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。假設(shè)水冷系統(tǒng)的水溫為50度 , 可以依據(jù)亨利定律, 通過下面步驟計算出氧在標準大氣壓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指的是標準溫度(298 K) , C 為常數(shù)值, 氧為1280。

　　已知298 K( 25度) 時亨利常數(shù)為1.28X10^-8, 代入式( 2) 可得50度時的亨利常數(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 時氧氣的溶解度為5.47 mg/ L。通過以上步驟可以求出標準大氣壓下不同溫度時氧氣在水中的溶解度。如在標準大氣壓下, 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 分別為標準氣壓和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。氧在標準大氣壓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) 可以計算出在50度 時, 當氧氣的溶解度為0.2 mg/ L( 200X10^{- 9}) 時的氣壓p2 為15583.9305 Pa, 即0.01558MPa。同理可求得30度時所需的氣壓為0.006816MPa, 40 度時所需要的氣壓為0.010305 MPa。

　　沸點是液體的飽和蒸汽壓等于外界壓強時的溫度, 液體的沸點跟外部壓強有關(guān)。當液面壓強減小時, 沸點降低。真空脫氣使液面壓強降低, 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)還需補水。新補進的水同樣會帶有溶解性氣體, 相當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, 當表壓達到- 0.08572MPa 時, 可以實現(xiàn)水中溶氧量為200 X10^-9的目標。

表2  飽和水蒸汽的壓力與溫度關(guān)系