Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Исследование равновесия в системе «газ-твердое»
СТАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Вакуум – состояние газа при давлениях ниже атмосферного. Вакуум подразделяется на диапазоны в соответствии с технологией, необходимой для его достижения или измерения, следующим образом:
Создание низкого вакуума
Для получения разряжения, не превышающего 600 - 1300 Па (5-10 торр), применяют водоструйные насосы, действующие по принципу инжектора. Они могут быть металлическими, стеклянными и пластмассовыми. Водоструйные насосы работают под напором водопроводной воды, поступающей в насос через трубку 1. Вода, проходя с большой скоростью через сопло 3 (рис. 1 д-г) и диффузор 4, создает в небольшом зазоре между соплом и диффузором разряжение. Воздух вокруг зазора увлекается в направлении водяной струи и выводится вместе с водой через трубку 5 (рис. 1 а,б) наружу. Зазор между соплом и диффузором не должен быть более 0,3 мм, иначе насос не будет работать. Для увеличения производительности применяют сдвоенные водоструйные насосы (рис. 1 б). Чтобы получить более глубокое разряжение, близкое к 600 Па (5 торр), соплу насоса придают винтообразную форму (рис. 1 в), благодаря которой узкая струя воды приходит в спиральное движение и, выходя из отверстия сопла 3, тотчас же расширяется в диффузоре 4, заполняя весь просвет диффузора.
Таблица 1 Типы вакуумных насосов
Рис.1 Водоструйные насосы: ординарный (а), сдвоенный(б), с винтообразным соплом (в), с боковой струей воды(г), с перегородкой (д)
В некоторых водоструйных насосах (рис. 1 г) струю воды направляют сбоку в рубашку через трубку 1, а воздух засасывается через трубку 2. Такие насосы легко захлебываются, а создаваемое ими разряжение сильно зависит от расстояния нижнего среза трубки 2 от входного отверстия диффузора.
Известны водоструйные насосы, корпус которых разделен перегородкой б (рис. 1д), выполняющей функции сопла. Срез перегородки всегда находится по центру над диффузором 4. Трубку, через которую вода вытекает из насоса, делают достаточно широкой, чтобы не создавалось излишнего сопротивления потоку воды. В противном случае насос начинает захлебываться и неравномерно работать. Создаваемый насосом вакуум зависит от конструкции прибора, давления и температуры воды в водопроводе. Как следует из табл. 1, предельный вакуум, создаваемый водоструйным насосом, не может превышать давление пара воды при данной температуре. Ротационные поршневые насосы применяют в основном для создания предварительного вакуума (форвакуума) перед диффузионными знойными насосами. Пластинчато-роторный масляный насос (рис. 2 а)состоит из корпуса 1, в котором выточена цилиндрическая полость 4, включающая эксцентрично вращающийся цилиндрический ротор 3 пришлифованный к внутренней стенке полости. По всей длине ротора его диаметру проделаны две глубокие прорези, в которых находятся металлические пластинки 5, прижимаемые спиральной пружиной к внутренней стенке полости. Пластинки могут вдвигаться и выдвигаться и при вращении ротора скользят по поверхности цилиндра 4. Они играют роль поршней, всасывающих и выбрасывающих газ.
Рис. 2. Однороторный (а) и двухроторный (б) насосы и насос Рутса (г), форбаллон (б)
Корпус 2 насоса погружен в масляную баню 6. Выпускной патрубок снабжен клапаном 1. Трубка 7, соединяющая насос и вакуумируемьй сосуд, должна иметь предохранительный клапан, предотвращающий выброс масла при внезапной остановке насоса. За клапаном ставят ловушку. Для поглощения мельчайших капелек масла, а за ловушкой помещают поглотительные склянки и колонки для извлечения из удаляемого газа или воздуха прежде всего паров воды и агрессивных примесей, затем легколетучих органических
веществ, которые попадая в масло, резко ухудшают работу насоса. Важнейшим условием хорошей работы насоса является применение масла, указанного в паспорте к насосу. Пластинчато-роторные масляные насосы часто используют не по назначению: их применяют как вакуум-насосы для перегонки органических веществ, как воздуходувки и т. п. После такой эксплуатации от насоса нельзя ожидать получения вакуума, необходимого для диффузионного насоса. В качестве форвакуумного необходимо иметь отдельный насос, который не следует применять ни для каких других целей. Применение сортов масел, не соответствующих паспортным данным, также приводит к быстрому выходу насоса из строя. Для поддержания нужного вакуума в откачиваемой системе в нее вводят после форвакуумного насоса балластный сосуд, называемый форбаллоном. Объем форвакуумных круглодонных и толстостенных колб обычно составляет 2 - 5 л. Колбу снабжают коротким ртутным манометром, заполняемым ртутью отдельно от колбы, а затем припаянным к ней при помощи ручной паяльной горелки. Баллон обязательно окружают тонкой металлической или капроновой сеткой, предохраняющей экспериментатора от осколков при разрыве баллона.
