水在真空下的沸点：图表、公式及其对真空干燥的意义

只有在标准大气压（101.325 kPa）下，水才在 100 °C 沸腾。降低绝对压力，沸点随之下降：50 kPa 时约 81 °C，20 kPa 时 60 °C，10 kPa 时 46 °C，5 kPa 时 33 °C。这就是真空干燥机能在低温下干燥热敏性产品的物理原因。唯一的陷阱是压力单位：真空表读数是相对于大气压的，而沸点取决于绝对压力。

背景：工程师为什么关心这个

当液体的蒸气压等于其上方的压力时，液体就会沸腾。降低水面上方的压力，沸点也随之下降。真空干燥正是利用这一点，在产品能够承受的温度下，把水或溶剂从产品中蒸发出去。在 100 °C 会降解的物料，在中等真空下可以在 45 至 60 °C 干燥，加热面的温度也只比它略高一点。

本文给出选择真空度所需的数字，并解释造成许多规格错误的表压与绝对压力换算。如果您正在选择设备，下一步请看真空干燥设备怎么选：按物料、形态和规模，了解一般原理请参阅工业真空干燥机指南。

水的沸点与绝对压力

下面的数值由水在 1 至 100 °C 之间的 Antoine 方程计算得出，用于工程时精度可达零点几度。

有两点值得注意。第一，曲线在低压区很陡：压力从 20 kPa 降到 10 kPa，沸点降低约 14 °C，而从 100 kPa 降到 90 kPa，沸点只降低 3 °C。第二，压力越低，真空泵、冷凝器和蒸汽管路就必须越大，因为低压下的水蒸气体积非常大。在 5 kPa 时，一公斤水蒸气约占 28 立方米；在 20 kPa 时，约占 7.7 立方米。

表压与绝对压力

干燥机上的大多数真空表读的是表压：即容器压力与周围大气压之差。表压读数 -0.095 MPa，意味着容器比大气压低 0.095 MPa（95 kPa）。决定沸点的压力是绝对压力：

绝对压力 = 大气压 + 表压（真空时表压为负值）

在海平面，大气压为 101.3 kPa。下表换算了常见的表压读数。

“-0.09 MPa”的真空听起来几乎完美，但它仍然留有 11 kPa 的绝对压力和 48 °C 的沸点。最后几千帕影响很大，这正是真空泵的质量决定干燥温度能降到多低的原因。

海拔修正。如果您的工厂在高海拔地区，大气压较低，同样的表压读数意味着更深的绝对真空。在海拔 1,500 m 处，大气压约为 84 kPa，所以 -0.08 MPa 的表压读数对应约 4 kPa 绝对压力，而不是海平面上的 21 kPa。一定要用当地大气压来换算。

图表背后的公式

水在 1 至 100 °C 之间的蒸气压遵循 Antoine 方程：

log10(P) = A - B / (C + T)

其中 P 的单位为 mmHg，T 的单位为 °C，对水而言 A = 8.07131，B = 1730.63，C = 233.426。针对给定压力下的沸点，可变形为：

T = B / (A - log10(P)) - C

使用时，先把绝对压力换算成 mmHg（kPa 乘以 7.50062），再计算。例如，绝对压力 20 kPa 时：P = 150.0 mmHg，log10(P) = 2.176，所以 T = 1730.63 / (8.07131 - 2.176) - 233.426 = 60.1 °C。结果与图表一致。

对于其他溶剂，常数不同。沸点较低的溶剂在同样的真空下会在更低的温度沸腾，混合物则遵循不同的规律，所以一定要使用您实际溶剂的数据。

这对真空干燥意味着什么

产品温度不等于热源温度

沸点告诉您的是液体在产品表面蒸发时的温度，并不决定加热介质的温度。在传导式真空干燥机中，蒸汽、热水或导热油加热夹套或搅拌器，只要还有游离水分，产品表面就接近沸点。加热面与蒸发液体之间的温差驱动热流，所以在产品能承受的范围内，热源越热，干燥越快。

迅驰干燥的真空传导干燥机，热源温度为 50 °C 至 200 °C，视型号而定。真空桨叶干燥机、真空耙式干燥机和真空卧式圆盘干燥机标注为 50 至 200 °C；FZG-静态真空干燥机标注的热源温度低于 100 °C。

选择真空度

一种实用的方法，是根据产品的最高温度来设定真空度：

1. 1.找出产品在湿的状态下能安全达到的最高温度。
2. 2.选择一个绝对压力，使其沸点比该温度低几度。
3. 3.检查真空泵和冷凝器在该蒸汽负荷下能否达到并维持这个压力。

