由液态变为气态，汽化时所产生的二次蒸汽不断被排出设备，使制品的浓度不断提高，直至达到所规定的浓度。
4.过程：供应足够的热量以维持溶液的沸腾温度，并补充因水分蒸发所带走的热量，促使
蒸汽迅速排出，保持汽液界面较低的压力
5.目的：
1)作为干燥、结晶处理的预处理；
2)提高产品质量；
3)提高产品的宝藏性；
4)减少产品的重量和体积，便于运输；
5)浓缩用作某些结晶操作的预处理；
6)提取果汁中的芳香物质
6.要求：
食品料液中的营养成分如果糖、蛋白质、有机酸、维生素、果胶等属热敏性很强的物质。
要求加热浓缩时：既要保持食品原料的色、香、味，又要提高浓度；
要求工艺流程、设备选型、制造加工和具体操作较高。
发展方向：低温、快速、连续。
8.料液特性对于浓缩设备选择的影响
结垢性：形成垢层，增加热阻，降低传热系数，生产能力下降。易结垢的物料，采用加热表面流速较大的浓缩设备
热敏性：易发生化学或物理变化，易采用保持时间短、蒸发温度低的浓缩设备
结晶性：易有晶粒析出且沉淀于传热面上影响传热效果，严重时会堵塞加热管。易采用带搅拌器或强制循环蒸发器，用外力使结晶保持悬浮状态
黏滞性：浓度增加，黏度增加，流速降低，传热系数降低，生产能力下降。强制对流或成膜型的浓缩设备
发泡性：浓缩过程中产生的气泡易被二次蒸汽夹带排出，增加产品的损耗，同时不利于二次蒸汽的逸出并会污染其他加热设备，严重时造成无法操作。应降低蒸发器内二次蒸汽的流速，以减少发泡的现象，或设置消除发泡和能进行泡沫分离回收的蒸发器，一般采用料液流速较大的蒸发器。
腐蚀性：应选用防腐蚀材料制成的设备或是结构上采用更换方便的形式，使受到腐蚀的构件易于更换。
9.浓缩设备的分类
组成：蒸发器、冷凝器和真空装置
按蒸发面上压力分：
?常压浓缩设备：蒸发面上为常压，溶剂汽化后直接排入大气，设备结构简单，蒸发
速率低
?真空浓缩设备：蒸发面上方的压力状态为真空，溶剂从蒸发面上汽化后由真空系统
抽出。蒸发温度低，速率高，设备复杂。
按蒸发时的料液流动形式分：薄膜式和非膜式
?薄膜式：料液在加热表面呈薄膜状蒸发。蒸发热效率高，但结构复杂，按流动方向
又分为升膜式和降膜式。
?非膜式：料液在蒸发器内聚集在一起，通过自然或强制对流完成均匀加热和蒸汽逸
出
按料液的流程分：循环式和单程式
按加热蒸汽被利用的次数分：分为单效浓缩设备和多效浓缩设备。效数增多，有利于节约热能
第二节常压蒸发设备
原理：
特点：结构简单，技术要求较低
麦芽汁煮沸锅作用：将糊化、糖化、过滤后得到的清麦芽汁煮沸，浓缩到所要求的发酵糖度
结构如图：外凸锅底一般适用于小型煮沸锅；内凸锅底则通过增大加热面积，促进料液对流及循环，提高传热系数，改善受力状态，提高锅体的刚度，
第三节真空浓缩设备
真空浓缩的优点:
1)温度梯度大；
2)可用低压蒸汽、真空浓缩操作是在较低的温度下进行的，设备与室内的温度差小，减
少了设备使用时的热量损失；
3)减少营养损失，提高食品质量，真空浓缩降低了牛乳蒸发时的沸腾温度，可避免其
中的热敏性物料受高温影响，而使产品质量下降；
4)沸点低、设备热损失少。沸腾温度的降低，提高了加热蒸汽与沸腾流体之间的温度
差，增大了传热量，使蒸发过程加快，生产能力提高，为利用二次蒸汽、节约能源创造了条件，如双效、多效浓缩及热泵等。
其不足之处主要在于：
1)由于真空浓缩必须设有真空系统，增加了附属设备及其动力消耗，相应的工程投资
也要增加；
2)由于液体的蒸发潜热随沸点降低而增加，所以真空浓缩的耗热量大。
一、中央循环管式浓缩器
二、盘管式蒸发器
三、夹套式蒸发器
四、长管式
1.降膜式浓缩装置
2.升膜式蒸发器
?优点：占地面积小，传热效率较高，料液受热时间短，易起泡和粘度低的液料。
?缺点：一次浓缩比不大，操作是进料量需要很好控制，进料过多不易成膜过少则易
断膜干壁，影响产品质量。
3.升降膜式蒸发器
五、刮板式薄膜浓缩设备
（一）刮板的形式
（二）离心式薄膜浓缩设备
六、板式浓缩装置
七、片式浓缩装置
八、附属装置—捕集器
蒸汽喷射泵
往复泵
水环泵
多效真空浓缩设备
?有几个蒸发器相连接，以生蒸汽加热的蒸发器为第一效，利用第一效产生的二次蒸汽加热的蒸发器为第二效，依次类推。
?顺流式
芳香物质的回收设备
?工作原理：利用原果汁的芳香物质在蒸发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成的。?工作过程：原果汁先送入下板组的通道中，被相隔通道内的蒸汽加热蒸发，提香后的浓缩液与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出，利用挡板改变方向，使其流向下方，气液进行分离，然后浓缩液由壳体底部排出；含芳香物的水蒸汽上升导入上板组的通道中，被相隔通道内的冷却水降温冷凝，形成芳香物的水溶液，从上板组的底部排出，而冷却水由上板组的上部排出。芳香物水溶液，经两次蒸发冷凝才能制成较纯的芳香液。
真空浓缩设备流程
第四节冷冻浓缩
?冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。溶液在浓度上是有限度的。
?冷冻浓缩基本原理：当溶液中所含浓度低于低共熔浓度时，则冷却结果表现为溶剂（水分）成晶体（冰晶）析出。随着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度显然就提高了。
二、冷冻浓缩的优点
?溶液中水分排除是通过冰晶的相际传递，所以可避免芳香物质因加热而挥发的损失。结冰操作要尽量避免局部过冷，分离操作要很好地加以控制。
三、冷冻浓缩的缺点：
1.不具有杀菌灭酶作用；
2.制品浓度不仅受低共熔浓度限制，也受冰晶与浓缩液分离的难易程度影响。一般而言，浓度越高，粘度也越大，分离越困难。
3.过程会造成溶质损失，且成本高。
四、冷冻浓缩的基本原理
?稀溶液的相图如图1所示，横坐标表示溶液的浓度x，纵坐标表示溶液的温度T。曲线DABCE 是溶液的冰点线，D点是纯水的冰点，E是低共溶点。当溶液的浓度增加时，其冰点是下降的(在一定的浓度范围内)。某一稀溶液起始浓度为xI，温度在AI点。对该溶液进行冷却
降温，当温度降到冰点线A点时，如果溶液中无“冰种”，则溶液并不会结冰，其温度将继续下降至C点，变成过冷液体。过冷液体是不稳定液体，受到外界干扰(如振动)，溶液中会产生大量的冰晶，并成长变大。此时，溶液的浓度增大为x2，冰晶的浓度为0(即纯水)。
如果把溶液中的冰粒过滤出来，即可达到浓缩目的。这个操作过程即为冷冻浓缩。当溶液的浓度大于低共溶点浓度X E时，如果冷却溶液，析出的是溶质，使溶液变稀，这即是传统的结晶操作。所以冷冻浓缩工艺与结晶工艺是相反的。
五、冷冻浓缩装置系统
?冷冻浓缩操作包括结晶和分离两个部分
