蒸発

蒸発とは、液体が沸点以下の温度で気体状態へと徐々に変化する現象を指します。この過程は、液体の自由表面でのみ起こります。個々の分子は、その運動エネルギーが結合力を打ち破るのに十分な大きさになると、液体から飛び出していきます。

蒸発は、連続的な物質移動のプロセスである。これは、温度、空気の動き、気圧、および相対湿度によって影響を受ける。高温かつ低湿の環境では、蒸発が促進される。また、周囲気圧が低下すると、蒸発速度も増加する。

蒸発において決定的なのは、液体の表面温度である。これが局所的な飽和蒸気圧を決定する。したがって、蒸発は熱と物質の輸送が連動したプロセスである。周囲の気圧が低下したり、温度が上昇したりすると、蒸発速度は大幅に増加する。

沸騰とは異なり、蒸発は液体の内部で気泡が発生することなく起こります。これは表面で起こる現象です。工業的な乾燥プロセスでは、蒸発は多くの場合、機械的除湿に続く第二段階となります。

蒸発速度は次のように表すことができる：

m˙ = k · A · [exp ( −ΔH_vap / (R · T_L ) ​​​+ C )−p]

• m˙ は蒸発流量（kg/s）である
• k は物質移動係数である
• Aは蒸発面積（m²）である
• ΔH_vap​ は蒸発エンタルピー（J/mol）である
• R は普遍的な気体定数（J/(mol·K)）である
• T_L​ は液面の温度（K）である
• Cは物質定数である
• p はプロセス環境の蒸気圧（Pa）である

蒸発は、乾燥、冷却、ヒートポンプ、コーティング、および溶剤分離において重要な役割を果たしています。