例如，必须保持在 60 °C 以下的产品，需要低于约 20 kPa 的绝对压力，在海平面上相当于约 -0.08 MPa 的表压读数。限制在 45 °C 的产品，需要约 10 kPa 绝对压力，即约 -0.09 MPa 表压。

降速干燥阶段

表面水分一旦散去，产品温度就向热源温度升高，游离水的沸点不再对它构成限制。在最后阶段，真空通过降低剩余溶剂的分压来帮忙，使结合水分能在比大气压下更低的温度离开。这就是为什么即使前期干燥可以在中等真空下进行，周期末尾也常常用更深的真空。

溶剂

对含溶剂的产品，真空下的沸点决定了溶剂能否在可用的冷却介质温度下被冷凝。在所选真空度下沸点为 40 °C 的溶剂，冷凝器里需要比 40 °C 更冷的冷却介质，通常要冷得多。如果冷凝器冷凝不了蒸汽，蒸汽就会进入泵。设定真空系统之前，要查阅溶剂的蒸气压曲线。关于泵这一侧的详细内容，请参阅真空干燥机的真空泵和冷凝器选型。

选型示例

数字仅为示意，不是客户数据。

某生产商干燥一种热敏性提取物膏体，该产品在 55 °C 以上开始降解。真空干燥机位于海平面。

1. 1.约 50 °C 的沸点留有安全余量。从图表看，50 °C 对应约 12 kPa 绝对压力。
2. 2.在海平面，12 kPa 绝对压力约为 -89 kPa 表压，即 -0.089 MPa。
3. 3.泵必须在蒸发出的蒸汽负荷下维持这个真空度。如果每批蒸发负荷为 300 kg 水、历时 5 小时（60 kg/h），则 12 kPa 下的蒸汽体积约为 60 x 12.5 = 约 750 m³/h，真空系统必须通过冷凝器来处理。冷凝器通过冷凝带走其中大部分蒸汽，所以泵主要处理不凝气和残余蒸汽。

这说明了为什么目标产品温度决定真空度，而真空度又决定冷凝器和泵的大小。

需要避免的常见错误

1. 1.把表压当作绝对压力使用。-0.09 MPa 的读数不是 90 kPa 绝对压力，而是约 11 kPa 绝对压力。
2. 2.忽视海拔。所在地的大气压会改变换算结果。
3. 3.以为产品全程都处在沸点。游离水分一旦散尽，产品就会升温。
4. 4.指定了深度真空却不配冷凝器。低压下的蒸汽体积很大，冷凝器承担了大部分工作。
5. 5.把水的数据用于溶剂。每种溶剂都有自己的蒸气压曲线。
6. 6.忘了漏气。泄漏会限制所能达到的真空度，并增加泵的负荷。

先试验，再定规格

真实产品适合的真空度，取决于其敏感性、结构和干燥表现。迅驰干燥提供付费中试测试，让您在自己的物料上确定干燥温度、真空度和周期时间。您可以申请中试，所得结果可以用于对比任何供应商。我们制造和销售设备，不提供代加工干燥服务。

常见问题

水在真空下几度沸腾？

取决于绝对压力。50 kPa 时水约在 81 °C 沸腾，20 kPa 时约 60 °C，10 kPa 时约 46 °C，5 kPa 时约 33 °C。

表压 -0.09 MPa 时水的沸点是多少？

在海平面，-0.09 MPa 表压约为 11 kPa 绝对压力，此时水大约在 48 °C 沸腾。

表压真空和绝对真空有什么区别？

表压真空是相对于周围大气压测量的，绝对压力则是相对于完全真空测量的。绝对压力等于大气压加表压，真空时表压为负。

怎样计算给定压力下水的沸点？

使用 Antoine 方程，T = 1730.63 / (8.07131 - log10(P)) - 233.426，其中 P 的单位为 mmHg，T 的单位为 °C，适用于 1 至 100 °C。

真空干燥始终在沸点下进行吗？

只有表面还有游离液体时才是。游离液体一旦散尽，产品就向加热介质的温度升温，所以最后阶段仍需检查产品的温度限值。

为什么更深的真空更难实现？

因为低压下的水蒸气体积非常大，泵和冷凝器必须更大，漏气的影响也更大。

迅驰干燥提供代加工干燥服务吗？

不提供。迅驰干燥制造和销售干燥设备，并提供收费中试。