真空泵选型 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点： 确定工作真空范围: ----首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。 确定极限真空度 ----在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。 被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。 真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。 主真空泵的选择计算 S=2.303V/tLog(P1/P2) 其中： S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积（L） t为达到要求真空度所需时间(s)
P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如： V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=2.303V/t Log(P1/P2) =2.303x500/30xLog(760/50) =35.4L/s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。目前工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等 一般的要求是： 1、真空度、真空容积、主要介质、温度、主要容积类设备。 2、真空流入介质及流量、压力、温度、规律。 3、抽气量、抽出气体介质、温度。 4、真空设备的占地面积、自动化程度、真空管道规格 选用真空泵时需要注意事项： 1、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如：真空镀膜要求1×10-5mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。 2、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围，如：扩散泵为10-3~10-7mmHg，在这样宽压强范围内，泵的抽速随压强而变化，其稳定的工作压强范围为5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作点应该选在这个范围之内，而不能让它在10-8mmHg下长期工作。又如钛升华泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作压强应小于1×10-5mmHg为好。
第八章真空浓缩设备主要内容： 一、蒸发器的分类、结构和特点 二、真空浓缩的附属装置 三、单效真空浓缩设备 四、多效真空浓缩设备 五、芳香物质的回收设备 六、蒸发设备选型 七、蒸发设备的操作与检修
真空浓缩设备概述 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。 一般食品中溶剂为水，如果汁，牛奶等，故食品工业中的浓缩通常指蒸发。 真空浓缩：在负压下，以较低温度浓缩。 特点： (1) 料液沸点低，浓缩速度快。 (2) 能用低压蒸汽为热源。 (3) 利于保持食品营养成分。 (4) 能耗小。 (5) 真空系统投资大，功耗大。 (6) 沸点降低，蒸发潜热增大。
第一节蒸发器的分类、结构和特点 一、分类 (一)按二次蒸汽利用次数分： 1、单效浓缩装置。 2、多效浓缩装置。 3、带有热泵的浓缩装置。 (二)按料液流程分： 1、循环式：自然与强制循环。 2、单程式： (三)按加热器结构分： 1、盘管式浓缩器。 2、中央循环管式浓缩器。 3、升膜式浓缩器。 4、降膜式浓缩器。 5、片式浓缩器。 6、刮板式浓缩器。 7、外加热式浓缩器。
一、夹套式蒸发器?中小型浓缩设备。 ?由圆筒形夹套壳体、搅 拌器、除沫器等组成。 ?适于果酱、蜜饯、糖浆、 乳品、豆浆晶、食用胶 等高粘度料液的浓缩。 主要技术参数 蒸发量300L／h， 蒸汽耗用量340kg／h， 蒸汽压力＜196kPa， 真空度82．9～88.0kPa。
二、盘管式蒸发器?亦称盘管式浓缩锅， 由上下锅体、加热盘 管、汽液分离器等组 成。 ?料液分批浓缩。二次 蒸汽由上部排入汽液 分离室，成品由锅底 卸出。 ?二次蒸汽进入分离室， 在离心力作用下，使 夹带的液滴与不凝气 体分离，气体排出， 被分离后的料液回流 再进行蒸发。
第七章真空浓缩设备 §7-1 概述 一、概念 1、浓缩从溶液中除去部分溶剂的单元操作。 2、真空浓缩在负压下，以较低温度进行浓缩的单元操作。 3、加热蒸汽（饱和蒸汽或生蒸汽）乳及乳制品生产过程中浓缩所需要的不断供给的热量都是来自锅炉房的饱和的水蒸汽。 4、二次蒸汽物料中水分蒸发所形成的蒸汽。 5、不凝性气体相对于水蒸汽，在一定的压力和温度下不能被凝结的气体，称为不凝性气体，一般是指空气。 6、雾沫挟带对于气、液两相的分离设备或反应设备，若气相为连续相、液相为分散相（例如板式蒸馏塔），而气相速度较大，部分液体会被气体吹散成液滴并被气体带出。这种现象称为雾沫夹带。产生雾沫夹带会降低设备的分离效率。 二、浓缩的目的 1、除去食品中的大量水分，减轻了重量，减小了体积，节省了包装、贮存和运输费用。 2、通过了提高食品的浓度，达到贮藏食品的目的。 3、满足后续加工工艺过程的要求。 三、浓缩的基本过程 蒸发过程的两个必要组成部分：加热物料使溶剂(水)沸腾汽化与不断除去汽化产生的二次蒸汽。一般前一部分在加热器中进行，后一部分在冷凝器中完成。如图所示：真空蒸发基本流程。 蒸发器实质上是一个换热器，如图所示，由加热室1和汽液分离器4两部分组成。加热室使用的加热介质应用最多的是水蒸汽。通过换热，使间壁另一侧的物料加热、沸腾、蒸发浓缩。料液蒸发出的水蒸汽在分离室4中与溶液分离后从蒸发器上部引出。为防止液滴随蒸汽带出，一般在分离器上都设有除沫装置5。从蒸发器抽出的蒸汽称为二次蒸汽，便于同加热蒸汽相区别。二次蒸汽进入冷凝器6冷凝，冷凝水从下部排出，二次蒸汽中的不凝性气体由真空泵抽出。浓缩后的完成液由蒸发器底部排出。 1.加热器 2.加热列管 3.中间管 4.分离室 5.捕沫器 6.冷凝器
