真空干燥机的真空系统，要由三个数来确定规格：必须排出的蒸汽负荷（水或溶剂，kg/h）、需要维持的绝对压力，以及容器的泄漏率。冷凝器通过冷凝带走大部分蒸汽；真空泵则抽走不凝气体（漏入的空气）和冷凝器没能捕集的蒸汽。泵的类型根据溶剂来选，冷凝器则必须按溶剂在可用冷却介质温度下的蒸气压来选型。
背景：干燥机的好坏取决于它的真空系统
真空干燥机的加热面积，决定了热量进入产品的快慢；真空系统则决定蒸汽能不能离开。如果蒸汽离开得不够快，容器内压力就会上升，沸点随之升高，干燥变慢。许多表现不佳的干燥机，加热面积没问题，是真空系统偏小，或者冷凝器的冷却介质太热。
本文讲解如何为系统选型。它承接水在真空下的沸点（给出压力与温度的关系）以及真空干燥设备怎么选：按物料、形态和规模（讲如何选择干燥机）。
真空系统布局
标准的真空干燥机系统按这个顺序布置：
- 1.干燥机容器：蒸发发生的地方。
- 2.除尘过滤器或分离器：保护管路和泵，不让夹带的粉末进入。
- 3.冷凝器：冷却蒸汽，使其冷凝成液体。
- 4.冷凝液接收罐：收集水或溶剂，用于排放或回收。
- 5.真空泵：抽走不凝气体和残余蒸汽。
- 6.破真空阀和仪表：压力表或变送器，以及安全释放真空的阀门。
冷凝器特意放在容器和泵之间。低压下的蒸汽体积巨大，把它冷凝掉，比用泵抽走便宜得多。
步骤 1：算出蒸汽负荷
蒸汽负荷，是每小时必须从产品中离开的液体质量。对间歇式干燥机，它等于每批蒸发量除以恒速干燥阶段的干燥时间，这个阶段负荷达到峰值。
每批蒸发量 = 湿料质量减去最终质量，其中最终质量 = 干固体质量除以（1 减去目标含水率）。
例如，600 kg 含水率 55% 的膏体干燥到 5%，干固体为 270 kg，最终质量约 284 kg，需蒸发 316 kg 水。如果恒速干燥阶段持续 3 小时，则峰值蒸汽负荷约为 105 kg/h。
决定冷凝器大小的是峰值负荷，而不是平均负荷。泵则按不凝气负荷加上残余蒸汽来选型。
步骤 2：确定操作压力
根据产品的最高温度，用沸点表设定绝对压力。如果产品可以达到 60 °C，绝对压力 20 kPa 左右是合理的目标。请记住，规格写的是绝对压力；表压读数取决于当地大气压。
压力越低，蒸汽体积越大，对冷凝器和泵的要求就越高。请选择能保护产品的最低真空度，而不是能达到的最深真空度。
步骤 3：冷凝器选型
冷凝器的作用是带走热量。负荷等于蒸汽负荷乘以汽化潜热，水在 60 °C 时的汽化潜热约为 2,350 kJ/kg（约合每 kg/h 对应 0.65 kW）。
用前面的例子，105 kg/h 水蒸气需要约 105 x 2,350 / 3,600 = 约 69 kW 的冷凝器负荷。
然后检查三件事：
- 冷却介质温度。蒸汽在对应容器压力下的饱和温度冷凝。在 20 kPa 时，水的饱和温度约为 60 °C，所以 25 至 30 °C 的冷却水能提供舒适的温差。在 5 kPa 时，水蒸气约在 33 °C 饱和，30 °C 的冷却水几乎无法使其冷凝，需要冷冻水。
- 传热面积。面积 = 负荷 / (U x 对数平均温差)。冷凝器供应商使用各自的 U 值，它取决于是否存在不凝气，所以请让他们根据您的负荷、压力和冷却介质温度来选型。
- 压降。从容器到冷凝器的管路必须短而且口径大。在低压下，很小的压降就会造成产品处真空度的很大损失。
对于溶剂，要用溶剂的潜热和饱和曲线代替水的。沸点较低的溶剂可能需要冷冻式冷凝器或第二级冷阱，以免进入泵。
步骤 4：真空泵选型
泵有两项工作：
- 1.抽走不凝气体。它们来自漏入容器的空气和产品释放的气体。
- 2.抽走冷凝器没能捕集的蒸汽。这取决于冷凝器相对于蒸汽饱和温度有多冷。
选型时，通常的做法是计算泄漏率并加上余量。泄漏率取决于容器、轴封，以及法兰和阀门的数量。量化泄漏的常用方法是压升试验：在工作压力下把容器隔离，测量压力上升有多快。制造良好、干净的系统泄漏很低。
请向供应商要一个约定的压升限值，并在调试时测试。如果测得的压升远高于约定值，要先找泄漏点，再去怪泵。
泵的抽速以给定进口压力下的体积流量标称。泵在低进口压力下会损失抽速，所以要用您操作压力下的抽速曲线，而不是标称的最大数字。
泵的类型对比
| 泵的类型 | 优点 | 局限 | 典型适用 |
|---|---|---|---|
