冻干技术基础知识⑴

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冻干技术基础知识⑴

上海东富龙科技有限公司 张耀平

第一节  物态的变化

在物质世界之中，我们周围的一切，如空气、水、铁等都是物质，一切物质均在不断地发生变化。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，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。
物质是由分子组成的，在物质的三种形态变化中，物质的本质并没有发生变化。物质的气态、液态和固态三者的主要区别在于物质分子间的距离和作用力的大小不同，这些仅是程度上的差别，本质上是相同的。气态物质分子间的距离较大，分子之间的相互作用力较小，以致气态物质不能单独地维持自已的形状和体积，总是充满在容纳它的物质之中。液态物质分子间的距离较气态小，作用力较大，因此液态物质只能单独地保持其体积而不能保持其形状。固态物质分子间的距离小，作用力大，因此固态物质能保持自已的独立形状和体积。
物质在发生形态的变化时，伴随着热量的变化。如冰熔化要加热，水变成汽也要加热，说明它们吸收热量；相反，水结成冰要移去热量，汽变成水也要移去热量，说明它们放出热量。一般地说，从固态变液态，液态变气态，固态直接变成气态的过程是从分子排列密、相互作用力大的状态，变为分子排列疏、作用力小的状态。这一过程要从外界吸取热量；而相反的过程则向外界传递（放出）热量。如图一所示。
/ J& t, j% ^8 Z  @5 w! ^3 c由固态变成液态的过程叫熔化。将固态加热，当升高到一定的温度时固体即变成液体。固体物质熔化时的这个温度称为熔点。固体熔化时内能增加，因此需要从外界吸收热量。一些物质的熔点见表一。
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叫做该物质的熔化热。物质的熔点和熔化热随压强的变化而变化。一些物质的熔化热见表二，单位：cal/g
表一  一些物质的熔点℃



3 ~/ V' P- d% `7 a; E8 _% A
1 H; X# B; @% P, k

1 d7 z. w: B6 E; n+ x6 a- V物质名称
9 {$ H" o" y% p' A
熔点℃

7 C/ s' [/ R3 h. {1 O% v7 T' u物质名称

1 k0 C, s/ k8 n* x) E熔点℃


+ D% Y  q( G# T# U* @6 v  冰

0

玻璃

0 @! H1 ?2 E, a460～800

) {/ P9 \4 _; f* `/ K! k
  氨

－77.7

( B! Z! M. q% M3 C1 J6 N8 ]    铜

  1083


  R12
2 S' U5 r$ s) `# g. S
－155
7 Z0 N( I" J' l# o6 I9 g% F, g- |
# T: m/ v# ~. G9 Z& m    铝
2 [$ D* ?- }, E9 L1 z
; {" \# w/ {) Y% |. ~/ i5 D  658

$ s: p7 K5 N, n) D! J3 {
  R22

－160

6 F+ D5 b; e' q3 }7 d% ]    钢铁
5 c# r" c+ \0 ?. j( h! g7 ~. V: L  B, \; O
  1300～1400
1 b! S8 Y7 _2 O7 N1 D: j7 ?+ N. s

  水银

! m$ K# m5 Z$ d" ^% V; d－39
9 g6 W0 K1 ?/ Y, @+ c
    锡

' G# U, P& I  A, G  232


' [2 _7 ^0 Y  b  酒精
! \0 T9 o" D8 P8 ~. D+ U0 s
－114

    钨
% h/ \1 l& ?0 U3 V2 k
  ]( ^6 Z3 T- b  3410
表二  一些物质的熔化热(cal/g)


7 L; ~8 @- J) p" R& F+ X+ a
- ^: _, Z. Q8 h% {$ f

  B) }! `; g9 M- c3 m& C
物质名称

熔化热
7 `* {& y1 U: R) w0 {+ M# R
! o- b  E/ r, v5 v  B6 a物质名称

2 b: _, h! p# E" K5 x* t! i& V  F  P熔化热

9 l, @' ?! D5 S! T  x2 {
8 G2 ]: k( `& @4 u# B3 ^冰

5 r0 R% }3 ~7 Z  h# a, [, t79.4

! Q( z! u+ Z: v4 e锡

14.5
% x1 g9 G# C3 w: _: R
3 v( k9 o& {4 j6 |" o4 V
水银
1 r# o! n' m5 y1 [% K6 |. a
5 t4 _' N% a9 s4 d) u: L/ e2.8