真空计算公式 1、玻义尔定律 体积V，压强P，P·V＝常数 一定质量的气体，当温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。 即P1/P2＝V2/V1 2、盖·吕萨克定律 当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比： V1/V2＝T1/T2＝常数 当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。 3、查理定律 当气体的体积V保持不变，一定质量的气体，压强P与其绝对温度T成正比，即： P1/P2＝T1/T2 在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高(或降低)1℃，它的压强比原来增加(或减少)1/273。 4、平均自由程： λ＝(5×10-3)/P (cm) 5、抽速： S＝d v/d t (升/秒)或S＝Q/P Q＝流量(托·升/秒) P＝压强(托) V＝体积(升) t＝时间(秒) 6、通导： C＝Q/(P2-P1) (升/秒) 7、真空抽气时间： 对于从大气压到1托抽气 时间计算式：t＝8V/S (经验公式) V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。8、维持泵选择： S维＝S前/10 9、扩散泵抽速估算： S＝3D2 (D＝直径cm）10、罗茨泵的前级抽速： S＝(0.1~0.2)S罗 (l/s) 11、漏率： Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1) Q漏－系统漏率(mmHg·l/s) V－系统容积(l) P1－真空泵停止时系统中压强(mmHg) P2－真空室经过时间t后达到的压强(mmHg) t－压强从P1升到P2经过的时间(s) 12、粗抽泵的抽速选择： S＝Q1/P预 (l/s) S=2.3V·lg(P a/P预)/t S－机械泵有效抽速 Q1－真空系统漏气率(托·升/秒) P预－需要达到的预真空度(托) V－真空系统容积(升) t－达到P预时所需要的时间 P a－大气压值(托） 13、前级泵抽速选择： 排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等，它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值，选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走，根据管路中，各截面流量恒等的原则有：
大学 真空浓缩毕业设计说明书 任务名称：真空浓缩设备的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间：2013.4.1-2013.6.5 成绩:
目录 1、设计说明书 (2) 2、设计方案的确定 (3) 3、方案说明 (4) 4、物料衡算 (5) 5、热量衡算 (5) 6、工艺尺寸计算 (9) 7、附属设备尺寸计算 (15) 8、主要技术参数 (17) 9、计算结果汇总 (17) 10、设备流程及装备图 (18) 11、参考文献 (21)
第1章真空浓缩装置 设计进料为2吨/小时的单效真空浓缩装置，用于浓缩天然乳胶的生产。已知进料浓度为30%，成品浓度为60%，蒸发器真空度为0.085MPa。加热蒸汽的压力为0.143MPa。 1.1原始数据： 1、原料：浓度为30%的天然乳胶 2、产品：浓度为60%的天然乳胶 3、生产能力：进料量二吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力为0.143MPa。 5、压力条件：蒸发器为0.085 MPa的真空度 1.2设计要求内容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制 1.3设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图
第2章设计方案的确定 2.1蒸发器的确定 选用降膜式蒸发器。在降膜式蒸发器内，溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸发，液膜传热热阻较小，即使在较低的传热温度差(如5～10℃)下，传热系数也较大。由于溶液不循环，在蒸发器中的停留时间短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发。而且，整个溶液的浓度，也不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，故由于溶液蒸汽压降低所引起的温度差损失就相对小些。此外，因是膜状流动，故液柱静压强引起的温度差损失可以略去不计。所以在相同操作条件下，这种蒸发器的有效温度差较大。由于蒸发管很长，料液沸腾时所生成的泡沫极易在管壁上因受热而破裂，因此降膜蒸发器又适用于蒸发易生成泡沫的料液，同时也适用于蒸发粘度较大的料液。因为天然乳胶粘度大，又是热敏性物料，所以选择降膜式蒸发器。另外降膜式蒸发器的造价相对于其他蒸发器相对较低。所以综合考虑后选择降膜式蒸发器。 1.蒸发器的效数：单效真空蒸发。虽然知道双效比单效节能，但是天然乳胶必须在低温条件 下生产，为了保证质量只得选用单效。对于天然乳胶这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。 2.操作压力：直接饱和蒸汽加热，压力为0.143MPa。。 3.辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器
密闭容器内真空度随抽气时间的变化曲线 真空泵对密闭容器抽真空时，容器内部真空度的提高与抽气时间的函数关系如下： 式中：P为容器内的压力（即：绝对真空度）；t为自变量，是抽气时间 K 3 为泵的极限真空度值，K 1 、K 2 为与泵、容器大小、环境压力等相关的常数。 函数曲线示意图如下： 由此可以看出，在抽气初期，容器内压力下降（即：真空度的提高）很快，而后呈指数关系衰减，越来越慢，并无限逼近泵的极限真空度值。 如果您想知道经过多长的抽气时间才能达到您指定的真空度值，可以点击计算工具帮您作理论计算。理论计算值仅供参考！ 特别说明：根据我公司产品，计算公式作了简化，若用于计算其它品牌的真空泵出现的错误我们不负任何责任。 真空泵抽气量/抽气速度粗略计算公式 发表时间：2013-04-02 18:30 文章出处：广州市浩雄泵业有限公司编辑：admin点击 2205次收藏 导读：Q=(V/T)×ln(P0/P1)其中：Q为真空泵抽气量(L/s)。V为真空室容积，单位为升(L)。T为达到要求绝对压强所需时间，单位为秒(S)。P0为被抽容积内部的初始压强。P1为要求达到的绝对压强，单位为帕(Pa)。 抽气量即为抽气速度，是真空泵的重要参数之一。单位一般式L/S或m^3/h。选型时，若选抽气量太小的泵，会因为漏气等系列因素导致无法达到预期的真空度;若抽气量选择太大又因功耗太大不经济。因此，合理选择真空泵的抽泣量非常重要。下面简单介绍真空泵抽气量粗略计算公式：