Создание высокого вакуума Диффузионные насосы применяют для получения вакуума порядка 10-7 – 10-6 торр (10-5 – 10-4 Па). Рабочим телом в таких насосах является кипящая ртуть или кипящая при высокой температуре жидкость. В диффузионных насосах сочетаются два процесса: захват откачиваемого газа струей пара за счет вязкостного трения между ее поверхностными слоями и прилегающими слоями газа и диффузия молекул газа в струю пара жидкости, втекающей из сопла. Разделить эти два процесса трудно. Когда преобладает первый, диффузионный насос называют пароструйным, или насосом Ленгмюра, если же доминирует процесс диффузии, насос называют диффузионным. На рис. 3 приведена принципиальная схема пароструйного насоса. Из-под зонтичного сопла 3 через диффузионный зазор 4 вытекает струя пара жидкости, образующегося в колбе 8, нагреваемой электрической плиткой 10. Расширяясь в сопле, струя пара приобретает сверхзвуковую скорость. Молекулы газа, поступающие из патрубка 1, увлекаются струей пара и, подталкиваемые его молекулами, приобретают дополнительную скорость в направлении движения потока пара. Пар конденсируется на охлаждаемых стенках сосуда 2, а конденсат стекает в колбу через трубки 9. Молекулы газа выбрасываются через патрубок 7 на вход форвакуумного насоса, с помощью которого удаляются окончательно из вакуумируемой системы. Предельный вакуум, создаваемый диффузионным насосом, определяется главным образом температурой стенки охлаждающей рубашки 5, но отчасти зависит и от давления насыщенного пара рабочей жидкости, от обратной диффузии молекул откачиваемого газа, от выделения газообразных продуктов из конструкционных материалов насоса и газообразных примесей из рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости для диффузионных насосов, кроме ртути, применяют жидкости, обладающие очень небольшим давлением пара в обычных условиях, высокой термической устойчивостью и незначительной окисляемостью кислородом воздуха.
Диффузионные насосы могут работать только при форвакууме не ниже 0,1 торр (13 Па), создаваемого механическими ротационными насосами. При более высоком давлении масло диффузионного насоса может разлагаться с образованием легколетучих продуктов, снижающих степень разряжения. Давление форвакуума для ртутных насосов (10-20 торр) выше, чем давление для масляных (0,05 - 0,5 торр). Обогрев диффузионных насосов включают лишь тогда, когда достигнут необходимый форвакуум. Прекращение тока охлаждающей воды в холодильнике ртутных диффузионных насосов может привести к проникновению воздуха в насос, образованию в нем HgO и даже к взрыву. Сорбционные вакуумные насосы применяют для создания предварительного разряжения в ионно-геттерном насосе и для удаления газов, выделяемых конструкционными материалами высоковакуумных установок. В таких насосах газ остается в насосе в связанном виде на поглощающих поверхностях или в приповерхностных слоях. Насос состоит из камеры 5 (рис. 4 а) с адсорбентом ((цеолиты, силикагель, активированный уголь и др.), внутри которой расположен сетчатый стакан 4. Через кран 2 камеру соединяют к ионно-геттерному насосу, а через кран J - к диффузионному или ротационному насосу.
