凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)⑴
凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)⑴
上海東富龍科技有限公司 張耀平
第一節(jié) 物態(tài)的變化
在物質(zhì)世界之中，我們周圍的一切，如空氣、水、鐵等都是物質(zhì)，一切物質(zhì)均在不斷地發(fā)生變化。
一般物質(zhì)存在三種形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，即使同一種物質(zhì)也有三種形態(tài)。例如水，在0℃時(shí)能結(jié)成冰變成固態(tài)。而在100℃時(shí)則變成蒸氣而成氣態(tài)，在0～100℃之間則是液態(tài)?？梢娫谝欢ǖ臈l件下，物質(zhì)的形態(tài)能夠互相轉(zhuǎn)化。物質(zhì)是由分子組成的，在物質(zhì)的三種形態(tài)變化中，物質(zhì)的本質(zhì)并沒有發(fā)生變化。物質(zhì)的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三者的主要區(qū)別在于物質(zhì)分子間的距離和作用力的大小不同，這些僅是程度上的差別，本質(zhì)上是相同的。氣態(tài)物質(zhì)分子間的距離較大，分子之間的相互作用力較小，以致氣態(tài)物質(zhì)不能單獨(dú)地維持自已的形狀和體積，總是充滿在容納它的物質(zhì)之中。液態(tài)物質(zhì)分子間的距離較氣態(tài)小，作用力較大，因此液態(tài)物質(zhì)只能單獨(dú)地保持其體積而不能保持其形狀。
固態(tài)物質(zhì)分子間的距離小，作用力大，因此固態(tài)物質(zhì)能保持自已的獨(dú)立形狀和體積。物質(zhì)在發(fā)生形態(tài)的變化時(shí)，伴隨著熱量的變化。如冰熔化要加熱，水變成汽也要加熱，說明它們吸收熱量；相反，水結(jié)成冰要移去熱量，汽變成水也要移去熱量，說明它們放出熱量。一般地說，從固態(tài)變液態(tài)，液態(tài)變氣態(tài)，固態(tài)直接變成氣態(tài)的過程是從分子排列密、相互作用力大的狀態(tài)，變?yōu)榉肿优帕惺?、作用力小的狀態(tài)。這一過程要從外界吸取熱量；而相反的過程則向外界傳遞（放出）熱量。
由固態(tài)變成液態(tài)的過程叫熔化。將固態(tài)加熱，當(dāng)升高到一定的溫度時(shí)固體即變成液體。固體物質(zhì)熔化時(shí)的這個(gè)溫度稱為熔點(diǎn)。固體熔化時(shí)內(nèi)能增加，因此需要從外界吸收熱量。一些物質(zhì)的熔點(diǎn)見表一。單位質(zhì)量的物質(zhì)，由固體變?yōu)橥瑴囟鹊囊后w所需要吸收的熱量叫做該物質(zhì)的熔化熱。物質(zhì)的熔點(diǎn)和熔化熱隨壓強(qiáng)的變化而變化。一些物質(zhì)的熔化熱見表二，單位：cal/g 表一 一些物質(zhì)的熔點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 熔點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 熔點(diǎn)℃ 冰 0 玻璃 460～800 氨 －77.7 銅 1083 R12 －155 鋁 658 R22 －160 鋼鐵 1300～1400 水銀 －39 錫 232 酒精 －114 鎢 3410 表二 一些物質(zhì)的熔化熱(cal/g) 物質(zhì)名稱 熔化熱 物質(zhì)名稱 熔化熱 冰 79.4 錫 14.5 水銀 2.8 鋁 92.4 氯化鈉 123.5 銅 51 由液體變?yōu)楣腆w的過程叫做凝固。它是熔化的逆過程。物體由液體變?yōu)楣腆w時(shí)要放出熱量。放出的熱量與該物質(zhì)的熔化熱相等。凝固是在與熔化相同的溫度下進(jìn)行的，所以同一物質(zhì)的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)是一樣的。物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)或固態(tài)直接變成氣態(tài)的過程都稱為汽化過程，它可分為蒸發(fā)、沸騰和升華三種情況。蒸發(fā)是指在任何溫度下（只要低于臨界溫度）液體表面的汽化過程。