Q=(V/T)×ln(P0/P1) 其中：Q为真空泵抽气量(L/s)。 V为真空室容积，单位为升(L)。 T为达到要求绝对压强所需时间，单位为秒(S)。 P0为被抽容积内部的初始压强，即一个大气压强。计算时应根据当地海拔值(点此查看不同海拔地区的大气压值)计算，沿海地区一般都取101325。单位为帕(Pa)，也可以为托或毫米汞柱。 P1为要求达到的绝对压强，单位为帕(Pa)，也可以为托或毫米汞柱。所谓绝对压强是以绝对零压作起点所计算的压强称绝对压强，通常所指的大气压强为101325帕，就是大气的绝对压强。当密封腔内部被抽走部分气体后，这个数值会下降，其反映出设备内压强的实际数值。水环式真空泵的绝对压强值为3300Pa，旋片式真空泵最高为0.06-10Pa之间。 以上公式都是粗略计算的，一般都忽略了外界因素(如循环水温度、海拔、供电电压、工作范围值等)对真空泵的效率。实际选型时要在以上计算出的抽气量的基础上加一定的安全值。 附：真空泵常见单位换算公式
理想气体方程： 11 2212 PV PV T T = m PV RT M = 11.20310MP MP RT T ρ-=?= 8.314R = J mol k ? a P P ： :kg M mol :m kg :T k 大气压与海拔： h 8 0.999101325 ρ=? 含湿量：d=0.622× v a P P =0.622×v v P P P - =0.622×Ps P Ps ???-?=v a m m =v v a a M n M n ??= 3318.0161028.9710v a n n --???? v m =d ?a m 1㎏干空气和d ㎏水蒸气组成的湿空气，其比体积为： (1)g R T v d P ?=+? 3 m kg （干气） 湿气常数 g ,,1287461111g a g v d d R R R d d d += ?+?=+++ ()J kg k ? 干空气常数 287.05a R = () J kg k ? 蒸汽常数461.5v R = () J kg k ? a a a m R T V P ??= v v m R T Vv P ??= (1)a a v v a a v m R T m R T Pv V V P P Pa ????= ==?+混 (1) a v a a v v a a v a a V P V P R P m m P R T R P R T P ??= = =?????+混 v a v v a v v a V P R P m m R T R P ?= =???a v v (1)V P R R T R ?= ?+混
真空概念及真空计算公式 1、真空的定义 真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态 2、真空度 处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。 3、真空度单位 通常用托（Torr）为单位，近年国际上取用帕（Pa）作为单位。 1托＝1/760大气压＝1毫米汞柱 4、托与帕的转换 1托＝133.322帕或1帕＝7.5×10-3托 5、平均自由程 作无规则热运动的气体粒子，相继两次碰撞所飞越的平均距离，用符号“λ”表示。 6、流量 单位时间流过任意截面的气体量，符号用“Q”表示，单位为帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。
7、流导 表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒（L/s），在稳定状态下，管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。 符号记作“U”。U＝Q/(P2- P1) 8、压力或压强 气体分子作用于容器壁的单位面积上的力，用“P”表示。 9、标准大气压 压强为每平方厘米101325达因的气压，符号：（Atm）。 10、极限真空 真空容器经充分抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气，再经12小时抽真空，最后一个小时每隔10分钟测量一次，取其10次的平均值为极限真空值。 11、抽气速率 在一定的压强和温度下，单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率，简称抽速。即Sp＝Q/（P－P0） 12、热偶真空计 利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。
13、电离真空计（又收热阴极电离计） 由筒状收集极，栅网和位于栅网中心的灯丝构成，筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子，离子被收集极收集，根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。 14、复合真空计 由热偶真空计与热阴极电离真空计组成，测量范围从大气~10-5Pa。 15、冷阴极电离计 阳极筒的两端有一对阴极板，在外加磁场作用，阳极筒内形成潘宁放电产生离子，根据阴极板收集的离子流的大小来测定气体压强的真空计。 16、电阻真空计 利用加热元件的电阻与温度有关，元件的温度又与气体传导有关的原理，通过电桥电路来测量真空度的真空计。 17、麦克劳真空计（压缩式真空计） 将待测的气体用汞（或油）压缩到一极小体积，然后比较开管和闭管的液柱差，利用玻义尔定律直接算出气体压强的一种绝对真空计。 18、B－A规 这是一种阴极与收集极倒置的热阴极电离规。收集极是一根细丝，放在栅网中心，灯丝放在栅网外面，因而减少软X射线影响，延伸测量下限，可测超高真空。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920468124.0 (22)申请日 2019.04.09 (73)专利权人 李志平 地址 213000 江苏省常州市钟楼区勤德家 园14栋丙单元1102室 (72)发明人 李志平 (74)专利代理机构 常州市江海阳光知识产权代 理有限公司 32214 代理人 林倩 (51)Int.Cl. B01D 1/00(2006.01) B01D 1/30(2006.01) (54)实用新型名称一种真空蒸发浓缩装置(57)摘要一种真空蒸发浓缩装置，具有蒸发罐、汽化热回收罐、冷凝器和真空泵，汽化热回收罐内的中部设有列管式换热器，其上、下部空间分别是汽化室和液料室，列管式换热器的换热管将液料室与汽化室沟通，汽化热回收罐的进料口与蒸发罐的加料口之间由加料管相连，二次蒸汽通道通向冷凝器。高真空使液体在低温度下沸腾汽化，液料在蒸发罐吸收热量产生一次蒸汽，一次蒸汽进入汽化热回收罐，与处于汽化热回收罐内的液料换热产生二次蒸汽，一次蒸汽在汽化热回收罐中冷凝圧缩成液体，二次蒸汽在冷凝器中对环境放热，冷凝圧缩成液体，本实用新型提高了换热效率，减少了换热损失，而且由于不设置热泵机组和料液泵， 降低了能源消耗。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 210205912 U 2020.03.31 C N 210205912 U
