プロセス産業において真空状態の活用は盛んです。
真空状態は沸点低下や酸化防止、差圧発生など大きな効果があります。
真空状態を作り出す方法としては、主に真空ポンプとエジェクターが用いられます。
真空とは
私たちは普段、大気から圧力、つまり大気圧101.325kPaを受けています。
真空とは大気圧より低い圧力を指し、減圧状態であるということを意味します。
真空の表記方法
圧力表示として大気圧を0として真空状態をマイナス表記する相対圧力（ゲージ圧力）の考え方もあります。
完全に気体分子を取り除いた状態を、絶対圧力では0 MPa、ゲージ圧力では-101.325 kPaなどと表現します。
絶対圧力とゲージ圧力の考え方の詳細は以下の記事で解説しています。
真空の区分
真空にも圧力（真空度）に応じて「低真空、中真空、高真空、超高真空、極高真空」の5つに区分分けされます。
明確に真空度と対応した分け方は無く、目安として以下の通りです。
真空状態の特徴
真空状態が製造プロセスにおいてどのような役割を果たすのかについて解説します。
沸点を下げる
そもそも蒸発は、大気圧よりも物体の蒸気の圧力（蒸気圧）が大きくなることで起こります。
つまり真空状態では大気の圧力が小さくなるため、より低い温度で蒸発させることができます。
この原理を利用しているのが減圧蒸留です。
蒸気圧の詳しい考え方は以下の記事で解説しています。
酸化を抑える
物質の酸化は空気中の酸素が原因で起こります。
真空は系中の空気が少ない状態、つまり酸素が少ない状態なので参加を抑えることができます。
食品で有名な真空パックはこの理論に基づいています。
例えばタンク内で製造している際に酸化劣化を抑えたい場合は真空状態で製造することで対策できます。
差圧を利用する
真空にすることで大気圧との圧力差（差圧）が発生します。
圧力の高いところから低いところへ力は移動するため、真空側に吸引する力がはたらきます。
例えばポンプやファンは内部の流体を追い出すことで真空状態を作り出し外部流体を引き込む装置です。
真空状態は粉体の搬送、ろ過、吸着などに利用されています。
例えばろ過はオリバーフィルター、吸着は吸着パッドが有名です。
断熱する
物質の持つ熱が伝わるのは、大気中の気体分子が熱を伝達（伝熱）しているためです。
真空により気体分子を除くことで熱伝導を極力減らせます。
魔法瓶はこの原理を活用しています。
真空状態の作り方
プラントにおける機械的な真空の発生方法を紹介します。
真空ポンプ
真空ポンプは主となる真空の発生方法です。
求める真空度によってポンプの動作方式を使い分けます。
低真空～中真空は比較的安価な油回転式の真空ポンプがよく用いられます。
蒸気の発生量が多い場合には排気速度を上げることができるメカニカルブースターポンプを併用します。
更に高い真空度を得たい場合は、油回転式ポンプを補助ポンプとして油拡散ポンプやターボ分子ポンプを併用します。
エジェクター
エジェクターは流体を高速噴射した際に周囲の流体を引き込む現象を利用した機器です。
真空ポンプと違い様々な流体を駆動源に用いる特徴があります。
有名な駆動流体として圧縮空気や水など、電源が使用できない箇所でも使える流体が挙げられます。
構造がシンプルなためメンテナンスが少なくて済むメリットがあります。
ただしコンプレッサーやポンプなどで流体を動かしてからエジェクターで真空を得るためエネルギー効率は低くなります。
まとめ
真空とは大気圧よりも低い圧力状態を指し、その表記には絶対圧力とゲージ圧力の2種類があります。
真空は圧力の程度によって低真空から極高真空まで5段階に区分されます。
例えば、真空状態では沸点が下がるため減圧蒸留に利用され、酸素が少ないことから酸化を抑制する効果があり、食品保存や製造プロセスで活用されています。
真空状態を作り出す方法としては、主に真空ポンプとエジェクターが用いられます。
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