在制冷技術(shù)中，“蒸發(fā)”通常代表液體的沸騰過程。將液體加熱到一定的溫度，液體逐漸變成蒸氣；當(dāng)蒸汽的形成不僅來自液體表面，而且來自液體內(nèi)部，且形成許多小汽泡上升至液面上方空間時(shí)，這一現(xiàn)象稱為沸騰。也就是溫度升高到液體的蒸汽壓力與周圍的空間壓力相等時(shí)，液體即開始沸騰。液體開始沸騰時(shí)的溫度叫做沸點(diǎn)。沸騰也是同時(shí)發(fā)生在液體內(nèi)部和表面的汽化現(xiàn)象。一些物質(zhì)的沸點(diǎn)見表三。表三 一些物質(zhì)的沸點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 沸點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 沸點(diǎn)℃ 鐵 2840 氮 －196 鋁 1755 氧 －183 水銀 357 氨 －33.4 水 100 R12 －29.8 酒精 78 R22 －40.8 某些固體不經(jīng)過液態(tài)而直接變成氣態(tài)的汽化現(xiàn)象叫做升華。升華是固體的直接汽化過程，容易升華的固體叫揮發(fā)性固體。物質(zhì)在汽化時(shí)要吸收熱量，單位質(zhì)量的液體變成同溫度的汽體所吸收的熱量叫做汽化熱，因?yàn)橐彩钦舭l(fā)時(shí)所吸收的熱量，所以也可叫做蒸發(fā)熱。熔化熱和汽化熱都叫做物體的潛熱。一些物質(zhì)的汽化熱見表四，單位：cal/g。表四 一些物質(zhì)的汽化熱(cal/g) 物質(zhì)名稱 汽化熱 物質(zhì)名稱 汽化熱 水 536.5 氨 327.3 酒精 216.4 R12 40 水銀 68.7 R22 56 在溫度和壓力都要小于臨界值的條件下，將蒸汽冷卻或與壓縮同時(shí)進(jìn)行時(shí)，使蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的過程叫做液化。單位重量的蒸汽變成同溫度的液體所移去的熱量稱為冷凝熱。冷凝時(shí)的溫度叫做冷凝溫度，冷凝溫度在冷凝過程中保持不變。它與冷凝蒸汽的壓力有關(guān)。當(dāng)蒸汽遇到比該蒸汽物質(zhì)的凝固溫度低的物體時(shí)，則蒸汽不經(jīng)過液體能直接凝固成固體而附在低溫物體的表面，叫做凝華。例如水蒸汽遇到比水的冰點(diǎn)低的物體時(shí)，它就在低溫物體的表面結(jié)成冰霜，它實(shí)際上是升華的逆過程，這一過程顯然是要放出熱量的。這一現(xiàn)象在制冷和冷凍干燥中是經(jīng)常遇到的。
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第一節(jié) 物態(tài)的變化
在物質(zhì)世界之中，我們周圍的一切，如空氣、水、鐵等都是物質(zhì)，一切物質(zhì)均在不斷地發(fā)生變化。
一般物質(zhì)存在三種形態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，即使同一種物質(zhì)也有三種形態(tài)。例如水，在0℃時(shí)能結(jié)成冰變成固態(tài)。而在100℃時(shí)則變成蒸氣而成氣態(tài)，在0～100℃之間則是液態(tài)?？梢娫谝欢ǖ臈l件下，物質(zhì)的形態(tài)能夠互相轉(zhuǎn)化。物質(zhì)是由分子組成的，在物質(zhì)的三種形態(tài)變化中，物質(zhì)的本質(zhì)并沒有發(fā)生變化。物質(zhì)的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三者的主要區(qū)別在于物質(zhì)分子間的距離和作用力的大小不同，這些僅是程度上的差別，本質(zhì)上是相同的。氣態(tài)物質(zhì)分子間的距離較大，分子之間的相互作用力較小，以致氣態(tài)物質(zhì)不能單獨(dú)地維持自已的形狀和體積，總是充滿在容納它的物質(zhì)之中。液態(tài)物質(zhì)分子間的距離較氣態(tài)小，作用力較大，因此液態(tài)物質(zhì)只能單獨(dú)地保持其體積而不能保持其形狀。
固態(tài)物質(zhì)分子間的距離小，作用力大，因此固態(tài)物質(zhì)能保持自已的獨(dú)立形狀和體積。物質(zhì)在發(fā)生形態(tài)的變化時(shí)，伴隨著熱量的變化。如冰熔化要加熱，水變成汽也要加熱，說明它們吸收熱量；相反，水結(jié)成冰要移去熱量，汽變成水也要移去熱量，說明它們放出熱量。一般地說，從固態(tài)變液態(tài)，液態(tài)變氣態(tài)，固態(tài)直接變成氣態(tài)的過程是從分子排列密、相互作用力大的狀態(tài)，變?yōu)榉肿优帕惺?、作用力小的狀態(tài)。這一過程要從外界吸取熱量；而相反的過程則向外界傳遞（放出）熱量。
