通用機(jī)械：分子篩吸附泵
分子篩吸附泵是分子篩吸附泵在高溫下靠分子篩的物理吸附作用兌現(xiàn)抽氣的真空泵。分子篩吸附泵構(gòu)造容易?無(wú)油凈化?無(wú)振動(dòng)噪聲?是失掉無(wú)油真空罕用的真空泵?罕用作無(wú)油真空機(jī)組的前級(jí)泵或超高真空機(jī)組的維持泵。
所有液體物質(zhì)名義的原子團(tuán)或分子與液體外部的原子團(tuán)或分子所處的狀態(tài)是相反的。液體外部原子團(tuán)或分子所受的吸吸力對(duì)稱地和勻稱地散布在原子團(tuán)或分子四周?即在于力場(chǎng)飽和的失調(diào)狀態(tài)?而名義的原子團(tuán)或分子所受的力則是不對(duì)稱的?也就是說(shuō)液體名義有過(guò)剩的名義自在能?即名義有吸附力場(chǎng)存在?這就是液體名義對(duì)氣體或液體存在吸附作用的起因。所有液體物質(zhì)的名義都有吸附作用。但理論上只有多微孔的物質(zhì)或磨得很細(xì)的物質(zhì)因名義積很大?才有顯然的吸附作用。分子篩就是這種物質(zhì)。分子篩(自動(dòng)沸石)為多微孔型構(gòu)造的堿非金屬鋁硅酸鹽?體內(nèi)有許多空腔狀晶胞?其間有微孔相通。在液氮熱度下?氣體或液體分子經(jīng)過(guò)微孔吸附于晶胞空腔的內(nèi)名義上。分子篩有很大的比名義積(見(jiàn)表分子篩特點(diǎn)表)?因而能吸附一大批的氣體和液體。分子篩除有吸附作用外?再有篩分?離子交流和催化等作用。分子篩對(duì)氣體是物理吸附?其內(nèi)中是可逆的。在高溫下吸附的氣體?在熱度回升時(shí)則逐步解吸。分子篩在常溫時(shí)裸露于大氣中能吸附一大批水蒸汽?每克5A分子篩能吸附水蒸汽0.1～0.2克?比較1.3×104～2.7×104帕每升氣體量。分子篩吸附一大批水蒸汽后吸氣威力便大大升高。分子篩和潮氣子的親和力尤其強(qiáng)?只有通過(guò)適當(dāng)烘烤?吸附的水蒸汽能力全副解吸。因而?分子篩吸附泵在裸露于大氣或運(yùn)用一個(gè)時(shí)代后都要繼續(xù)烘烤。通常?這種解決是把分子篩放在開(kāi)啟的容器內(nèi)經(jīng)300～350℃熱度烘烤除氣1～2時(shí)辰。但加熱熱度正常不宜勝于600℃?要不會(huì)使分子篩敗壞。分子篩形態(tài)分球狀?線形?柱形?片狀?顆粒狀和粉狀?在液氮熱度下?5A能吸附氮?氧?氬?二氧化碳和水蒸汽?13X除吸附5A所吸附的氣省外還能吸附CnHn復(fù)合物。
分子篩吸附氣體有很強(qiáng)的取舍性。它只能吸附分子直徑小于微孔直徑的氣體和液體。大氣分子的直徑為2～4埃(1埃=1×10-10米)?油分子的直徑為7～8埃?可別離用5A和13X型分子篩吸附。分子篩對(duì)相反氣體的吸附強(qiáng)弱也相反?對(duì)氮?氧和氬吸附威力很強(qiáng)。這3種氣體占大氣體積的99.9％?分壓之和為105帕。但分子篩對(duì)氖?氦和氫等氣體吸附威力卻極弱。