权 利 要 求 书1/1页CN 210205912 U 1.一种真空蒸发浓缩装置，具有蒸发罐（1）、冷凝器（4）、真空泵（5），蒸发罐（1）的顶部设有一次蒸汽出口（1-a），其底部设有加料口（1-b）和排料口（1-c），冷凝器（4）具有蒸汽进口（4-a）、抽气口（4-b）和冷凝水出口（4-c），真空泵（5）与冷凝器（4）的抽气口（4-b）相连接，其特征在于：还具有汽化热回收罐（2），蒸发罐（1）内设有加热器（11），汽化热回收罐内的中部设有列管式换热器（8），其上、下部空间分别是汽化室（2-1）和液料室（2-2），列管式换热器（8）的换热管（8-1）将液料室（2-2）与汽化室（2-1）沟通，汽化热回收罐（2）的上部设有上出口（2-b），汽化热回收罐（2）的侧壁上对应列管式换热器（8）的部位设有一次蒸汽进口（2-a）和下出口（2-c），汽化热回收罐（2）的底部设有进料口（2-d），汽化热回收罐（2）的进料口（2-d）与蒸发罐（1）的加料口（1-b）之间由加料管（13）相连，加料管（13）通向液料罐（9）；蒸发罐（1）的一次蒸汽出口（1-a）与汽化热回收罐（2）的一次蒸汽进口（2-a）相通，汽化热回收罐（2）的上出口（2-b）和下出口（2-c）均与二次蒸汽通道（3）相通，二次蒸汽通道（3）通向冷凝器（4），二次蒸汽通道（3）设有冷凝水排放口（3-c）。 2.根据权利要求1所述的真空蒸发浓缩装置，其特征在于：所述蒸发罐（1）内的加热器（11）为电加热或/和利用余热水加热。 3.根据权利要求1所述的真空蒸发浓缩装置，其特征在于：所述液料罐（9）的输出口（9-1）处于底部，在加料时，液料罐（9）内的液料面高出于输出口（9-1）。 2
第一章 绪论 单位质量力： m F f B m = 密度值： 3 m kg 1000=水ρ， 3 m kg 13600=水银ρ，3 m kg 29.1=空气 ρ 牛顿内摩擦定律：剪切力： dy du μ τ=， 内摩擦力：dy du A T μ= 动力粘度：ρυμ= 完全气体状态方程：RT P =ρ 压缩系数： dp d 1dp dV 1ρρκ= -=V （N m 2 ） 膨胀系数：T T V V V d d 1d d 1ρρα - == (1/C ?或1/K) 第二章 流体静力学+ 流体平衡微分方程： 01;01;01=??-=??-=??- z p z y p Y x p X ρρρ 液体平衡全微分方程：)(zdz ydy xdx dp ++=ρ 液体静力学基本方程：C =+ +=g p z gh p p 0ρρ或 绝对压强、相对压强与真空度：a abs P P P +=；v a abs P P P P -=-= 压强单位换算：水银柱水柱m m 73610/9800012===m m N at 2/1013251m N atm = 注： h g P P →→ρ ； P N at →→2m /98000乘以 2/98000m N P a = 平面上的静水总压力：（1）图算法 Sb P = 作用点e h y D += 1 ) () 2(32121h h h h L e ++= 3 2L e y D = = （2）解析法 A gh A p P c c ρ== 作用点A y I y y C xc C D + = 矩形 12 3 bL I xc = 圆形 64 4 d I xc π= 曲面上的静水总压力： x c x c x A gh A p P ρ==；gV P z ρ= 总压力 z x P P P += 与水平面的夹角 x z P P arctan =θ 潜体和浮体的总压力： 0=x P 排浮gV F P z ρ== 第三章 流体动力学基础 质点加速度的表达式??? ? ?? ?????+??+??+??=??+??+??+??= ??+??+??+??=z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z z z y z x z z y z y y y x y y x z x y x x x x A Q V Q Q Q Q Q G A = === ? 断面平均流速重量流量质量流量体积流量g udA m ρρ 流体的运动微分方程： t z t y t x d du z p z d du y p Y d du x p X = ??-=??-=??- ρρρ1;1;1 不可压缩流体的连续性微分方程 ： 0z u y u x u z y x =??+??+?? 恒定元流的连续性方程： dQ A A ==2211d u d u 恒定总流的连续性方程：Q A A ==2211νν 无粘性流体元流伯努利方程：g 2u g p z g 2u g p z 2 2 222 111++=++ρρ 粘性流体元流伯努利方程： w 2 2222111'h g 2u g p z g 2u g p z +++=++ρρ
真空计算常用公式 1、玻义尔定律 体积V，压强P，P?V＝常数（一定质量的气体，当温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。 即P1/P2＝V2/V1） 2、盖?吕萨克定律 当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比：（V1/V2＝T1/T2＝常数） 当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。 3、查理定律 当气体的体积V保持不变，一定质量的气体，压强P与其他绝对温度T成正比，即：P1/P2＝T1/T2 在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高(或降低)1℃，它的压强比原来增加(或减少)1/273。 4、平均自由程： λ＝(5×10-3)/P (cm) 5、抽速： S＝dv/dt (升/秒)或S＝Q/P Q＝流量(托?升/秒) P＝压强(托)V＝体积(升) t＝时间(秒) 6、通导：C＝Q/(P2-P1) (升/秒) 7、真空抽气时间： 对于从大气压到1托抽气时间计算式：t＝8V/S (经验公式) （V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。） 