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冷冻干燥技术基础知识 上海东富龙科技有限公司 基础知识－物态的变化 ⒈物质三态 一般物质存在三种形态：气态、液态和固态。 即使同一种物质也有三种形态。 例如水H2O，在0℃时能结成冰变成固态。而在100℃时则变成蒸气而成气态。 在0～100℃之间则是液态。 可见在一定的条件下，物质的形态能够互相转化。 基础知识－物态的变化 物态变化时的热量变化 以水H2O为例说明 基础知识－物态的变化 ⑴熔化 固态吸收热量变成液态的过程，此时温度叫熔点。 ⑵熔化热 单位质量的物质，由固体变为同温度的液体所需要吸收的热量。单位：kcal/kg ⑶凝固 由液体放出热量变为固体的过程。凝固是熔化的逆过程。放出的热量与该物质的熔化热相等。凝固是在与熔化相同的温度下进行的，所以同一物质的熔点和凝固点是一样的。 基础知识－物态的变化 蒸发、沸腾、升华 物质由液态变成气态或固态直接变成气态的过程都称为汽化过程，它可分为蒸发、沸腾和升华三种情况。 ⑴蒸发 在任何温度下（只要低于临界温度如水为374℃）液体表面的汽化过程。在制冷技术中，“蒸发”通常代表液体的沸腾过程。 ⑵沸腾 将液体加热到一定的温度，液体逐渐变成蒸气；当蒸汽的形成不仅来自液体表面，而且来自液体内部，且形成许多小汽泡上升至液面上方空间时，这一现象称为沸腾。也就是温度升高到液体的蒸汽压力与周围的空间压力相等时，液体即开始沸腾。液体开始沸腾时的温度叫做沸点。沸腾也是同时发生在液体内部和表面的汽化现象。 ⑶升华 某些固体不经过液态而直接变成气态的汽化现象叫做升华。升华是固体的直接汽化过程，容易升华的固体叫挥发性固体。物质在汽化时要吸收热量，单位质量的液体变成同温度的汽体所吸收的热量叫做汽化热，因为也是蒸发时所吸收的热量，所以也可叫做蒸发热。熔化热和汽化热都叫做物体的潜热。 基础知识－物态的变化 冷凝与凝化 在温度和压力都要小于气体临界值的条件下，将蒸汽冷却或与压缩同时进行时，使蒸汽转变为液体的过程叫做液化。单位重量的蒸汽变成同温度的液体所移去的热量称为冷凝热。冷凝时的温度叫做冷凝温度，冷凝温度在冷凝过程中保持不变。它与冷凝蒸汽的压力有关。 当蒸汽遇到比该蒸汽物质的凝固温度低的物体时，则蒸汽不经过液体能直接凝固成固体而附在低温物体的表面，叫做凝华。例如水蒸汽遇到比水的冰点低的物体时，它就在低温物体的表面结成冰霜，它实际上是升华的逆过程，这一过程显然是要放出热量的。这一现象在制冷和冻干中是经常遇到的。 基础知识－物态的变化 临界温度与临界压力 气体和蒸汽都是物质的气态状态，物质的临界温度可以作为判断气态物质是气体还是蒸汽的标准。当温度高于该物质的临界温度时，该物质的气态称为气态；当温度低于该物质的临界温度时，该物质的气态称为蒸汽。 气体的液化温度是与压力有关的。气体的压力越小时，则其液化温度越低；随着压力的增加，气体的液化温度也升高。对于某一种物质的气体，有一个固定的温度值。超出这个温度时，物质只能处于气态，无论加多大的压力也不能使其压缩成液体，这个温度就称为该物质气体的临界温度。在临界温度时使该气体液化所需要的最小压力，称为该物质气体的临界压力。 水蒸汽的临界温度为374℃，临界压力是217.7atm。温度降低时水蒸汽很容易液化。 在不同的温度水和冰均有不同的蒸汽压。温度降低时，冰和水的蒸汽压也随之降低。 基础知识－物态的变化 饱和蒸汽压 任何液体物质，当在一密闭容器内蒸发时，达到一定的程度后，液体汽化与蒸汽的液化就处于平衡状态。这时密闭容器内的蒸汽称为饱和蒸气；密闭容器内的蒸汽压强称为饱和蒸汽压。 饱和蒸汽压随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。对于同一蒸汽，在不同的温度有不同的饱和蒸汽压。如果饱和蒸汽继续得到热量，则温度将比饱和时的温度高，但压力仍保持原饱和温度时相应压力值，这样的蒸汽称超热蒸汽。 如果在某一密闭系统内，有一个蒸汽源，而该系统内各部份有不同的温度差时，则该密闭系统的饱和蒸汽压由最低的温度所决定，即最低温度所对应的饱和蒸汽压。 基础知识－热与温度 温标 ⑴摄氏温标 在标准大气压下，以水的冰点为0℃。水的沸点为100℃。在0～100之间分成100等分，每一等分叫1℃。这种温标就叫做摄氏温标，用符号℃表示。 ⑵华氏温标 在标准大气压下，以水的冰点为32。水的沸点为212，在32～212之间分成180等分，每一等分叫1°F。这种温标就叫做华氏温标，用符号°F表示。 华氏和摄氏可用下面的公式进行换： 华氏换摄氏：℃=5/9×（°F