8.2. Перекачивание жидкости

Перекачивание жидкости применяют в лабораторных установках Для синтеза веществ, при дозировании ядовитых и легко вос­пламеняющихся жидкостей, при работе с особо чистыми ве­ществами, для транспортировки легко окисляющихся на воздухе Жидкостей и в ряде других случаев. Для перекачивания приме­няют центробежные, сильфонные, трубчатые насосы и монтежю.

Перекачивание жидкости с помощью этих средств сильно упрощает технику работы, освобождает руки экспериментатора.

Стеклянные центробежные насосы. Центробежный насос состоит из стеклянного кожуха 1 (рис. 156, а), закрытого фторо пластовой пробкой 4, служащей одновременно и подшипником для оси ротора 2.

Рис. 156. Стеклянный центробежный насос (а), трубчатый ротор {б) и уплотне­ние ротора (в)

Поэтому отверстие в пробке должно иметь почти такой же диаметр, что и ось, которая при вращении рото­ра не должна совершать колебаний. Фторопластовая поверх­ность отверстия пробки превосходно скользит по стеклу без всякой смазки и не изменяет своих свойств до 200 °С. Трубка 3 соединена с приемником жидкости.

Если такой насос работает вне перекачиваемой жидкости, то часть ее неизбежно вытекает через зазор между осью и внутрен­ней поверхностью отверстия в пробке, но количество теряемой жидкости невелико, не более 1 мл/ч, если диаметры отверстия и оси почти совпадают. Чтобы уменьшить потери жидкости при­меняют простое сальниковое уплотнение 3 из фторопластового волокна (рис. 156, г), а верхнюю часть пробки Сделают с нарез­кой, на которую навинчивают гайку 3 с отверстием для оси 1.

Так как ротор 2 и корпус насоса 1 изготовлены из стекла, на­сос можно использовать для перекачивания практически любых жидкостей, кроме сильно щелочных и содержащих фтороводород или фториды щелочных металлов.

Для того чтобы насос исправно работал, зазор между ротором и нижней и верхней частями корпуса не должен превышать 1- 2 мм. При диаметре корпуса 50 мм, ширине лопастей ротора 10 мм, числе оборотов ротора 1000 об/мин, насос вне жидкости развивает давление в 50 торр и перекачивает до 3 л/мин жидкости.

Рис. 157. Сильфонный насос Гойхраха (в), сильфон (6) и буферное устрой­ство (в)

Ротор лабораторного погружного насоса может быть еще бо­лее простым. Для этого к стеклянной трубке 2 (рис. 156, б), служащей осью, диаметром 8-10 мм крестообразно припаи­вают четыре отрезка 1 трубки того же диаметра. Такой ротор помещают в корпус 1 (рис. 156, а) с отводящей трубкой 3. Если диаметр корпуса 1 равен 90 мм, а высота его 25 мм, то произво­дительность насоса может составить до 600 - 700 мл/мин при максимальном напоре в 90 мм вод. ст.

Насос перед пуском полностью заполняют перекачиваемой жидкостью. Если внутрь корпуса попадет воздух, то перекачива­ние жидкости прекращается. Воздух удаляют, снова заполняя насос жидкостью или повторно включая и выключая электро­двигатель.

Для нормальной работы стеклянных центробежных насосов выбирают более широкие резиновые шланги и устраняют любые сужения на пути потока жидкости: краны с узким отверстием, соединительные трубки малого диаметра, изгибы трубок с ост­рым углом и др.

Сильфонные насосы (рис. 157, а), изготовленные из фторо-пласта-4, конструкции Гойхраха, позволяют перекачивать особо чистые агрессивные жидкости. Приведенный на рисунке насос состоит из двух сильфонов 1, клапанной коробки 2 и электро­двигателя 3. Производительность такого насоса 5-60 л/ч. Про­изводительность насоса регулируют путем изменения хода сильфона при помощи ручки 4, связанной с механической час­тью насоса.

Сжатие и растяжение фторопластового сильфона (рис. 157, б) во избежание его разрыва делают небольшим. Для некоторого уравнивания пульсаций потока жидкости служит газовый бу­фер (рис. 157, в). Поток жидкости тормозится краном 3, перед которым размещают колбу 1, наполненную наполовину газом, при возрастании расхода часть жидкости проникает в колбу, сжимая газ.