Рис. 4. Вакуумные насосы: адсорбционный (а) и ионно-геттерный (б, в)
Перед использованием сорбционного насоса содержащийся в нем сорбент активируют, нагревая камеру примерно до 200 °С при открытых кранах 2 и 3 для удаления пара воды - основного компонента, поглощаемого сорбентом. Затем эти краны закрывают и камеру 5 погружают в сосуд Дьюара 6 с жидким азотом. После этого открывают краны 2 к 3 и поочередно включают насосы, начиная с ротационного. После извлечения камеры из жидкого азота, сначала открывают кран 1 для сброса избыточного давления. Адсорбционная способность активированного угля для различных газов неодинакова и возрастает с понижением температуры. Например 1 см3 его при -185 °С поглощает: Не -15 см3, Н2 - 135 см3, N2 - 155 см3, Аг- 175 см3, С02 - 190 см3, а 02 -230 см3. Ионно-геттерные вакуумные насосы. Эффект ионно-геттерного откачивания газа обусловлен высокой химической активностью ионизированных молекул, способных проникать в поверхностный слой распыляемых частичек геттера и химически взаимодействовать с ним. Геттер (от англ. getter - газопоглотитель) - вещество, способов связывать газы, кроме благородных, в химические соединения. В качестве геттеров применяют титан, барий и его сплавы с аллюминием и титаном, лантан, церий и другие металлы. В частности, титан связывает кислород с образованием диоксид; TiO2, а азот - с образованием нестехиометрического нитрида TiNv,, барий превращается в оксид ВаО и нитрид Ва3N2, а с парами воды дает смесь гидрида ВаН2 и оксида ВаО. Ионизацию газа проводят сильным электрическим разрядом, который одновременно и распыляет геттер. Частички геттера, связавшие ионизированные молекулы газа, направляются к поверхности корпуса насоса при помощи электрического поля.
Ловушки для конденсации газов Перед форвакуумным и диффузионным насосами на пути откачиваемого газа всегда помещают ловушки для конденсации газов, растворяющихся в жидкостях насосов или взаимодействующих с ртутью (С02, H2S, H2O, S02, NO2, галогеноводороды и др.). Ловушки погружают в жидкий азот, при температуре испарения которого полностью конденсируются многие газы, за исключением Не, Н2, Ne, CO, F2, Ar, 02, CH4 и NO. Формы ловушек разнообразны (рис. 5). Их изготавливают из тонкостенного стекла (0,8 - 1,0 мм), поскольку толстостенное стекло при резком изменении температуры может треснуть. Тонкие стенки ловушек, кроме того, улучшают теплопроводность.
Рис. 5. Ловушки для конденсации газов: простая (а), с краном (б), с пришлифованной головкой (в), U-образная (г), с перегородкой (д)
Принцип работы вакуумного блока
Насос 7 соединен с вакуумируемым сосудом 11 через кран 10 и охлаждаемую ловушку 9. Таким образом, диффузионный насос 7 можно легко отключить от сосуда 10. Насос 2 посредством обходной линии и крана 13 может быть, непосредственно связан с сосудом 11. Вакуумметр 4 при закрытых кранах 5, б и. 13 позволяет определить остаточное давление, создаваемое насосом 1. Кран 5 служит для впуска воздуха после выключения установки. Вакуумметр 12 измеряет давление в сосуде 11, а вакуумметр 8 - давление, создаваемое диффузионным насосом 7. Ловушки 3и 1 необходимы для поглощения мельчайших капель масла насоса 2. Прежде чем включать нагреватель насоса 7, пускают водяное охлаждение. Поток воды должен быть таким, чтобы температура воды на выходе не превышала 20 °С. Затем приводят в действие форвакуумный насос 2. После достижения требуемого вакуума включают нагреватель насоса 7. При выключении диффузионного насоса первым отключают его нагрев и закрывают краны 6 и 10. Дают насосу остыть до 50 "С. Затем выключают насос 2 и впускают в него воздух, открыв кран 5. Только после этого впускают в насос 7 воздух, открыв кран 6. Последним отключают водяное охлаждение диффузионного насоса.
ЛЕКЦИЯ № 9
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 49; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.223.160.61 (0.022 с.) |