8、维持泵选择： S维＝S前/10 9、扩散泵抽速估算： S＝3D2 (D＝直径cm） 10、罗茨泵的前级抽速： S＝(0.1~0.2)S罗(l/s) 11、漏率： Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1) Q漏－系统漏率(mmHg?l/s) V－系统容积(l) P1－真空泵停止时系统中压强(mmHg) P2－真空室经过时间t后达到的压强(mmHg) t－压强从P1升到P2经过的时间(s) 12、粗抽泵的抽速选择： S＝Q1/P预(l/s) S=2.3V?lg(Pa/P预)/t S－机械泵有效抽速Q1－真空系统漏气率(托?升/秒) P预－需要达到的预真空度(托) V－真空系统容积(升) t－达到P预时所需要的时间Pa－大气压值(托） 13、前级泵抽速选择： 排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子
真空泵的选型及常用计 算公式 Revised as of 23 November 2020
真空泵选型 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点： 确定工作真空范围: ----首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。 确定极限真空度 ----在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。 被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。 真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。
主真空泵的选择计算 S=tLog(P1/P2) 其中： S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积（L） t为达到要求真空度所需时间(s) P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如： V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=t Log(P1/P2) =30xLog(760/50) =s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。 目前工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等 一般的要求是： 1、真空度、真空容积、主要介质、温度、主要容积类设备。 2、真空流入介质及流量、压力、温度、规律。 3、抽气量、抽出气体介质、温度。
真空概念及真空常用计算公式 1、真空的定义 真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态 2、真空度 处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。 3、真空度单位 通常用托（Torr）为单位，近年国际上取用帕（Pa）作为单位。 1托＝1/760大气压＝1毫米汞柱 4、托与帕的转换 1托＝133.322帕或1帕＝7.5×10-3托 5、平均自由程 作无规则热运动的气体粒子，相继两次碰撞所飞越的平均距离，用符号“λ”表示。 6、流量 单位时间流过任意截面的气体量，符号用“Q”表示，单位为帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。 7、流导 表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒（L/s），在稳定状态下，管
道流导等于管道流量除以管道两端压强差。 符号记作“U”。U＝Q/(P2- P1) 8、压力或压强 气体分子作用于容器壁的单位面积上的力，用“P”表示。 9、标准大气压 压强为每平方厘米101325达因的气压，符号：（Atm）。 10、极限真空 真空容器经充分抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气，再经12小时抽真空，最后一个小时每隔10分钟测量一次，取其10次的平均值为极限真空值。 11、抽气速率 在一定的压强和温度下，单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率，简称抽速。即Sp＝Q/（P－P0） 12、热偶真空计 利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。 13、电离真空计（又收热阴极电离计） 由筒状收集极，栅网和位于栅网中心的灯丝构成，筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子，离子被收集极收集，根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。
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真空计算公式 1、玻义尔定律 体积V，压强P，P·V＝常数 一定质量的气体，当温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。 即P 1/P 2 ＝V 2 /V 1 2、盖·吕萨克定律 当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比： V 1/V 2 ＝T 1 /T 2 ＝常数 当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。 3、查理定律 当气体的体积V保持不变，一定质量的气体，压强P与其绝对温度T成正比，即： P 1/P 2 ＝T 1 /T 2 在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高(或降低)1℃，它的压强比原来增加(或减少)1/273。 4、平均自由程：λ＝(5×10-3)/P (cm) 5、抽速：S＝d v /d t (升/秒)或 S＝Q/P Q＝流量(托·升/秒) P＝压强(托) V＝体积(升) t＝时间(秒) 6、通导： C＝Q/(P 2-P 1 ) (升/秒) 7、真空抽气时间：对于从大气压到1托抽气时间计算式： t＝8V/S (经验公式) V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。 