熱度對(duì)分子篩吸附威力的莫須有無(wú)比大?在液氮熱度(-196℃)下?每克5A分子篩能把50～100厘米3容器從大氣壓抽到1帕?而在常溫下每克5A分子篩對(duì)最易吸附的氮的吸附量?jī)H為10.9立方厘米。因而?烘烤除氣和高溫結(jié)冰是保障分子篩吸附泵抽氣性能的必要條件。構(gòu)造分子篩吸附泵分為內(nèi)冷式(圖1內(nèi)冷式分子篩吸附泵)和外冷式(圖2外冷式分子篩吸附泵)兩種。前者的液氮和電能的耗量小?抽氣速率大?極限壓力低?但加工較簡(jiǎn)單?后者構(gòu)造容易?加工輕易?但液氮和電能的耗量大?要有特制的液氮筒。分子篩吸附泵如作為前級(jí)泵運(yùn)用還要設(shè)置保險(xiǎn)塞?要不熱度回升時(shí)吸附的氣體解吸有產(chǎn)生爆裂的奇險(xiǎn)。如作為超高真空維持泵運(yùn)用?因吸附的氣體量小可不設(shè)置保險(xiǎn)塞?以縮小放氣和透氣源。分子篩導(dǎo)熱性很差?泵的構(gòu)造設(shè)計(jì)須要思忖熱傳播問(wèn)題?再不烘烤或結(jié)冰時(shí)能迅速達(dá)成預(yù)約務(wù)求。
決議分子篩吸附泵抽氣威力的不足道成分之一是分子篩裝量?常依據(jù)分子篩的負(fù)載曲線來(lái)決議。圖35A分子篩對(duì)氮?氖和氦的負(fù)載率－失調(diào)壓力曲線為液氮熱度下5A分子篩對(duì)氮?氖和氦3種氣體的負(fù)載率-失調(diào)壓力曲線。當(dāng)被抽體積分子篩裝量之比即負(fù)載率(升/克)大于0.1時(shí)?失調(diào)壓力急劇回升?當(dāng)負(fù)載率小于0.05時(shí)?失調(diào)壓力則升高不大?而分子篩的裝量卻增多很多。因而?取負(fù)載率0.05～0.1來(lái)確定分子篩裝量?能夠兼顧泵的性能和經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)。
操作步驟分子篩吸附泵從大氣壓力結(jié)束抽氣?其極限壓力重要由大氣中的氖?氦分壓決議。用兩臺(tái)分子篩吸附泵抽氣時(shí)有兩種相反的操作步驟。
率先只給第一臺(tái)泵加液氮結(jié)冰抽氣?把真空零碎(不囊括第二臺(tái)泵)抽到極限壓力(約1帕)時(shí)開(kāi)放。此時(shí)真空零碎的壓力在于失調(diào)態(tài)?被抽氣體為分子流態(tài)(分子密度小)?伴隨氣體流到泵內(nèi)的氖?氦就又回來(lái)到零碎中?以致零碎中的氖?氦分壓簡(jiǎn)直未變。再給第二臺(tái)泵加液氮結(jié)冰抽氣?真空零碎的極限壓力只能達(dá)成10-1帕。
加液氮結(jié)冰抽氣的第一臺(tái)泵將零碎(囊括第二臺(tái)泵)抽到67～670帕?xí)r開(kāi)放。從結(jié)束抽氣到關(guān)泵的內(nèi)中中?分子篩一直吸附被抽氣體中的氮?氧和氬而不吸附氖和氦?泵內(nèi)氖?氦分壓一直回升。又因真空零碎的壓力前后在于不失調(diào)狀態(tài)(泵內(nèi)壓力低于容器和彈道的壓力)?被抽氣體一直向泵內(nèi)固定?同聲氣體是粘滯流態(tài)(分子密度大)?只管泵內(nèi)氖?氦分壓高?它們也難向零碎回來(lái)而被開(kāi)放在泵內(nèi)?從而升高了零碎中氖?氦分壓。再給第二臺(tái)泵加液氮結(jié)冰抽氣?真空零碎就可達(dá)成更低的壓力(約10-2帕)。用相反的操作法所達(dá)成的極限壓力可相差一個(gè)單位級(jí)。另外?也可用干澀純氮重復(fù)“顯影”真空零碎?將氖?氦“帶走”?升高零碎中的氖?氦分壓?使零碎的極限壓力達(dá)成10-3帕。但這種步驟較枝節(jié)而且消費(fèi)氮?dú)狻Ｒ部捎脽o(wú)油電泵或帶吸附阱的電泵抽預(yù)真空?那樣分子篩吸附泵達(dá)成的極限壓力就更低?但須留神泵油的凈化問(wèn)題。
羅茨水環(huán)真空機(jī)組、羅茨旋片真空機(jī)組
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