質問: 真空中での水の気化熱 真空乾燥機の設計をたのまれましたが、熱工学の知識が無くて困っています。 大気圧では1lの水の蒸発するまでの熱量が約600kcal必要だということくらいは分かるんですが・・・ 容器の中を真空状態(約-0.08mpa)にして、その容器を蒸気で温める構造の乾燥装置なんですが、 蒸気が入る部分はジャケットになっていて、そのジャケットの中に140°Cの蒸気を送り込みます。 そうした場合、中の水(例えば1l)を蒸発させるのに必要な熱量はどれくらい必要なんでしょうか? 蒸気を送るためのボイラーの能力を決めることができず困っています。 どなたか専門知識がある方教えていただけないでしょうか?
回答: 「約-0.08mpa」と書かれてますが、マイナスの符号が付くもんなんですか? 大気圧がおおよそ1000hpa=0.1mpaなんで 0.1-0.08=0.02mpaっていうことですかね? 仮に0.02mpaだとして話を進めますと、 水の相図(状態図とも言う)を見ますと、0.02mpaでは、室温でも沸騰します。 気化熱については、#1さんのおっしゃるとおり温度依存があって、サイト http://zairyo3.riko.shimane-u.ac.jp/sigen/rrt2.pdf によりますと、 100°C(=373°C)では540 (cal/g) 25°C(=298°k)では584.1 (cal/g) だそうです。 しかしながら、両者の比はそれほど大きくないので、まずは一定だとして、概略の計算をしてもよいのでは。 ただし、安全上の配慮は必要だと思いますので、熱の供給温度のばらつきを140°C±aとして、温度範囲上限が140±a、下限を補償範囲の下限;例えば-10°Cとして、-10~140+a°Cの範囲の設計をすることになると思います。 乾燥能力については、蒸気温度が140°C固定という前提なのですから、それ以上の考慮は不可なんでしょうね。 あとは、室温でも沸騰するのですから、少なくとも気化熱による洗濯物の温度低下に打ち勝つ加熱能力の算出が必要かと。 容器の内面から洗濯物までの熱伝導の計算も必要でしょうか。 0.2mpaでの熱伝導と、赤外線として直接洗濯物に届く成分とがあると思われますが、私、その辺詳しくないので、ご容赦を。 (これについては、貴方の担当ではないかもしれませんが・・・) 下記は水の相図についての読み物です。なかなか面白い文章で、わかりやすく書かれています。 (今が旬の、アイススケートの話も(笑)) http://www.chemistryquestion.jp/situmon/shitumon_koukoukagaku_kagaku31_water_phase_diagram.html