книги из ГПНТБ / Волчкевич, А. И. Высоковакуумные адсорбционные насосы

платины при 78°К доступны для хемосорбции водорода. В работах [2, 3] приведены данные по адсорбции во­ дорода палладированными силикагелями (рис. 40). Для некоторых марок палладированных силикагелей, содер­ жащих от 2 до 5% палладия, адсорбция водорода дости-

Л'ММрТ.СТ.

сорбционную способность силикагелей по другим газам. Начальные скорости откачки насосом водорода [15] при использовании платинированных силикагелей не­ сколько выше, чем для палладированных, хотя адсорб­ ционная емкость последних заметно больше. Это объяс­

палладированным силикагелей в большой степени зави­ сит [15] от натекания: до некоторой критической величи­ ны натекания скорость откачки хотя и уменьшается, но достаточно стабильна, во времени, а после достижения критического значения скорость резко падает (рис. 41).

Изотерма адсорбции водорода на платине (.адсор­ бент — активный уголь СКТ) очень сильно зависит от

водорода платинированным углем (рис. 43) характеризу­ ются постепенным ростом относительного давления с уве­ личением количества предадсорбированного водорода 0о

122

и достаточно быстрым увеличением давления с возраста­ нием натекания, особенно, когда величина адсорбции при­ ближается к предельному значению as. При относительно малых натеканиях, когда сохраняется высокая доля сво-

бодной поверхности платины ( б < 0 , 1 ) , скорость откачки насоса лимитируется в основном объемной скоростью подвода газа к адсорбенту и очень стабильна во време­ ни (рис. 44, кривая 1). Сильная зависимость скорости откачки от предадсорбции водорода 60 и натекания объясняется [15] очень резким уменьшением адсорбируе­ мости водорода на платине (рис. 45). Для случая хемо-

сорбции относительная адсорбируемость газа Г =

др

не зависит от предельной величины адсорбции as и оп­ ределяется изотермой адсорбции

124

Относительная адсорбируемость однозначно опреде­ ляет скорость увеличения давления по мере возрастания коэффициента заполнения поверхности адсорбции. В квазистационарном режиме непрерывной адсорбции ли­ нейное увеличение давления Ар за время постоянного натекания газа At определяется динамической адсорби­ руемостью

Да QM а 5 Г д

Динамическая адсорбируемость, рассчитанная по тангенсу угла наклона кинетических кривых в конце постоянного натекания, резко снижается с увеличением давления (адсорбции); она в 3—5 раз ниже'статической адсорбируемое™ (рис. 45, кривые 2, 3). Очень высокое значение относительной адсорбируемое™ в области сверхвысокого вакуума на чистой поверхности платины позволяет при малых натеканиях водорода (давление 10- 9 мм рт. ст.) поддерживать высокую скорость откач­ ки, в основном ограниченную условиями подвода газа к адсорбенту.

Поглощение водорода при 78°К определяется процес­ сом поверхностной хемосорбции, которая является неак­ тивированной. При этой температуре активированная хемосорбция, связанная с диффузией водорода внутрь зерен платаны, отсутствует. При повышении температу-

Рис. 46. Изотермы адсорбции водорода платинированным углем при 78°К (кривая / ) и 293°К (кривая 2)

125

ры до комнатной активированная адсорбция протекает быстро, и общая величина адсорбции возрастает.

Активированная адсорбция водорода на платиниро­ ванном угле (рис. 46) оказалась ощутимой при комнат­ ной температуре. Изотерма при 78°К получена после окончания процесса адсорбции водорода при комнатной температуре и последующего охлаждения жидким азо­ том. Равновесное давление водорода на платине при активированной адсорбции (кривая 1) остаемся чрезвы­ чайно низким до 0 « 1 ; затем давление резко возрастает. При давлении Ю - 4 мм рт. ст. и выше становится замет­ ной физическая адсорбция водорода на платинирован­ ном угле СКТ. Адсорбнруемость водорода 12—15 л/г в этой области давлений лишь немного превосходит зна­ чение Г (около 5 л/г) для чистого угля СКТ.

Температура регенерации специальных адсорбентов составляет 300—350°С, если носителем является сили­ кагель, и 400—450°С, если в качестве носителя исполь­ зуют активный уголь. Для ускорения процесса удаления хемосорбированного кислорода и активирования адсор­ бента в процессе регенерации на 40—60 мин вводят во­ дород (давление несколько мм рт. ст.). Адсорбционная способность платины восстанавливается [15] после от­ качки в течение 6—10 ч форвакуумным насосом через азотную ловушку при 300—350°С, причем увеличение температуры лишь ускоряет регенерацию. Для быстрой регенерации платинированного угля после образования

натной температуры, при которой водород диффундиру­ ет в глубь кристаллов платины вследствие активирован­ ной адсорбции. Последующее охлаждение жидким азо­

