真空脫氣( 脫氧) 依據(jù)原理是亨利定律: 在等溫等壓下, 某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。表達(dá)式為

　　p = kc (1)

　　式中, p 為氣體的分壓, 單位Pa; k 為亨利常數(shù), 隨溫度變化, 單位Pa.L/ mol; c 為氣體的摩爾濃度, 單位mol/ L。

　　因此在一定的壓力下, 氣體在液體中的溶解度與溫度成反比; 在一定的溫度下, 氣體在液體中的溶解度與壓力成正比。因此可以通過提高液體溫度和降低液面上的壓力，使溶解性氣體逸出，進(jìn)行脫氣。由于水冷系統(tǒng)的特殊性，采用降壓-產(chǎn)生真空的方式可以在較低的溫度下使溶于水中氣體析出, 從而去除水中的氣體。

　　由于溶氧量可以由溶氧表在線檢測, 因此以溶氧量作為系統(tǒng)的監(jiān)測目標(biāo)。假設(shè)水冷系統(tǒng)的水溫為50度 , 可以依據(jù)亨利定律, 通過下面步驟計(jì)算出氧在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.01300*10⁵ Pa 下、50度飽和水中的溶解度。

　　首先從表1 查出水在50 度 時(shí)的蒸汽壓為0.12330*10⁵ Pa, 由于干空氣中氧的含量為20.95%, 所以氧的分壓為:

　　p_o2= ( 1.01300- 0.12330) *10⁵ X0.2095= 0.1864X10⁵( Pa)

　　表1 水在不同溫度下的分壓

　　亨利常數(shù)隨溫度變化為

　　式中, 0指的是標(biāo)準(zhǔn)溫度(298 K) , C 為常數(shù)值, 氧為1280。

　　已知298 K( 25度) 時(shí)亨利常數(shù)為1.28X10^-8, 代入式( 2) 可得50度時(shí)的亨利常數(shù)為0.917X10^-8。再代入亨利定律式( 1) 即可求出氧在水中的摩爾濃度為1.7094X10^-4 mol/ L。氧氣的摩爾質(zhì)量為32g/ mol, 則50 度 時(shí)氧氣的溶解度為5.47 mg/ L。通過以上步驟可以求出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下不同溫度時(shí)氧氣在水中的溶解度。如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下, 30 度水中的氧的溶解度為7.54 mg/L, 40 度水中的氧的溶解度為6.41 mg/ L。驗(yàn)證了在一定壓力下, 氣體的溶解度隨溫度的升高而降低。

　　壓力對氧氣在水中溶解度的影響可描述為

　　式中, C1, C 2 分別為標(biāo)準(zhǔn)氣壓和p 2 氣壓下氧氣在水中的溶解度; p 為一定溫度下飽和水蒸汽的壓力。氧在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1.01300X10⁵ Pa 下、50度飽和水中的溶解度求得為5.47 mg/L。根據(jù)式(3) 可以計(jì)算出在50度 時(shí), 當(dāng)氧氣的溶解度為0.2 mg/ L( 200X10^{- 9}) 時(shí)的氣壓p2 為15583.9305 Pa, 即0.01558MPa。同理可求得30度時(shí)所需的氣壓為0.006816MPa, 40 度時(shí)所需要的氣壓為0.010305 MPa。

　　沸點(diǎn)是液體的飽和蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時(shí)的溫度, 液體的沸點(diǎn)跟外部壓強(qiáng)有關(guān)。當(dāng)液面壓強(qiáng)減小時(shí), 沸點(diǎn)降低。真空脫氣使液面壓強(qiáng)降低, 可能造成水沸騰。一旦水沸騰, 會有大量水會以水蒸汽的方式被排出, 則系統(tǒng)還需補(bǔ)水。新補(bǔ)進(jìn)的水同樣會帶有溶解性氣體, 相當(dāng)于真空脫氣方式做無用功。查表2, 對比在不同溫度下水中溶氧量為200X10^-9時(shí)所需的絕對壓力, 還未使水沸騰, 保證了真空脫氣脫氧的可行性。在50 度 時(shí), 當(dāng)表壓達(dá)到- 0.08572MPa 時(shí), 可以實(shí)現(xiàn)水中溶氧量為200 X10^-9的目標(biāo)。

表2  飽和水蒸汽的壓力與溫度關(guān)系