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1 有关的真空知识
通常认为,真空是指没有或只有极少空气的一种状态。本文所指的真空是相对大气而言,在一个空间里,将其空气或气体全部或部分排出后,我们称此空间处于真空状态。
真空分为天然真空和人工真空两种。天然真空是指自然界原来就有的一种自然现象。例如地球外的宇宙空间本身就是个无限大的真空环境。人工真空则是指人们用不同的方法得到的真空,例如用真空泵得到不同程度的真空,而最简单的人工真空例子就是民间的拔火罐,它是人工使火罐中产生真空,在火罐内气体与火罐外大气的压力差作用下,火罐就牢固地吸附在皮肤上。
我们通常所说的真空均指的是人工真空。
在20世纪出版的若干有关教科书中,将真空定义为:低于一个大气压的气体状态。国标GB/T3163-93给出的真空定义为:在指定的空间内,低于环境大气压力的气体状态。2004年出版的“真空设计手册”(第三版)中,也采用了这一定义。我们应以国标给出的定义为准。
根据气体分子数量与压力的关系,我们还可以说,真空是在指定的空间内,其气体的分子数密度低于该地区大气压力下的气体分子数密度。在指定的体积内,压力与该体积内所含气体分子数量成正比,据此,可以得到下式:
式中:X——真空状态中,压力为Y时气体的分子数量密度,单位为个/m3;
Y——真空状态中的气体分子压力,单位为Pa;
2.687×1025——在1个标准的大气压下,空气温度为0℃时,空气的分子数密度,单位为个/m3;
1.01325×105——1个标准的大气压力,单位为Pa。
从上式可以看到,某1m3的空间内,其压力为1个标准的大气压,现将其压力降低,当将压力降至1 Pa时,这一真空体积内,仍含有2.65×1020个气体分子,人们还不能将指定空间内的气体分子完全排除,也就不存在绝对的人工真空。
在真空技术中,常用真空度表示真空状态下气体的稀薄程度,真空度越高,则说明气体越稀薄,真空度越低,则说明气体越稠密。另外,真空状态下气体的分子密度值的大小也反映气体的稀稠。真空度通常用气体的压力值表示,我国的法定压力单位为帕(Pa)。
在实际应用中,人们常把真空度划分成若干个区段,我国国标GB/T3163-93将真空区域划分为:低真空区域(105 Pa~102 Pa)、中真空区域(102 Pa~10-1Pa)、高真空区域:10-1 Pa ~10-2 Pa)、超高真空区域(<10-5 Pa)。
我们采用低真空技术就可以实现粮食的真空干燥。
2 低真空特性在粮食行业的应用
2.1 在真空区域内,单位体积内的气体分子数,可用下式表示:
n=7.24×1022×P/T
式中:n为1 m3空气中的分子数(气体的分子数密度);
P为气体压力,单位Pa;
T——气体温度,单位K。
由上式可以得出,在低真空中,当压力为133.3 Pa,温度为273 K时,每1 m3体积空气中有3.535×1022个气体分子。也就是说,在低真空中仍有大量的气体分子存在。
2.2 粮食行业中可广泛使用真空技术
2.2.1 利用真空与大气之间产生的压力差,在粮食加工厂、饲料厂、油厂实现原粮的吸送式气力输送。
2.2.2 在油厂的加工工艺中,也使用低真空技术,例如,使用水环式真空泵、水射流泵、蒸汽射流泵来产生真空。
2.2.3 在原粮的搬运过程中,会产生大量的粉尘,而采用低真空除尘,是一个安全、环保、有效的方法。
2.2.4 在粮食储藏过程中,也可采用粗真空技术。在真空环境下,空气中氧和水的分子数量减少,在缺氧又干燥的环境下,可以防止霉菌的生长和害虫的孳生,又能较长期保持粮食的新鲜品质,所以粮食的真空储藏就成为绿色储藏了。
2.2.5 使用低真空技术,可以干燥和冷却粮食。在真空环境下,水的沸点随着真空度的提高而降低,例如,在1个大气压力下,水的沸点为100℃;当压力降为1.3×104 Pa时,水的沸点约为51℃;当压力降为5.3×103 Pa时,水的沸点约为35℃。实验还表明,在低真空条件下,气体的换热方式主要是对流换热,我们只要创造5300 Pa~13000 Pa的真空条件,将粮食加热到35℃~51℃,就可以实现真空粮食干燥。当然,低真空也可以对粮食进行调质和冷却。(转载本文请注明出处)
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