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冻干技术基础知识冻干技术基础知识⑴⑴上海东富龙科技有限公司上海东富龙科技有限公司 张耀平张耀平第一节第一节 物态的变化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 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℃物质名称熔点℃物质名称熔点℃冰0玻璃460～800氨－77.7 铜 1083R12－155 铝 658 R22－160 钢铁 1300～1400水银－39 锡 232酒精－114 钨 3410表二 一些物质的熔化热(cal/g)物质名称熔化热物质名称熔化热冰79.4锡14.5水银2.8铝92.4氯化钠123.5铜51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 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 表三 一些物质的沸点℃物质名称沸点℃物质名称沸点℃铁2840氮－196铝1755氧－183水银357氨－33.4水100R12－29.8酒精78R22－40.8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)物质名称汽化热物质名称汽化热水536.5氨327.3酒精216.4R1240水银68.7R2256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冻干技术基础知识冻干技术基础知识⑵⑵上海东富龙科技有限公司上海东富龙科技有限公司 张耀平张耀平 第二节第二节 热和温度热和温度 热是物质运动的形式之一任何物质都是由许许多多的分子所组成，而这些分子都在 不停地作无规则的运动，我们称之为热运动而这些无规则运动的分子所具有的能就叫做 热能 热能的大小用温度来表示。

温度越高，分子运动越剧烈，物体的热能也就越多；温度 低，分子运动就缓慢，物体的热能就少温度就是表示物体热或冷的程度，热和冷是相对 的，它们都是表示物体所含热能的多少增加物体的热能叫做加热；移去物体的热能叫做 制冷 温度常用摄氏和华氏二种温标来表示 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 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：华氏换摄氏：℃℃=5/9×（（°F－－32）） 另外还有一种温标叫做开氏温标，以摄氏零下 273.15 度作为零度，也就是开氏零度等 于摄氏零下 273.15℃开氏温标用符号°K 表示，开氏温标也叫绝对温标；开氏零度即零下 273.15℃，也叫做绝对零度绝对零度是达不到的 温度只能表示物体冷或热的程度温度高或温度低，不能从数量上来表示物体热能的 多少因此就有热量的概念物体吸收或放出热能的多少叫做热量。

计算热量的单位是卡 （cal）或千卡（kcal） ，千卡又叫大卡，1 大卡（kcal）=1000 卡（cal） 卡（cal）的单位是 这样规定的：把 1g 水的温度升高或降低 1℃所吸收或放出的热量规定为 1 卡（cal） 还有一种热量叫做英热单位，它是这样规定的：把 1 磅水的温度升高或降低 1°F 所吸 收或放出的热量规定为 1 个英热单位（BTU） 1 英热单位（BTU）=252 卡（cal） 质量相同的不同物质温度升高 1℃时所需要的热量是不相同的，我们把单位质量的某 种物质温度升高或降低 1℃时所吸收或放出的热量，叫做这种物质的比热单位是卡/克·度 （cal/g·℃） ，读作每克每度卡一些物质的比热见表五 表五 一些物质的比热(cal/g·℃)物质名称比热物质名称比热水 1 铜 0.091冰 0.43 钢铁 0.11水蒸汽 0.45 铝 0.21R12 0.225 水银 0.033氨 0.52 玻璃 0.20空气 0.24 酒精 0.58热量能通过传导、对流、辐射三种方式进行传递 ⒈传导：在受热不均匀的物体中，热从高温处依靠物体的分子逐渐传到低温处的现象， 称为热的传导。

这种方式的热交换一直进行到整个物体的温度相等为止传导在固体、液 体和气体之间均能发生，传导作用必须要使物体相互接触才能完成所有的金属是传热的良导体，非金属是热的不良导体物质传导热的能力可用导热系 数来表示导热系数是热的传导作用在 1 平方厘米 cm2截面上 1 秒钟内温差为 1℃时通过 长度 1 厘米的热量卡数单位：卡/厘米·度·秒（cal/cm·℃·s） 一些物质的导热系数见表六表六 一些物质的导热系数(cal/cm·℃·s)物质名称导热系数物质名称导热系数银 0.97 玻璃 0.0014～0.0018铜 0.92 水 0.00142铝 0.50 冰 0.0055钨 0.48 空气 0.000057铁 0.16 棉花 0.00014⒉对流：在液体或气体包括蒸汽中，热量靠物质的流动从一部分向另一部分转移的传 递方式称为对流含热的液体或气体，体积因热而膨胀，密度减少，于是因重量减轻而上 升，其周围冷的部份就被补充其原来地位，形成了对流热的对流只发生在液体或气体中， 而且必与传导同时发生 ⒊辐射：高温热源通过空间射向低温物体，使低温物体受热升温，这种热量的传递方 式叫做辐射。

热辐射与光相似，它以直线方式进行，可以在真空中传播；辐射可以通过空 气和玻璃等透明介质，而这些透明介质本身吸热极少表面黑、粗糙的物体善于吸收热； 表面白亮光滑的物体不善于吸收热和辐射热，但善于反射热 事实上，热量传递的三种方式并非单独进行，而是一种方式伴随着另一种方式同时进 行，或者是三种方式同时进行的 为了衡量物体温度高低的程度，就需要对温度进行测量，温度的测量是利用温度计来 完成的常见的温度计有液体温度计、压力式温度计、双金属温度计、热电偶、热电阻和 热敏电阻等 液体温度计是利用了某些液体的热胀冷缩原理制成的，它封灌在一根细长的玻璃管中， 一端有一个膨大部分，以容纳工作液体常用的液体有酒精、煤油、水银等 压力式温度计是利用了某些气体的热胀冷缩原理制成的，它实际上是一块刻有温度读 数的压力表，压力表通过一根毛细管与一个感温包相连，温度高低的变化引起了压力表压 力的变化，根据读数便测知了温度的高低 双金属温度计是利用了二种不同金属的不同热膨胀系数原理制成的，双金属片卷成螺 旋形当温度变化时，引起了双金属片的运动，从而带动指针指示出了温度 热电偶是利用不同的金属丝一端焊接在一起时，在 它们的二个游离端会随温度的变化而产生不同的电动势， 测量这个电动势的大小便知道温度的高低。

热电阻是利用了金属丝的电阻温度系数原理制成的 一定长度的金属丝，当温度升高时电阻增加，温度降低 时电阻下降利用惠斯顿电桥能测知温度的高低 热电阻一般用铂丝制作，因此又称铂热电阻 利用铂电阻测量温度的原理如图二所示，在电桥的 AB 端接入电源，CD 端接上电流表，假设 Rt处于 0℃， 其阻值为 100Ω，调整电阻 R 调在 100Ω，这时 Rt=R， 电桥处于平衡状态，CD 两端无电压，电流表无读数 当热电阻 Rt温度增加或减少时，则 R 的电阻也增加或减 少，于是 Rt≠R，电桥不平衡，CD 两端有电压输出，电流表有读数，这个读数就反映了温度的变化，刻上温度便成为温度计 实际的测量电路比图二要复杂得多，把输出的信号通过适当转换可以直接由数字显示 器进行温度的直接显示改变电路的设计可以进行温度的调节和控制 热敏电阻是利用了一种半导体材料，其导电性能随温度而变化，其测量温度的原理同热电阻相同冻干技术基础知识冻干技术基础知识⑶⑶上海东富龙科技有限公司上海东富龙科技有限公司 张耀平张耀平 第三节第三节 气体和蒸汽气体和蒸汽 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 为此必须介绍一下物质的临界温度和临界压力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。