КУРС 2

(часть 3)

ЛЕКЦИЯ 30 (10)

криоадсорбционные насосы

Содержание

1. Физические основы адсорбционного метода откачки

2. Адсорбенты, их краткая характеристика

3. Кинетика адсорбции

4. Характеристики адсорбционного насоса

5. Откачка водорода

6. Конструкция адсорбционных насосов

Приложение

Рис. 30.1. Кинетическая кривая адсорбционного насоса (рис.5 по Волькевичу А.И.) – материал лекции.

Рис. 30.2 Изотермы адсорбции азота активными углями (рис.7 по Волькевичу А.И.)

Рис. 30.3. Изотермы адсорбции азота цеолитами (рис.9 по Волькевичу А.И.)

Рис. 30.4 Изотермы адсорбции азота на силикагелях (рис.14 по Волькевичу А.И.)

Рис. 30.5. Зависимость Р_д , Г_д и s_т от q (рис.22 по Волькевичу А.И.)

Рис. 30.6. Зависимость начальной скорости откачки от давления (рис.24 по Волькевичу А.И.)

Рис.30.7. Изотермы адсорбции азота в зависимости от температуры хладоагента (рис.30 по Волькевичу А.И.)

Рис.30.8. Зависимость s_т от температуры хладоагента (рис.31 по Волькевичу А.И.)

Рис.30.9. Зависимость начальной скорости откачки насоса от давления при использовании разных адсорбентов (рис.34 по Волькевичу А.И.)

Рис.30.10. Вертикальный насос (рис.51 по Волькевичу А.И.)

Рис.30.11. Вертикальный адсорбционный насос (рис.53 по Волькевичу А.И.)

1. Физические основы адсорбционного метода откачки

Научную основу адсорбционного метода откачки составляет эффективная организация процесса физической адсорбции.

Адсорбция, т.е. повышенное концентрирование газа на поверхности твердого тела, происходит под действием неуравновешенных сил (адсорбционных потенциалов) атомов, образующих поверхность тела. В отличие от атомов, расположенных внутри тела (силы, действующие на эти атомы, уравновешены), поверхностные атомы имеют ненасыщенные связи, направленные внутрь твердого тела. Эти неуравновешенные силы обуславливают, по аналогии с жидкостями, «силы поверхностного натяжения». Атомы или молекулы газа после соударения с поверхностью некоторое время остаются на ней, что приводит к насыщению сил и снижению поверхностного натяжения, т.е. к длительному удержанию молекул газа на поверхности. Вещество (твердое тело), удерживающее газ, называется адсорбентом, удерживаемый (концентрируемый) газ – адсорбатом.

Процесс адсорбции протекает самопроизвольно, т.к. сопровождается уменьшением свободной энергии F (насыщением свободных связей) системы газ – адсорбент:

F = JН - ТS , (1)

где J и S – соответствующее изменение энтальпии и энтропии; Т – температура, К.

Так как F и S отрицательны, то и J отрицательна. Изменение энтальпии характеризует тепловой эффект адсорбции газа и называется теплотой адсорбции. Она характеризует прочность связи адсорбированной молекулы с поверхностью и зависит от природы и характера межмолекулярного взаимодействия.

Уравнение состояния реального газа в форме Ван-дер-Ваальса учитывает силы межмолекулярного взаимодействия:

, (1)

где R – универсальная газовая постоянная, v – удельный объем, а и b – константы.

Константа b характеризует величину сил отталкивания между молекулами и представляет собой меру объема, занимаемого молекулами, константа а характеризует интенсивность сил взаимодействия между молекулами. Эти силы обуславливают процессы конденсации и физической адсорбции вещества. Поэтому адсорбированное вещество рассматривают как сильно сжатую жидкость.

Природа ван-дер-ваальсовых сил притяжения является электростатической (хотя молекулы являются электрически незаряженными частицами).

Явление адсорбции описывается зависимостью количества адсорбированного газа а, поглощенного единицей массы адсорбента, от равновесного давления Р и температуры Т: Q = f(P,T). При изучении процесса адсорбции наиболее часто исследуют зависимость величины адсорбции от одного из переменных параметров. Если поддерживать постоянной температуру, то зависимость a = f(P) при Т = const называют изотермой адсорбции. Изотермам, посвящена подавляющая часть исследований по адсорбции.