由固態(tài)變成液態(tài)的過程叫熔化。將固態(tài)加熱，當(dāng)升高到一定的溫度時(shí)固體即變成液體。固體物質(zhì)熔化時(shí)的這個(gè)溫度稱為熔點(diǎn)。固體熔化時(shí)內(nèi)能增加，因此需要從外界吸收熱量。一些物質(zhì)的熔點(diǎn)見表一。單位質(zhì)量的物質(zhì)，由固體變?yōu)橥瑴囟鹊囊后w所需要吸收的熱量叫做該物質(zhì)的熔化熱。物質(zhì)的熔點(diǎn)和熔化熱隨壓強(qiáng)的變化而變化。一些物質(zhì)的熔化熱見表二，單位：cal/g 表一 一些物質(zhì)的熔點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 熔點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 熔點(diǎn)℃ 冰 0 玻璃 460～800 氨 －77.7 銅 1083 R12 －155 鋁 658 R22 －160 鋼鐵 1300～1400 水銀 －39 錫 232 酒精 －114 鎢 3410 表二 一些物質(zhì)的熔化熱(cal/g) 物質(zhì)名稱 熔化熱 物質(zhì)名稱 熔化熱 冰 79.4 錫 14.5 水銀 2.8 鋁 92.4 氯化鈉 123.5 銅 51 由液體變?yōu)楣腆w的過程叫做凝固。它是熔化的逆過程。物體由液體變?yōu)楣腆w時(shí)要放出熱量。放出的熱量與該物質(zhì)的熔化熱相等。凝固是在與熔化相同的溫度下進(jìn)行的，所以同一物質(zhì)的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)是一樣的。物質(zhì)由液態(tài)變成氣態(tài)或固態(tài)直接變成氣態(tài)的過程都稱為汽化過程，它可分為蒸發(fā)、沸騰和升華三種情況。蒸發(fā)是指在任何溫度下（只要低于臨界溫度）液體表面的汽化過程。
在制冷技術(shù)中，“蒸發(fā)”通常代表液體的沸騰過程。將液體加熱到一定的溫度，液體逐漸變成蒸氣；當(dāng)蒸汽的形成不僅來自液體表面，而且來自液體內(nèi)部，且形成許多小汽泡上升至液面上方空間時(shí)，這一現(xiàn)象稱為沸騰。也就是溫度升高到液體的蒸汽壓力與周圍的空間壓力相等時(shí)，液體即開始沸騰。液體開始沸騰時(shí)的溫度叫做沸點(diǎn)。沸騰也是同時(shí)發(fā)生在液體內(nèi)部和表面的汽化現(xiàn)象。一些物質(zhì)的沸點(diǎn)見表三。表三 一些物質(zhì)的沸點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 沸點(diǎn)℃ 物質(zhì)名稱 沸點(diǎn)℃ 鐵 2840 氮 －196 鋁 1755 氧 －183 水銀 357 氨 －33.4 水 100 R12 －29.8 酒精 78 R22 －40.8 某些固體不經(jīng)過液態(tài)而直接變成氣態(tài)的汽化現(xiàn)象叫做升華。升華是固體的直接汽化過程，容易升華的固體叫揮發(fā)性固體。物質(zhì)在汽化時(shí)要吸收熱量，單位質(zhì)量的液體變成同溫度的汽體所吸收的熱量叫做汽化熱，因?yàn)橐彩钦舭l(fā)時(shí)所吸收的熱量，所以也可叫做蒸發(fā)熱。熔化熱和汽化熱都叫做物體的潛熱。一些物質(zhì)的汽化熱見表四，單位：cal/g。表四 一些物質(zhì)的汽化熱(cal/g) 物質(zhì)名稱 汽化熱 物質(zhì)名稱 汽化熱 水 536.5 氨 327.3 酒精 216.4 R12 40 水銀 68.7 R22 56 在溫度和壓力都要小于臨界值的條件下，將蒸汽冷卻或與壓縮同時(shí)進(jìn)行時(shí)，使蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的過程叫做液化。單位重量的蒸汽變成同溫度的液體所移去的熱量稱為冷凝熱。冷凝時(shí)的溫度叫做冷凝溫度，冷凝溫度在冷凝過程中保持不變。它與冷凝蒸汽的壓力有關(guān)。當(dāng)蒸汽遇到比該蒸汽物質(zhì)的凝固溫度低的物體時(shí)，則蒸汽不經(jīng)過液體能直接凝固成固體而附在低溫物體的表面，叫做凝華。例如水蒸汽遇到比水的冰點(diǎn)低的物體時(shí)，它就在低溫物體的表面結(jié)成冰霜，它實(shí)際上是升華的逆過程，這一過程顯然是要放出熱量的。這一現(xiàn)象在制冷和冷凍干燥中是經(jīng)常遇到的。
