真空ポンプに関する「真空度が高すぎて凝縮が困難」という質問
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化学工学の原理には、次のような言葉がある。「真空装置内から除去すべき凝縮性ガスは、真空度が高すぎず容易に凝縮できる場合（ほとんどは水冷を用いる）、可能な限り冷却して凝縮液とし、除去すべきである」；真空度が高すぎて凝縮が困難であり、別の冷却システムを使用するのが経済的でない場合は、まず蒸気噴射ポンプを使って排気し、混合気の圧力を蒸気が凝縮できる圧力まで上げて凝縮可能なガスを除去した後、ガス真空ポンプを用いて非凝縮性ガスをさらに抽出するのが一般的である。真空度が高すぎて凝縮が困難とはどういう意味でしょうか？理解できない人もいるようなので、皆さんに説明していただけませんか？
水蒸気が最も一般的なので、水蒸気を例に挙げます。 水の15度における飽和蒸気圧は17mbarです；つまり、排気温度が15度の場合、水の分圧が17mbar未満であれば、凝縮して液体の水が生成されることはない。 したがって、水蒸気分圧が17mbarの場合、ガスの温度が15度を超えていれば、たとえガス中に大量の水蒸気が含まれていても、そのガスは不飽和蒸気です。 真空ポンプで直接抜くと、かなり大きくなります；ガス中の水蒸気を凝縮させたい場合は、32度の常温の水ではなく、7度程度の低温の水を使わなければなりません。
真空装置内から除去すべき凝縮性ガスは、真空度が高すぎず容易に凝縮できる場合（ほとんどは水冷を用いる）、可能な限り冷却して凝縮液とし、除去すべきである；真空度が高すぎて凝縮が困難であり、別の冷却システムを使用するのが経済的でない場合は、まず蒸気噴射ポンプを使って圧力を上げ、蒸気が凝縮できる程度にして凝縮可能なガスを除去し、その後ガス真空ポンプを用いて非凝縮性ガスをさらに抽出する、ということです。この文の主旨は、真空装置内に凝縮可能なガスがある場合、可能であればまずガスを凝縮させて液体として排出する方が良く、真空ポンプを使って直接ガスを抽出する方法よりも効果的だという点です。液体が気化すると体積が数百倍に膨張するからです。真空ポンプ、特に機械式真空ポンプでは、抽出が非常に遅い。 二文目の意味は、真空度が高すぎると、凝縮液に必要な温度はより低くなるということです。例えば、循環水の最低温度が30度だとしたら、冷却用の冷凍機を設置するわけにもいきませんよね。 このような場合は、蒸気噴射ポンプを優先して使用する。このポンプは処理能力が高いが消費エネルギーも多く、真空内の凝縮可能なガスを加圧した後に凝縮させて排出する。後段のステージは、状況に応じて機械的な真空引きによって不凝縮ガスを除去することができる。
なぜ7度の低温水なのかというと、原則として15度未満の凝縮水なら何でも凝縮できるはずですよね
1）15度の水の飽和蒸気圧は17mbarです。 2）プロセスガス中の水蒸気の分圧が17mbarを超える場合にのみ、凝縮させることができる； 3）冷却水の入口温度が15度の場合、通常は凝縮しません。プロセスガスの総圧が17mbarのとき； 4）出口の冷凍水温度が15度なら、やっと可能！
つまり、液体の飽和蒸気圧は液体の温度によって決まり、蒸気を凝縮させたい場合は、蒸気の分圧を飽和蒸気圧よりも高くしなければならないのです。この場合、2つの方法が考えられる。1つはガス全体に圧力をかけて、蒸気の分圧を飽和蒸気圧よりも高くし、凝縮させる方法である；一つ目は、液体の温度を下げることで飽和蒸気圧を下げ、それによって蒸気の分圧が飽和蒸気圧を上回り凝縮させることです。 書物には次のように記されている。「真空度が高すぎて凝縮が困難であり、別の冷却システムを使用するのが非経済的な場合、まずは蒸気噴射ポンプを用いて圧力を上げ、蒸気が凝縮できる圧力にして凝縮可能なガスを除去し、その後ガス真空ポンプを使って非凝縮性ガスをさらに抽出するのが一般的である」。真空度が高いとは、気体全体の圧力が低いことを意味し、その結果蒸気の分圧は飽和蒸気圧よりも低くなる。凝縮させたい場合は、第2の方法、つまり冷却システムを用いて液体の飽和蒸気圧を下げることで凝縮させることができる。しかし、冷媒が経済的でない場合は、最初の方法を用いてガス全体に圧力をかけ、蒸気の分圧を飽和蒸気圧よりも高くして凝縮させる。このように分析していいのでしょうか？
はい、その通りです。 冷却媒体の温度を下げるか、工程用ガスの圧力を上げるかしないと、凝縮液は生成されない。
ええ、本当にありがとうございます。とても助かりました
:victory：どういたしまして！