8、维持泵选择：S 维＝S 前 /10 9、扩散泵抽速估算：S＝3D2 (D＝直径cm） 10、罗茨泵的前级抽速：S＝~S 罗 (l/s) 11、漏率：Q 漏＝V(P 2 -P 1 )/(t 2 -t 1 ) Q 漏 －系统漏率(mmHg·l/s) V－系统容积(l) P 1 －真空泵停止时系统中压强(mmHg) P 2 －真空室经过时间t后达到的压强(mmHg) t－压强从P 1升到P 2 经过的时间(s) 12、粗抽泵的抽速选择：S＝Q 1/P 预 (l/s) S=·lg(P a /P 预 )/t S－机械泵有效抽速 Q 1 －真空系统漏气率(托·升/秒) P 预 －需要达到的预真空度(托) V－真空系统容积(升) t－达到P 预 时所需要的时间 P a －大气压值(托） 13、前级泵抽速选择： 排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等，它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值，选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走，根据管路中，各截面流量恒等的原则有：
真空泵的选择方法和计算公式 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点： 1、确定工作真空范围: 首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。 2、确定极限真空度 在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。 3、被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。 4、真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。 5、真空泵计算公式 S=2.303V/tLog(P1/P2) 其中： S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积(L) t为达到要求真空度所需时间(s) P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如： V=500L
t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=2.303V/t Log(P1/P2)=2.303×500/30xLog(760/50)=35.4L/s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。
真空度 处于真空状态下的气体稀薄程度，通常用真空度表示。若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=大气压强—绝对压强，绝对压强=大气压+表压 目录 1概述 2标识方法 3相关知识 4各参数关系
在真空状态下，气体的稀薄程度通常用气体的压力值来表示，显然，该压力值越小则表示气体越稀薄。 详细定义 所谓的真空度是指一个空间内气体分子数的密度比标准状态下(一个大气压101325pa)少。而湿度通常是指气态水分子的多少。空气中除了氮和氧以外，还有很多其他气体，水分就是其中之一，所以通常来讲湿度越大真空度越小，那相对来说湿度大抽真空就不容易。决定真空度大小有两个因素:一个是真空泵本身能达到的极限真空度和抽速，一个是整个系统的泄漏量。由于任何物质由固态或液态转化为气态都需要能量，所以气温越高，分子运动越活跃，越容易将其抽出。 由于是抽真空元件内部的气体，所以和元件内部的温湿度关系大，和大气的温湿度关系小，但如果大气的温度较高湿度小的话，抽空效果会好一点。 一般情况下，水是影响真空的重要因素，要抽出水分最重要一点是温度，如果没有足够的热能，由于抽真空导致气压下降，部分液态水会挥发，使留下的水温度下降，甚至变成冰。 定义三 由于传统真空度表示的低于标准大气压强的压力值大小，不太容易比较出与标准大气压强的关系。目前有很多人更倾向于接受：真空度=（标准大气压强-系统压强）/标准大气压强。 2标识方法 对于真空度的标识通常有两种方法： 一是用“绝对压力”、“绝对真空度”（即比“理论真空”高多少压力)标识； 在实际情况中，真空泵的绝对压力值介于0～101.325KPa之间。绝对压力值需要用绝对压力仪表测量，在20℃、海拔高度=0的地方，用于测量真空度的仪表(绝对真空表)的初始值为101.325KPa(即一个标准大气压)。 二是用“相对压力”、“相对真空度”(即比“大气压”低多少压力)来标识。 "相对真空度"是指被测对象的压力与测量地点大气压的差值。用普通真空表测量。在没有真空的状态下(即常压时)，表的初始值为0。当测量真空时，它的值介于0到－101.325KPa（一般用负数表示）之间。 比如，有一款微型真空泵PH2506B测量值为－75KPa，则表示泵可以抽到比测量地点的大气压低75KPa的真空状态。 3相关知识 换算方法 相对真空度和绝对真空度的换算 国际真空行业通用的“真空度”，也是最科学的是用绝对压力标识；指得是“极限真空、绝对真空度（绝对真空其实是一种理想的真空状态，其实绝对真空是不存在的）、绝对压力”，但“相对真空度”(相对压力、真空表表压、负压)
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真空计算公式1、玻义尔定律 体积V，压强P，P·V＝常数 一定质量的气体，当温度不变时，气体的压强与气体的体积成反比。 即P1/P2＝V2/V1 2、盖·吕萨克定律 当压强P不变时，一定质量的气体，其体积V与绝对温度T成正比： V 1/V 2 ＝T 1 /T 2 ＝常数 当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高(或P降低)1℃，则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。 3、查理定律 当气体的体积V保持不变，一定质量的气体，压强P与其绝对温度T成正比，即： P 1/P 2 ＝T 1 /T 2 在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高(或降低)1℃，它的压强比原来增加(或减少)1/273。 4、平均自由程：λ＝(5×10-3)/P (cm) 5、抽速：S＝d v /d t (升/秒)或 S＝Q/P Q＝流量(托·升/秒) P＝压强(托)V＝体积(升) t＝时间(秒) 6、通导： C＝Q/(P 2-P 1 ) (升/秒) 7、真空抽气时间：对于从大气压到1托抽气时间计算式： t＝8V/S (经验公式)
