在低溫下靠分子篩的物理吸附作用實(shí)現(xiàn)抽氣的真空泵挥棒。分子篩吸附泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹑無(wú)油污染﹑無(wú)振動(dòng)噪聲﹐是獲得無(wú)油真空常用的真空泵﹐常用作無(wú)油真空機(jī)組的前級(jí)泵或超高真空機(jī)組的維持泵蔬胯。
一切固體物質(zhì)表面的原子或分子與固體內(nèi)部的原子或分子所處的狀態(tài)是不同的蚜症。固體內(nèi)部原子或分子所受的吸引力對(duì)稱(chēng)地和均勻地分布在原子或分子周?chē)o即處于力場(chǎng)飽和的平衡狀態(tài)﹐而表面的原子或分子所受的力則是不對(duì)稱(chēng)的﹐也就是說(shuō)固體表面有過(guò)剩的表面自由能﹐即表面有吸附力場(chǎng)存在﹐這就是固體表面對(duì)氣體或液體具有吸附作用的原因烦味。一切固體物質(zhì)的表面都有吸附作用滥尉。但實(shí)際上只有多微孔的物質(zhì)或磨得很細(xì)的物質(zhì)因表面積很大﹐才有明顯的吸附作用待侵。分子篩就是這種物質(zhì)胶滋。分子篩(人造沸石)為多微孔型結(jié)構(gòu)的堿金屬鋁硅酸鹽﹐體內(nèi)有許多空腔狀晶胞﹐其間有微孔相通。在液氮溫度下﹐氣體或液體分子通過(guò)微孔吸附于晶胞空腔的內(nèi)表面上皆的。分子篩有很大的比表面積(見(jiàn)表 分子篩特性表 )﹐所以能吸附大量的氣體和液體。分子篩除有吸附作用外﹐還有篩分﹑離子交換和催化等作用蹋盆。分子篩對(duì)氣體是物理吸附﹐其過(guò)程是可逆的费薄。在低溫下吸附的氣體﹐在溫度回升時(shí)則逐漸解吸。分子篩在常溫時(shí)暴露于空氣中能吸附大量水蒸汽﹐每克5A分子篩能吸附水蒸汽0.1～0.2克﹐相當(dāng)1.3×104～2.7×104帕每升氣體量栖雾。分子篩吸附大量水蒸汽后吸氣能力便大大降低楞抡。分子篩和水分子的親和力特別強(qiáng)﹐只有經(jīng)過(guò)適當(dāng)烘烤﹐吸附的水蒸汽才能全部解吸。因此﹐分子篩吸附泵在暴露于大氣或使用一個(gè)時(shí)期后都要進(jìn)行烘烤析藕。通常﹐這種處理是把分子篩放在封閉的容器內(nèi)經(jīng)300～350℃溫度烘烤除氣1～2小時(shí)召廷。但加熱溫度一般不宜超過(guò)600℃﹐否則會(huì)使分子篩損壞。 分子篩形狀分球形﹑條形﹑柱形﹑片狀﹑顆粒狀和粉狀﹐在液氮溫度下﹐5A能吸附氮﹑氧﹑氬﹑二氧化碳和水蒸汽﹔13X除吸附5A所吸附的氣體外還能吸附CnHn化合物诱紫。
分子篩吸附氣體有很強(qiáng)的選擇性二焰。它只能吸附分子直徑小于微孔直徑的氣體和液體。空氣分子的直徑為2～4埃(1埃=1×10-10米)﹐油分子的直徑為7～8埃﹐可分別用 5A和13X型分子篩吸附谣旨。分子篩對(duì)不同氣體的吸附強(qiáng)弱也不同﹐對(duì)氮﹑氧和氬吸附能力很強(qiáng)泌位。這3種氣體占空氣體積的99.9％﹐分壓之和為 105帕。但分子篩對(duì)氖﹑氦和氫等氣體吸附能力卻極弱尘蟋。
溫度對(duì)分子篩吸附能力的影響非常大﹐在液氮溫度(-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立方厘米酒妄。因此﹐烘烤除氣和低溫冷卻是保證分子篩吸附泵抽氣性能的必要條件。 結(jié)構(gòu) 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 )兩種巍也。前者的液氮和電能的耗量小﹑抽氣速率大﹑極限壓力低﹐但加工較復(fù)雜﹔后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹐加工容易﹐但液氮和電能的耗量大﹑要有特制的液氮筒蜜硫。分子篩吸附泵如作為前級(jí)泵使用還要設(shè)置安全塞﹐否則溫度回升時(shí)吸附的氣體解吸有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。如作為超高真空維持泵使用﹐因吸附的氣體量小可不設(shè)置安全塞﹐以減少放氣和漏氣源兵蟹。分子篩導(dǎo)熱性很差﹐泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮熱傳導(dǎo)問(wèn)題﹐以便烘烤或冷卻時(shí)能迅速達(dá)到預(yù)定要求谚碌。
決定分子篩吸附泵抽氣能力的重要因素之一是分子篩裝量﹐常根據(jù)分子篩的負(fù)載曲線來(lái)決定。圖3 5A分子篩對(duì)氮﹑氖和氦的負(fù)載率－平衡壓力曲線 為液氮溫度下5A分子篩對(duì)氮﹑氖和氦3種氣體的負(fù)載率-平衡壓力曲線斯娃。當(dāng)被抽容積分子篩裝量之比即負(fù)載率(升/克)大于0.1時(shí)﹐平衡壓力急劇上升﹔當(dāng)負(fù)載率小于0.05時(shí)﹐平衡壓力則降低不大﹐而分子篩的裝量卻增加很多澎灸。因此﹐取負(fù)載率0.05～0.1來(lái)確定分子篩裝量﹐可以兼顧泵的性能和經(jīng)濟(jì)效果。
操作方法 分子篩吸附泵從大氣壓力開(kāi)始抽氣﹐其極限壓力主要由大氣中的氖﹑氦分壓決定遮晚。用兩臺(tái)分子篩吸附泵抽氣時(shí)有兩種不同的操作方法性昭。
首先只給第一臺(tái)泵加液氮冷卻抽氣﹐把真空系統(tǒng)(不包括第二臺(tái)泵)抽到極限壓力 (約1帕)時(shí)關(guān)閉。此時(shí)真空系統(tǒng)的壓力處于平衡態(tài)﹐被抽氣體為分子流態(tài)(分子密度小)﹐隨同氣體流到泵內(nèi)的氖﹑氦就又返回到系統(tǒng)中﹐致使系統(tǒng)中的氖﹑氦分壓幾乎未變县遣。再給第二臺(tái)泵加液氮冷卻 |
