12.3. Компрессоры

Создание давления в сосуде - наиболее трудная задача при вы­полнении эксперимента. Современные лабораторные компрес­соры - четырехцилиндровые горизонтальные машины, сжи­мающие газ до 300 атм (30 МПа). Сжатый газ содержит масля­ный аэрозоль, а также насыщен парами масла и воды. Поэтому перед подачей сжатого газа в автоклав или другой реакционный сосуд его пропускают через поглотительные сосуды и вымора­живающие ловушки, выдерживающие высокое давление.

В качестве компрессора в лабораторных условиях часто при­меняют баллоны со сжатыми газами (см. разд. 10.10). Неболь­шое давление создают водоструйные насосы Ветцеля и Остваль­да (см. рис. 259). В компрессор иногда превращают отработав­шие свой срок роторные вакуум-насосы (см. рис. 260), выход­ной патрубок которых присоединяют к сосуду, в котором тре­буется создать повышенное давление. Применяют также порш­невые и мембранные насосы лабораторного или фирменного Изготовления (см. рис. 265).

Иногда в лаборатории используют довольно простые ручные насосы (рис. 299,о) с двумя шариковыми клапанами 4 и 5. При Диаметре поршня 2 в 12 мм и длине рукоятки 1 в 50 см такой насос создает давление в цилиндре 3 до 50 - 60 атм (5-6 МПа).

Шариковый клапан (рис. 299.6) является достаточно надеж­ным, когда давление создается жидкостью. Два шарика 1 и 2 диаметром 3 и 6 мм расположены в двух гнездах.

Рис. 299. Ручной насос (а), шариковый клапан Мембранный (в) и ртутный (г) компрессоры

Верхний шарик прижимается к седлу тарелкой 3 и пружиной 4. Ход шарика определяет ограничитель 5, который осуществляет начальное сжатие пружины. Ограничитель - цилиндр с резьбой и внутрен­ним отверстием для стебля 6 тарелки 3 и прорезями для прохода жидкости. Клапаны подобной конструкции хорошо работают в жидкой среде небольшой вязкости, например в смеси масла с керосином, при давлении до 10 атм (1 МПа).

Когда для исследования достаточно небольшого количества газа повышенного давления или требуется более или менее чистый газ, применяют мембранный или ртутный компрессоры.

Мембранный компрессор (рис. 299,в) состоит из стального бло­ка с линзообразной полостью, разделенной пополам стальной мембраной 4, зажатой между крышкой 3 и корпусом компрессо­ра. При вращении маховика компрессора (на рисунке не пока­зан) поршень 8 сжимает находящуюся в корпусе жидкость, ко­торая прижимает мембрану к крышке 3. При этом_ газ выходи из линзообразной полости через клапан 1. При обратном ходе поршня мембрана отжимается в нижнее положение и засасывает газ через клапан 2. В каждом цикле при сжатии через клапан

поступает под мембрану небольшое количество жидкости, кото­рая затем выбрасывается через выхлопной регулируемый венти­лем 6 клапан 5 по трубке 7. Так как мембрана полностью под­держивается сферической поверхностью крышки и корпуса, она может работать в условиях большого перепада давления.

Существуют компрессоры подобного типа и с резиновой мембраной, а вместо мембраны применяют иногда металличе­ский сильфон.

Ртутный компрессор (рис. 299,г) - стальная камера 3, напол­ненная маслом или керосином и содержащая внутри стальной сосуд 4 с ртутью. Этот сосуд ввинчен в верхнюю часть камеры, а внизу он сообщается со стаканом 5, наполненным ртутью. Вен­тиль 1 связывает компрессор с реактором, в котором создается высокое давление, а вентиль 2-е баллоном сжатого газа, дав­ление которого мало для предстоящей работы.

Открыв вентиль 2, набирают газ, при этом уровень ртути в сосуде 4 понижается. Она перетекает в стакан 5, вытесняя масло в камеру 3, а из нее через кран 7 в приемник. Набрав газ в сосуд 4, закрывают вентиль 2 и сжимают газ, подавая масло через вен­тиль 7 в камеру 3 гидравлическим компрессором. Так как прак­тически можно поднять ртуть до самого верха сосуда 4, этим способом нетрудно получить высокую степень сжатия.

Сжатый газ выпускают в реактор через вентиль 1. Такой компрессор позволяет довольно быстро накачать чистый сжатый газ, не загрязненный маслом.

В лабораторной практике при отсутствии компрессоров в ка­честве генераторов давления применяют электролизеры (см. разд. 11.3). В частности, при электролизе воды в закрытом стальном сосуде получают Н₂ и 0₂ под давлением до 150 атм (15 МПа).

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Чиклис Д.С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверх­высоких давлениях. М.: Химия, 1976.

Корндорф Б.А. Техника высоких давлений в химии. Л.: Госхимиздат, 1952.

Химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1990, т. 2, с. 444.