铝
9 |: z0 p+ z# m2 r. z0 q1 c( s
92.4
, \( X! `' G+ M
3 d, R, [9 X: ^& Z# |- _2 @$ o4 z+ g
" Y( y- _, ^, ^) a# [6 V3 d) C氯化钠

123.5
4 i& M4 {# L" J9 z: u; a* q' E
$ m- p" J: E6 f7 x* |铜

. A2 g# |6 ^" d! |1 Z# S51
由液体变为固体的过程叫做凝固。它是熔化的逆过程。物体由液体变为固体时要放出热量。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。
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。
蒸发是指在任何温度下（只要低于临界温度）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。
& C$ \! t: d) o3 Y, r% d& g: u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。一些物质的沸点见表三。
3 O2 h; k9 H' f: W表三 一些物质的沸点℃

& Q: B  N5 Q* G; Q9 O% y; a; ?- @

4 n0 J3 Z( G' ?0 [% h1 m
9 ~# U/ r- ]+ O
! s* Q4 Z- K& N1 K
物质名称
3 h+ q8 Z( f# f7 u: i" Z
+ Y& a7 l, a* U" P, G/ @8 w沸点℃

1 ~# W, C8 G* k5 ]! ?物质名称
' A% s1 ^* q  N$ x% y5 U$ Z
1 b3 T, N3 s) c- y沸点℃


铁
+ N# |4 J8 d# Q0 f! L
, T3 Z' A! o9 R+ S7 d1 Z5 F+ F2840
3 ?! I& Y' W- s/ o8 `5 ?* W
: e8 ?& I* c+ C; Q  d& q氮

－196
* l1 n  w$ m  i# w- p
9 w- j0 }1 B8 {
, q+ f* n5 `$ a' M' ~铝
+ J6 r" T# G' P1 V6 K8 U
- s2 ?2 B; N( F) X, P4 T1755

氧

－183


水银

357

  B! N2 |4 X( ^2 e1 e* w氨

" `6 e8 ~! y% D+ }－33.4
: h% z7 z; J  x3 R& y5 s0 s" \
# O& Y' h! f! Q( H* g: g
水
! K' I2 ]0 g' y( v) n/ \
100
% }+ Z5 S3 ]" m  b
: A) w; {3 y  }8 f: I8 wR12
4 v1 A+ R, X% a7 L- X6 [7 x
9 j( X+ z4 f( |' s$ a" Y－29.8
2 [& X  ~0 W6 k0 a2 j7 B& Y
, m/ k' ~, k- W9 X6 m
酒精
( y' |  A$ K2 R7 G6 V% Z
' _) z; W# M5 Q, V' X5 q6 b78

  F0 }  T5 [) e% D8 o; L  s( XR22

－40.8
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。一些物质的汽化热见表四，单位：cal/g。
表四 一些物质的汽化热(cal/g)
+ @4 f0 p( N" E# b( r
" B+ \$ F4 q( ^7 x' R+ _

/ m( o/ _2 |, w8 e$ b! [  b: C


物质名称
- w! m6 z1 y- i
! s3 A" k6 M2 v: F: l! a6 g# X汽化热

5 A& A! |; v: G7 M( ^物质名称
) s3 t4 B& I# O( B# v% R3 M) {0 }3 `
汽化热


4 P7 ]  h; x8 e水
0 ?" U: j$ ?8 z( X9 v& M( Y' }7 Q
0 N8 _; O4 G- b! a3 K" ^9 l536.5

: V$ k3 _" _7 Y! S氨
" O- W" N; i7 |( V* c; D' x2 W
327.3


酒精

5 j, P, B2 A+ c4 q' R216.4
. X: m, m7 f. s  _2 \
1 b6 D# o9 S2 {3 p' N( `! l: V6 H" rR12

40

" K* F0 p! {' Y- y- g6 ~
1 d' f9 r; w: I& ]' t2 b水银
$ D+ I) s# S/ {: H/ I
  D% |5 y2 ]: F7 D  V" {68.7
8 l8 F9 g$ y% W
1 v0 V+ M. J- y+ UR22

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! R$ C0 ]9 b, t' g) o7 a3 H在温度和压力都要小于临界值的条件下，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。
  a7 W. c) }, y+ v- @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。这一现象在制冷和冷冻干燥中是经常遇到的。
7 t9 O1 E3 Y; V) C

               
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+ W( ?: p" t/ t/ x( W