Рис. 158. Устройство трубчатого насоса

При временном уменьшении потока жидкости сжа­тый газ выталкивает часть жидкости из колбы.

В сильфонных насосах устранен недостаток поршневых насо­сов - неплотность между поршнем и цилиндром.

Гойхрах Арон Израилевич (1912 - 1989) - русский инженер, конструктор многих приборов для работ с особо чистыми веществами.

Трубчатый (бесклапанный) насос (рис. 158) действует путем пережимания резиновой эластичной трубки 1 тремя роликами 2 по стенке корпуса 3 насоса. Ролики прокатываются один за другим по резиновой трубке, проталкивая в ней жидкость слева направо. Ролики укреплены на оси 4 ротора, приводимого в движение электромотором. Недостаток трубчатого насоса - стремление резинового шланга к сдвигу по направлению враще­ния роликов. Поэтому с внутренней стороны корпуса насоса по ходу движения жидкости шланг имеет уплотняющее кольцо 5, предотвращающее такой сдвиг.

Насос позволяет создавать на выходе давление до 0,3 МПа и перекачивать суспензии и эмульсии.

Монтежю (от фр. monte-jus - поднимать сок) - аппарат-вытеснитель для подачи жидкости на определенную высоту. При помощи монтежю можно перекачивать в верхнюю часть лабораторной установки кислоты и их водные растворы, другие агрессивные жидкости; в процессе транспортировки они сопри­касаются только со стеклом. Если же изготовить монтежю из полиэтилена, то можно перекачивать фтороводородную кислоту и водные растворы сильных оснований.

Для перекачивания жидкостей при помощи монтежю приме­няют либо сжатый воздух (рис. 159, а), либо вакуум (рис159, б).

Сжатый воздух или азот из баллона подают в монтежю через трубку 1 (рис. 159, а). Сосуд 2 заполняют жидкостью через воронку 5, имеющую внизу поплавковый клапан 4. Когда под давлением воздуха уровень жидкости в сосуде 2 достигнет отметки 0-0, воздух через регулятор уровня 3 свободно начнет прохо­дить в трубку 6 и перекачивание жидкости прекратится.

Рис, 159. Монтежю для сжатого воздуха (а) и вакуума (б)

В это время начнет поступать жидкость из воронки 5 и постепенно заполнять сосуд 2, поднимаясь до уровня А - А. Достигнув этого уровня, жидкость заполнит колено 3 и перекроет доступ воздуха в трубку 6. Давление воздуха в сосуде 2 возрастет, клапан 4 закроет доступ жидкости из воронки в сосуд 2, и жидкость будет выдавливаться по трубке 6 в приемный сосуд 7. Передавливание жидкости закончится, когда ее уровень понизится до отметки 0-0. Выход для воздуха освободится, давление его в сосуде 2 понизится и клапан 4 снова откроет путь для жидкости из воронки 5 в сосуд 2.

Ядовитые и сильно пахнущие жидкости передавливать таким способом нельзя. Как только открывается доступ воздуха в трубку 6, он будет пробулькивать через оставшуюся в ней часть жидкости и, выходя из сосуда 7, выносить пары жидкости в лабораторию.

Монтежю с использованием вакуума (рис. 159, б) работает следующим образом. Воздух непрерывно отсасывается через трубку водоструйным насосом (см. рис. 258). Как только уровень жидкости в нижнем сосуде 5 достигнет отметки А - А, жидкость по трубке 4 начнет поступать в сосуд 2, и клапан 3 под воздействием вакуума поднимется и закроет сток жидкости.

При понижении уровня жидкости до отметки 0-0 разряжение в сосуде 2 упадет, жидкость начнет поступать в сосуд 5 через трубку 7. Одновременно поплавок 3 опустится, и жидкость нач­нет вытекать из сосуда 2. Пары жидкости, увлекаемые током воздуха, попадают через трубку 1 в водоструйный насос и уно­сятся потоком воды, не загрязняя воздух лаборатории.

Клапаны двух рассмотренных монтежю - стеклянные со шлифованным седлом и нешлифованным шариком (см. рис. 40). Корпус поплавка полый, так что он плавает в жидкости и шарик все время слегка прижат к седлу. При вместимости ниж­них сосудов 250 мл и высоте расположения верхних сосудов в 3 м можно перекачать в течение 1 ч около 30 л жидкости.