V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。 8、维持泵选择：S 维＝S前/10 9、扩散泵抽速估算：S＝3D2 (D＝直径cm） 10、罗茨泵的前级抽速：S＝~S 罗 (l/s) 11、漏率：Q 漏＝V(P2-P 1 )/(t 2 -t 1 ) Q 漏－系统漏率(mmHg·l/s) V－系统容积(l) P 1 －真空泵停止时系统中压强(mmHg) P 2 －真空室经过时间t后达到的压强(mmHg) t－压强从P 1升到P 2 经过的时间(s) 12、粗抽泵的抽速选择：S＝Q 1/P 预 (l/s) S=·lg(P a /P 预)/t S－机械泵有效抽速 Q 1 －真空系统漏气率(托·升/秒) P 预－需要达到的预真空度(托) V－真空系统容积(升) t－达到P 预时所需要的时间 P a －大气压值(托） 13、前级泵抽速选择： 排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等，它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值，选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走，根据管路中，各截面流量恒等的原则有： P n S g ≥P g S 或
真空概念及真空常用计算公式
真空概念及真空常用计算公式 1、真空的定义 真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态 2、真空度 处于真空状态下的气体稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。 3、真空度单位 通常用托（Torr）为单位，近年国际上取用帕（Pa）作为单位。 1托＝1/760大气压＝1毫米汞柱 4、托与帕的转换 1托＝133.322帕或1帕＝7.5×10-3托 5、平均自由程 作无规则热运动的气体粒子，相继两次碰撞所飞越的平均距离，用符号“λ”表示。 6、流量 单位时间流过任意截面的气体量，符号用“Q”表示，单位为帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。 7、流导 表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒（L/s），在稳定状态下，管
道流导等于管道流量除以管道两端压强差。 符号记作“U”。U＝Q/(P2- P1) 8、压力或压强 气体分子作用于容器壁的单位面积上的力，用“P”表示。 9、标准大气压 压强为每平方厘米101325达因的气压，符号：（Atm）。 10、极限真空 真空容器经充分抽气后，稳定在某一真空度，此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气，再经12小时抽真空，最后一个小时每隔10分钟测量一次，取其10次的平均值为极限真空值。 11、抽气速率 在一定的压强和温度下，单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率，简称抽速。即Sp＝Q/（P－P0） 12、热偶真空计 利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。 13、电离真空计（又收热阴极电离计） 由筒状收集极，栅网和位于栅网中心的灯丝构成，筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子，离子被收集极收集，根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。
真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点：确定工作真空范围: 首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。确定极限真空度在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。被抽气体种类与抽气量检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。真空容积检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。 主真空泵的选择计算S=2.303V/tLog(P1/P2) 其中：S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积（L）t为达到要求真空度所需时间(s) P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如：V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=2.303V/t Log(P1/P2) =2.303x500/30xLog(760/50) =35.4L/s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。 抽气速率: 在一定的压强和温度下，单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率，简称抽速。 S＝dv/dt (升/秒)或S＝Q/P Q为真空室的总气体量(Pa·L/S) P为真空室要求的工作压力(Pa) V＝体积(L) t＝时间(S) Q通常由三部分组成： Q=Q1+Q2+Q3(Pa·L/S) Q1为真空室工作过程中产生的气体量 Q2为真空室及真空元件的放气量 Q3为真空室的总漏气量 真空度只和抽气速率及抽真空操作的时间有关 S=V/t*ln(P1/P2) S——真空泵抽气能力m3/h V——容积m3 t——所需时间h P1——初始压力 P2——最终压力 推导过程 S=dV/dt; 水环式真空泵对气体的压缩是等温的，由玻义尔定律: P?V＝常数 对时间t微分 d(PV)/dt=0,展开 PdV/dt+VdP/dt=0 PS=- VdP/dt Sdt=-Vdp/P,积分（t:0—t 1—P2）得公式S=V/t*ln(P1/P2） 需要说明的是，水环式真空泵的抽气速率只和泵的结构有关，泵结构确定之后且忽略泵工作时的泄露，真空度可以用上述公式计算；但是这个真空度不是无限正比于时间的函数，真空度的极限值（即真空极限）是受真空泵工作液的对应温度下饱和蒸汽压限制de 。 一、真空泵的性能参数