| 液环泵 | 能耐受蒸汽、液滴和粉尘；简单、坚固 | 极限真空受工作液蒸气压限制（水环泵大约可达 3 至 4 kPa）；需要工作液及其处理 | 水性物料干燥、湿工况 |
| 旋片泵（油封） | 真空度深，结构紧凑 | 油被蒸汽污染；需要换油 | 在良好冷凝器之后的干燥、洁净工况 |
| 干式螺杆泵 | 没有油或工作液；加热后能处理溶剂；污染小 | 购置成本较高 | 医药、溶剂回收、洁净工况 |
| 罗茨泵配前级泵 | 低压下抽速大 | 增加成本和复杂度 | 蒸汽负荷大的深度真空 |
| 蒸汽或水喷射泵 | 没有运动部件；能处理腐蚀性蒸汽 | 公用工程消耗高 | 腐蚀性工况、已有蒸汽供应 |
选泵先看溶剂，其次是真空度，最后才是成本。
选型示例
数字仅为示意，不是客户数据。
某颜料膏在工作容积 1,200 L 的真空干燥机中干燥。湿料质量 600 kg，含水率 55%，目标 5%，绝对压力 15 kPa（水在约 54 °C 沸腾），峰值蒸汽负荷 105 kg/h。
- 1.冷凝器负荷：约 69 kW。在 15 kPa 时，水蒸气约在 54 °C 冷凝。30 °C 进、约 38 °C 出的冷却水，对数平均温差接近 20 °C。对于带有少量不凝气的冷凝器，假设总传热系数为 500 W/m²K，则面积 = 69,000 / (500 x 20) = 约 6.9 m²。供应商会向上圆整并加余量。
- 2.如果全部进入泵的蒸汽体积：在 15 kPa 时，1 kg 水蒸气约 10 m³，所以 105 kg/h 约为 1,050 m³/h。这对泵来说太大了，这就是冷凝器为什么重要。
- 3.泵：冷凝器选得合适，泵只需处理泄漏和一小部分残余蒸汽。这个规模下，15 kPa 进口压力下抽速几十 m³/h 的泵是典型配置，具体应由供应商根据其抽速曲线确认。对于洁净、不含溶剂的工况，液环泵是常见选择。
这些数字仅供说明。泵和冷凝器必须由供应商根据真实的蒸汽负荷、压力、冷却介质和溶剂来选型。
需要避免的常见错误
- 1.按蒸汽负荷来选泵。蒸汽应由冷凝器处理，泵处理的是其余部分。
- 2.按大气压下的抽速来报泵的能力。进口压力低时抽速会下降。
- 3.忽视冷却介质温度。冷却介质太热，会使冷凝器在深度真空下形同虚设。
- 4.蒸汽管路又长又细。容器处的压降比泵处的压力表显示的要高。
- 5.忽视泄漏。泄漏限制了所能达到的真空度。调试时要测压升。
- 6.给溶剂选错泵。油封泵可能被污染，易燃溶剂需要防爆设备。
询价时请提供这些信息
- 产品、溶剂，以及每批或每小时的蒸发量
- 已知的话，提供峰值蒸发速率
- 目标绝对压力或产品最高温度
- 可用的冷却水或冷冻水温度
- 是否需要回收溶剂
- 危险区域分类（如有）
成套生产线供货
迅驰干燥可以把干燥机作为成套生产线提供：干燥机本体，加上真空泵、冷凝器、冷凝液接收罐、除尘过滤器、加热或冷却装置、管路和控制系统，并与您的蒸汽负荷和真空度相匹配。把整个系统一起选型，可以避免常见的问题：好的干燥机配了偏小的泵或偏热的冷凝器。把您的产品和工况发给我们，我们为您选配整条生产线。
先试验，再定规格
中试能测得您产品上真实的蒸发速率、起泡和蒸汽负荷，这些是真空系统选型的输入数据。您可以申请中试，所得结果可以用于对比任何供应商。迅驰干燥制造和销售设备，不提供代加工干燥服务。干燥机一侧，请参阅传导干燥技术和真空干燥技术页面。
常见问题
怎样为真空干燥机选真空泵？
根据容器泄漏和产品放气计算不凝气负荷，加上未被冷凝的残余蒸汽，然后选一台在您操作进口压力下能提供该抽速、并留有余量的泵。
真空干燥机需要冷凝器吗？
几乎所有情况下都需要。冷凝器把大部分蒸汽冷凝成液体，保护泵，并且便于回收溶剂。
真空干燥机用哪种真空泵最好？
取决于溶剂和真空度。液环泵适合湿的水性工况；干式螺杆泵适合溶剂和洁净工况；油封旋片泵适合在良好冷凝器之后的干燥、洁净工况。
需要多高的真空度？
使用能让产品保持在最高温度以下的最低真空度。沸点表给出了目标温度对应的压力。
冷凝器需要多低的冷却温度？
要低于容器压力下蒸汽的饱和温度，并留有余量。5 kPa 时水蒸气约在 33 °C 饱和，所以深度真空需要冷冻水。
怎么检查泄漏？
在工作真空下把容器隔离，测量压力上升有多快。压升速率高，说明有泄漏。
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。