О. С. Лысогоров и Л. И. Евсеева [43] показали, что при использовании пористого титана, получаемого прес­ сованием порошка, обеспечивается высокая объемная скорость откачки водорода. Этот процесс протекает с высокой скоростью при температурах, близких или не­ сколько превышающих комнатную, причем скорость ад­ сорбции мало зависит от температуры в условиях, когда адсорбция значительно меньше предельной. При малых количествах поглощенного газа активность пористого

126

Г л а в а VII. КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АДСОРБЦИОННЫХ НАСОСОВ

КОНСТРУКЦИЯ

Откачивающее действие адсорбционных насосов оп­ ределяется относительной адсорбционной способностью применяемого адсорбента. Рациональная конструкция насоса должна обеспечить наиболее полное использова­ ние возможностей адсорбента.

Основные требования к конструкции адсорбционного насоса можно сформулировать следующим образом:

1)полное охлаждение адсорбента (вплоть до тем- ' пературы хладагента);

2)минимальное сопротивление элементов насоса

подводу откачиваемого газа к адсорбенту; 3) небольшой эксплуатационный расход хладагента,

6)возможность переохлаждения хладагента;

7)размещение возможно большего количества ад­ сорбента;

8)защита адсорбента от загрязнения легко конден­

сирующими парами.

Наиболее просты по конструкции адсорбционные насосы предвари­ тельного разрежения (рис. 47). Ци­ линдрическая колба, являющаяся корпусом насоса, заполнена адсор­ бентом (как правило, цеолит). Сет­ чатый патрон небольшого диаметра предназначен для улучшения под­ вода газа к адсорбенту в удаленной части насоса. Наличие внешнего сосуда ' для жидкого азота сильно

Рис. 47. Адсорбционный насос:

упрощает конструкцию, но создает некоторые эксплуа­ тационные неудобства, связанные с необходимостью поочередной замены сосуда для хладагента и печи для регенерации, а также с изменением температуры по мере расходования жидкого азота. Большая толщина

слоя адсорбента приводит к возникновению заметных градиентов концентрации откачиваемого газа и темпе­ ратуры, что в значительной степени определяет время достижения предельного давления.

В другой конструкции [45] условия охлаждения слоя адсорбента, помещенного в концентрические полости, значительно улучшены, но путь для адсорбирующегося газа остался очень большим (рис. 48). Более удачна конструкция многолоткового насоса [75], в котором ад­ сорбент расположен на кольцевых лотках тонким слоем (рис. 49). Доступность газа к адсорбенту и хорошие ус­ ловия охлаждения обеспечивают значительное ускорение достижения предельного давления по сравнению с рас­ смотренными конструкциями.

Для повышения эффективности охлаждения адсор­ бента в насосах предварительного разрежения применя­ ют [56, 57, 70] ребра, металлические шарики, выполняют конструктивные элементы из материалов с высокой теп­ лопроводностью и т. д.

Насосы предварительного разрежения способны сни­ зить давление в откачиваемом объеме от атмосферного

вакуума. Для получения высокой и устойчивой скорости откачки высоковакуумного насоса необходимо обеспе­ чить беспрепятственный подвод откачиваемого газа к адсорбенту, который для этой цели располагают слоем толщиной в несколько зерен. Наименьшим сопротивле­ нием подводу газа обладает насос с. адсорбентом, рас­

лаждения адсорбента. Лучистое тепло от стенок уста­ новки, а в области давлений выше Ю - 5 мм рт. ст. и мо­ лекулярная теплопроводность газа приводят к сильному нагреву адсорбента и соответственно — к резкому сни­ жению адсорбционной способности. Конструкция адсорб­ ционного насоса должна обеспечить в первую очередь полное охлаждение адсорбента, так как стабильность скоростной характеристики насоса обеспечивается дина­ мической адсорбируемостыо газа.

Эффективного охлаждения адсорбента можно до­ биться обеспечением хорошего теплового контакта меж­ ду адсорбентом и охлажденной поверхностью (что ха­ рактерно для криопанелей) или размещением слоя ад : сорбента внутри охлаждаемой полости, причем входное

метному нагреву адсорбента и соответственно к умень­ шению адсорбируемое™.

Достаточно прост по конструкции вертикальный на­ сос, входной фланец которого обращен вниз. Насос та­ кого тина [4] имеет большой запас жидкого азота, до-

130

статочный для работы (рис. 51) в течение 1—2 суток. Нагреватель, встроенный в азотный бачок, упрощает и ускоряет температурную регенерацию адсорбента непо­ средственно в насосе. Тщательная полировка поверхно­ стей и установка отражающих экранов вокруг азотного

Рис. 50. Высоковакуумный горизонтальный адсорбцион­ ный насос: [38]:

предварительного разрежения